Formatos UCCI

TALLER DE TECNOLOGA DE LOSMATERIALES

DocenteDr. Ing. Gastn Marco Flores Ramos

Universidad Peruana Los AndesHuancayo, 2011

PRESENTACIN

Esta asignatura tiene por objeto lograr en el alumno la habilidad para que pueda analizar diversidad de problemas reales, propios de la ingeniera de los materiales.Trata de los materiales en la industria ingenieril. La competencia a alcanzar es: Conoce, interpreta, plantea y resuelve los fundamentos de la ciencia y la ingeniera de los materiales ptreos y cermicos teniendo presente los usos correspondientes en la industria, normas, caractersticas tcnicas y metodolgicas, , valorando la utilidad de estos conocimientos al aplicarlos en las obras que se ejecutaran, as como la tecnologa de las principales maderas, sus derivados, los plsticos, los diversos metales en la industria, ejercitndose en el control de calidad, mitigacin de efectos externos, desarrollando una apreciacin pre activa en la toma de decisiones; as como la aplicacin de esfuerzos, deformacin; diagramas reales e ideales de esfuerzo-deformacin, tomando decisiones considerando sus diferentes propiedades.Se dejara conocimientos de las propiedades, normas, al cual estn regidas y sus diferentes usos. De igual forma la aplicacin en las diferentes etapas del proceso constructivo.En general, los contenidos propuestas en el modulo autoinstructivo (material de estudio), se dividen en cinco unidades: Materiales ptreos y cermicos, maderas y sus derivados, aceros, polmeros, esfuerzo - deformacin, lo cual ha sido recopilado cuidadosamente de Manual del Ingeniero (Merritt F., 2010) y Otros.Es recomendable que el estudiante desarrolle una permanente lectura de estudio junto a una minuciosa investigacin de campo, va internet, la consulta a expertos y resmenes. El contenido del material se complementar con las lecciones presenciales y a distancia que se desarrollan en la asignatura a travs del aula virtual..Agradecemos a quienes realizaron aportes y sugerencias que han contribuido a mejorar el presente material.El Compilador

NDICE

Pg.

PRESENTACIN3NDICE4ORGANIZADOR DEL CONTENIDO7

PRIMERA UNIDAD: Materiales ptreos y cermicos8Aprendizajes esperados8Leccin N 1: Materiales cementosos81.1 Tipos de materiales cementosos81.2 Cementos portland9Leccin N 2: Otros tipos de cementos112.1 Cementos aluminosos112.2 Cemento portland blanco112.3 Cales122.4 Cementos de yeso122.5 Cenizas finas132.6 Humos de slice (microslica)13Leccin N 3: Agregados143.1 Agregados de peso normal143.2 Agregados ligeros173.3 Agregados pesados17Leccin N 4: Morteros y lechadas184.1 Empaque y proporcin de morteros184.2 Propiedades de morteros184.3 Morteros de alta adhesin19Leccin N 5: Concretos195.1 Concretos195.2 Composicin205.3 Tcnicas de construccin215.4 Albailera con hormign215.5 Hormign armado225.6 Concretos de cemento portland235.7 Refuerzo de fibras para concreto245.8 Concreto de polmeros255.9 Concreto bituminoso y otros compuestos de asfalto26

Leccin N 6: Ladrillos y losetas266.1 Unidades de hormign para mampostera276.2 ladrillos de arcilla o pizarra276.3 Losetas de arcilla estructural276.4 Losetas de cermica286.5 Terracota estructural286.6 Albailera de piedra28Leccin N 7: vidrios297.1 Ingredientes y propiedades297.2 Moldeado317.3 Vidrio tensionado317.4 Vidrio comercial31ACTIVIDADES34AUTOEVALUACIN34REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS36

SEGUNDA UNIDAD: Maderas y sus derivados37Aprendizajes esperados37Leccin N 8: Maderas378.1 Vetas y estructura378.2 Clasificacin388.3 Propiedades fsicas388.4 Duracin de la madera398.5 Secado39Leccin N 9: Derivados de madera409.1 Contrachapado409.2 Papel409.3. Corcho429.4 Productos qumicos derivados de la madera43ACTIVIDADES43AUTOEVALUACIN44REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS44

TERCERA UNIDAD: Materiales metlicos46Aprendizajes esperados46Leccin N 10: Metales4610.1 Deformacin de los metales4610.2 Mecanismos para reforzar los metales4710.3 Aceros estructurales4910.4 Lminas y perfiles de acero para aplicaciones estructurales5410.5 Clasificacin del acero54Leccin N 11: Aleaciones de aluminio y otros5511.1 Designaciones de aleaciones de aluminio 5511.2 Aleaciones de base de cobre57ACTIVIDADES59AUTOEVALUACIN59REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS60

CUARTA UNIDAD: Polmeros (Plsticos)61Aprendizajes esperados61Leccin N 12: polmeros6112.1 Estructura de los polmeros6112.2 Deformacin de los polmeros6212.3 Plsticos termoendurecidos (irreversibles)6312.4 Termoplsticos reversibles6412.5 Elastmeros o hules sintticos66Leccin N 13: Geosintticos, selladores y pinturas6713.1 Materiales geosintticos6713.2 Sellos de juntas6813.3 Compuestos de calafateo6813.4 Selladores6913.5 Juntas de empaque6913.6 Pinturas7013.7 Barnices y lacas72ACTIVIDADES72AUTOEVALUACIN73REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS74SOLUCIONARIO DEL MDULO75

ORGANIZADOR DEL CONTENIDO

APRENDIZAJES ESPERADOSConocer, interpretar, los fundamentos de la ciencia y la ingeniera de los materiales ptreos y cermicos teniendo presente los usos correspondientes en la industria, normas, caractersticas tcnicas y metodolgicas, valorando la utilidad de estos conocimientos al aplicarlos en las obras que se ejecutaran, as como la tecnologa.

PRIMERA UNIDADMateriales ptreos y cermicos

Leccin N 1Materiales cementosos

1 Materiales cementososCualquier sustancia que aglutine materiales puede considerarse como cemento. Hay muchos tipos de cementos, pero en construccin el trmino "cementos" se refiere a agentes que se mezclan con agua u otro lquido, O con ambos, para obtener una pasta aglutinante. Inicialmente, una masa de partculas cubierta con la pasta est en estado plstico y puede conformarse, o moldearse, en varias formas. Esta mezcla puede tenerse por material cementoso porque puede aglutinar otros materiales. Tras un tiempo, debido a reacciones qumicas, la pasta fragua y la masa se endurece. Cuando las partculas san agregados finos (arena), se obtiene mortero; cuando son agregados finos mezclados con gruesos, se obtiene concreto.1.1 Tipos de materiales cementososLos materiales cementosos se pueden clasificar en varias formas. Una de las que con frecuencia se utiliza es por el constituyente qumico que ocasiona el fraguado o endurecimiento del cemento.Los cementos de silicato y aluminato, donde los agentes fraguadores son silicatos y aluminatos de calcio, son los tipos que se usan con ms frecuencia.Las cales, donde el endurecimiento se debe a la conversin de hidrxidos en carbonatos, se utilizaron anteriormente como el nico material cementoso, pero su lento fraguado y endurecimiento no son compatibles con las necesidades modernas. Por lo tanto, su principal funcin en la actualidad consiste en plastificar los cementos que de otra forma serian gruesos y agregar elasticidad a morteros y repellos. El uso de cal es benfico debido a que su lento fraguado favorece la cura o recementacin de grietas superficiales finas.Otra clase de cementos est formada de yeso calcinado y sus productos afines. Los cementos de yeso son de uso generalizado en el repellado de interiores y en la fabricacin de entarimados y de bloques, pero la solubilidad del yeso impide su uso en construcciones expuestas a cualquier clima excepto los extremadamente secos.Los cementos de oxicloruro constituyen un tipo de cementos especiales de propiedades poco comunes. Su costo es prohibitivo para uso general si compite con cementos ms baratos pero, para usos especiales como por ejemplo en la construccin de pisos a prueba de chispas, no tienen igual.Los cementos de mampostera o cementos de mortero son de uso generalizado debido a su utilidad. Si bien es cierto que constituyen, en general, mezclas de uno o ms de los cementos citados antes con algunos agregados, merecen consideracin especial por su economa.Se pueden utilizar otros materiales cementosos, como son los polmeros, cenizas finas y gas de slice como sustitutos del cemento en concreto. Los polmeros son plsticos con molculas de cadena larga; los concretos hechos con ellos tienen muchas cualidades muy superiores a las del concreto ordinario.El gas de slice, tambin conocido como microslica es un producto de desecho de hornos de arco elctrico. La slice reacciona con cal en concreto para formar un material cementoso. Una partcula de gas tiene un dimetro de slo 1% del de una partcula de cemento.1.2 Cementos portlandLas partculas que, se convierten en agentes aglutinantes se conocen como cementos hidrulicos cuando se mezclan con agua. Los cementos de uso ms generalizado en construccin son los cementos portland, que se elaboran con la incorporacin de una mezcla de materiales calcreos y arcillosos. La materia prima se dosifica con todo cuidado para obtener las cantidades deseadas de cal, slice, xido de aluminio y xido de hierro. Despus de triturada, para facilitar la calcinacin, la materia prima se pasa alargo horno rotatorio, que se mantiene a una temperatura de alrededor de 2700 F. La materia prima, durante su calcinacin, sufre reacciones qumicas y forma ndulos duros, del tamao de una nuez, de un nuevo material llamado clnker.El clnker, despus de descargarlo del horno y enfriarlo, se tritura para formar un polvo fino (no menos de 1600 cm2 por gramo de superficie especfica BIaine). Durante este proceso de trituracin, se agrega un retardante (por lo general un pequeo porcentaje de yeso) para controlar la rapidez de fraguado en el momento en que se hidrate el cemento.El polvo fino es el cemento portland.Hay cuatro compuestos que constituyen ms del 90% de peso de cemento portland, a saber: silicato triclcico (C3S), silicato diclcico (C2S), aluminato triclcico (C3A) y ferroaluminato tetraclcico (C4AF). Cada uno de estos compuestos puede identificarse en la estructura del clnker de cemento portland vista al microscopio y cada uno aporta propiedades caractersticas que determinan la mezcla final.1.2.1 Especificaciones para el cemento portlandLos cementos portland, por lo general, se fabrican en cinco tipos, cuyas propiedades se han normalizado sobre la base de la Especificacin ASTM de Normas para el Cemento Portland (C150). Los tipos se distinguen segn los requisitos tanto qumicos como fsicos.

El cemento tipo IPara usos generales, es el que ms se emplea para fines estructurales cuando no se requieren las propiedades especiales especificadas para los otros cuatro tipos de cemento.El cemento tipo IIModificado para usos generales, se emplea cuando se prev una exposicin moderada al ataque por sulfatos o cuando se requiere un moderado calor de hidratacin. Estas caractersticas se logran al imponer limitaciones en el contenido de C3S y C2S del cemento. El cemento II adquiere resistencia con ms lentitud que el tipo I; pero al final de cuentas, alcanza la misma resistencia. El cemento tipo II, cuando se satisfacen los requisitos qumicos opcionales, se puede utilizar como cemento de bajo contenido de lcali en presencia de agregados reactivos al lcali en concretos.El cemento tipo III De alta resistencia inicial, es recomendable cuando se necesita una resistencia temprana en una situacin particular de construccin. El concreto hecho con el cemento tipo III desarrolla en 7 das una resistencia igual a la desarrollada en 28 das por concretos hechos con cemento tipo I o tipo II. Esta alta resistencia inicial se logra al aumentar el contenido de C3S y de C3A en el cemento y al molerlo ms fino. Las especificaciones no exigen un mnimo de finura, pero se advierte un lmite prctico cuando las partculas son tan diminutos, que una cantidad muy pequea de humedad prehidratar el cemento durante el almacenamiento y manejo. Dado que el cemento tipo III tiene un gran desprendimiento de calor, no se debe usar en concretos masivos. Con un 15% de C3A presenta una mala resistencia a los sulfatos. El contenido de C3A puede limitarse al 8% para obtener una resistencia moderada a los sulfatos, o a 5% cuando se requiere alta resistencia.El cemento tipo IVDe bajo calor de hidratacin, se ha desarrollado para usarse en concreto masivo. Si se utiliza cemento tipo I en colados masivos que no puedan perder calor por radiacin, el cemento libera suficiente calor durante la hidratacin aumentando la temperatura del concreto hasta unos 50 o 60 F. Esto causa un aumento relativamente grande de las dimensiones mientras el concreto est todava en estado plstico; posteriormente, su enfriamiento diferencial despus de endurecer ocasiona que se produzcan grietas por contraccin. El bajo calor de hidratacin en el cemento tipo IV se logra limitando los compuestos que ms influyen en la formacin de calor por hidratacin, o sea, C3A y C3S. Dado que estos compuestos tambin aportan la resistencia inicial de la mezcla de cemento, al limitarlos se tiene una mezcla que gana resistencia con lentitud. El calor de hidratacin del cemento tipo IV suele ser ms o menos 80% del de tipo A, 65% del de tipo I y 55% del de tipo III despus de la primera semana de hidratacin. Los porcentajes son un poco mayores despus de ms o menos un ao.El cemento tipo VResistente a los sulfatos se especifica cuando hay una exposicin intensa a los sulfatos. Las aplicaciones tpicas comprenden las estructuras hidrulicas expuestas a aguas con alto contenido de lcalis y en estructuras expuestas al .agua del mar. La resistencia al sulfato del cemento tipo V se logra minimizando el contenido de C3A, pues este compuesto es el ms susceptible al ataque por sulfatos.Los cementos tipo IV y V son especiales y los mayoristas de materiales de construccin no suelen tenerlos en existencia. Por lo general, se deben solicitar por anticipado al fabricante cuando se trata de obras grandes.Los cementos portland con aire retenido (ASTM C226) son para la produccin de concreto expuesto a intensas heladas. Estos cementos se fabrican en los tipos I, A y III, pero no en los IV y V. Cuando el fabricante ha agregado un agente retenedor de aire al cemento, ste se designa tipo IA, IIA o IIIA.

Leccin N 2Otros tipos de cementos

2 Otros tipos de cementosAun cuando los cementos portland son los cementos hidrulicos modernos ms comunes, hay otras varias clases en uso en la actualidad.2.1 Cementos aluminososEstos cementos se preparan fundiendo una mezcla de materiales aluminosos y calcreos (generalmente bauxita y piedra caliza) y triturando el producto resultante hasta obtener un polvo fino. Estos cementos se caracterizan por sus propiedades de rpido endurecimiento y alta resistencia desarrollados en los primeros curados.En vista que el cemento aluminoso libera rpidamente una gran cantidad de calor durante la hidratacin, debe tenerse cuidado de no utilizar el cemento en lugares donde no se pueda disipar calor. Por lo general no es deseable para colocar concretos de cemento aluminoso en coladas de ms de 12 in, de otro modo la elevacin de la temperatura puede ocasionar un grave debilitamiento del concreto.Los cementos aluminosos son mucho ms resistentes a la accin de aguas sulfatadas de lo que son los cementos portland. Tambin son mucho ms resistentes que los cementos de silicatos al ataque de aguas que contengan el agresivo dixido de carbono o cidos minerales dbiles. Su principal uso est en concretos donde se puede aprovechar su muy alta resistencia inicial o su resistencia a sulfatos, y donde el costo extra del cemento no sea un factor importante.Otro uso de los cementos aluminosos est en su combinacin con ladrillo refractario para hacer concreto refractario. A medida que aumentan las temperaturas se presenta la deshidratacin de los productos de hidratacin. Por ltimo, estos compuestos crean un enlace cermica con los agregados.2.2 Cemento portland blancoEstos cementos producen morteros de color blanco brillante. Para obtener este color blanco en el cemento es necesario utilizar materia prima con bajo contenido de xido de hierro, usar combustible sin pirita y calcinar a una temperatura arriba de la necesaria para el cemento portland normal. Las propiedades fsicas generalmente satisfacen los requisitos de un cemento portland tipo I.

2.3 CalesSe hacen principalmente de xido de calcio (CaO), que se presenta en forma natural en piedra caliza, mrmol, greda, coral y conchas. En construccin, se utilizan por lo general en morteros y se obtienen al extraer agua de materiales naturales. Sus propiedades aglutinantes se deben a la reabsorcin del agua expulsada y a la formacin de los mismos compuestos qumicos de los que se compona la materia prima original.La cal hidrulica Se hace al calcinar piedra caliza, que contenga slice y almina, a una temperatura un poco inferior a la de fusin incipiente. En el apagado (hidratacin), se suministra slo el agua suficiente para hidratar la cal libre y formar suficiente cal libre (CaO), para permitir la hidratacin y dejar sin hidratar suficientes silicatos de calcio para dar al polvo seco sus propiedades hidrulicas. Debido a Su bajo contenido de silicato y alto contenido de cal, las cales hidrulicas son relativamente dbiles y se usan principalmente en morteros para albailera.La cal viva Es el producto de calcinar (hacer pulverulenta por calentamiento) piedra caliza que contenga grandes proporciones de carbonato de calcio (CaCO) y un poco de carbonato de magnesio (MgCO). La calcinacin evapora el agua de la piedra, calienta sta a una temperatura suficientemente alta para que ocurra una disociacin qumica y desprende bixido de carbono como gas, dejando los xidos de calcio y magnesia. El xido de calcio resultante (CaO), que recibe el nombre de cal viva, tiene una gran afinidad para el agua.La cal viva, destinada para usarse en construccin, debe combinarse primero con la cantidad correcta de agua para formar una pasta de cal, proceso que se denomina apagado. Cuando la cal viva se mezcla con una proporcin de dos a tres veces su peso de agua, el xido de cal se combina con el agua para formar hidrxido de calcio y se genera suficiente calor para que hierva toda la masa. El producto resultante es una suspensin finamente dividida de hidrxido de calcio (y xido de magnesio) que, al enfriarse, se endurece para formar una masilla. Esta ltima, tras un periodo de curado, se utiliza bsicamente en morteros para albailera a los que imparte una gran facilidad para moldearse. Tambin se puede utilizar como agregado en concretos para mejorar su moldeo.Las cales hidratadas Se preparan con cal viva por la adicin de una cantidad limitada de agua durante el proceso de fabricacin. La cal hidratada fue desarrollada para ejercer mejor control sobre la operacin de apagado, al efectuar esto durante la manufactura y no en el campo de construccin. Despus que el proceso de hidratacin deja de producir calor, se obtendr un polvo seco como resultado final.La cal hidratada se puede utilizar en el campo en la misma forma que la cal viva, como masilla o pasta, pero no requiere de un largo periodo de curado; tambin se puede mezclar con arena cuando est seca, antes de agregar agua. La cal hidratada se puede manejar con ms facilidad que la cal viva porque no es tan sensible a la humedad. La plasticidad de morteros hechos con cales hidratadas, aun cuando es mejor de la que tiene la mayor parte de los cementos, no es tan alta como la de morteros hechos con una cantidad equivalente de masilla de cal viva apagada.2.4 Cementos de yesoEl yeso mineral cuando es puro, est formado de dihidrato cristalino de sulfato de calcio (CaSO4.2H2O). Cuando se calienta a temperaturas arriba de 212 F pero que no rebasen los 374 F, se desprenden tres cuartas partes del agua de cristalizacin. El producto resultante, CaSO4.H2O, llamado yeso mate o de Pars, es un polvo fino y blanco. Cundo se recombina con agua, fragua rpidamente y alcanza resistencia al secarse al reformar el dihidrato original de sulfato de calcio. El yeso mate se utiliza como yeso para mezclar con cal o para moldear, o se combina con fibra y arena para formar un yeso "cemento". Los yesos tienen un fuerte fraguado y alcanzan toda su resistencia cuando estn secos.2.5 Cenizas finasLa ceniza fina que satisface la norma de la ASTM C618, "Especificacin para ceniza fina y puzolana natural calcinada o en bruto para uso como agregado mineral en concreto de cemento portland", se utiliza generalmente como material cementoso y como agregado.Las puzolanas naturales se derivan de algunas tierras diatomceas, horstenos y esquistos opalinos, y otros materiales. Si bien es cierto que forman parte de una designacin ASTM comn con las cenizas finas, no se encuentran tan fcilmente como estas ltimas y por lo tanto no generan el mismo nivel de inters o investigacin.Las cenizas finas se producen por combustin de carbones, generalmente en plantas de generacin elctrica. La ceniza que en forma normal sera expulsada por una chimenea se retiene por diferentes medios, como por ejemplo precipitadores electrostticos. La ceniza fina se puede clasificar por tamaos antes de enviarse a fabricantes de concretos.Todas las cenizas finas poseen las propiedades de las puzolanas, o sea que tienen la capacidad de reaccionar con hidrxido de calcio a temperaturas ordinarias para formar compuestos con propiedades cementosas. Cuando se mezcla cemento con agua ocurre una reaccin qumica (hidratacin); el producto de esta reaccin es el hidrato de silicato de calcio (CSH) y el hidrxido de calcio [Ca(OH)2]. Las cenizas finas tienen altos porcentajes de dixido de silicio (SiO2). En presencia de humedad, el Ca(OH)2 reacciona con el SiO2 para formar otro CSH.Las cenizas tipo F son el resultado de calcinar antracita o carbones bituminosos y poseen propiedades puzolnicas. Tanto en investigaciones como en la prctica se ha demostrado que suelen presentar resistencia al sulfato y reducir expansiones de agregados de lcali. Las cenizas finas tipo C resultan de calcinar lignito o carbones subbituminosos. Debido a las propiedades qumicas del carbn, las cenizas finas tipo C tienen algunas propiedades cementosas adems de las puzolnicas; tambin podrn reducir la durabilidad de concretos en los que se incorporen.2.6 Humos de slice (microslica)El humo de slice, o microslica, es un gas condensado producto de aleaciones de silicio metlico o ferrosilicio que se obtiene en hornos de arco elctrico. Aun cuando ambos trminos son correctos, el microslice (MS) es un nombre menos confuso. La norma canadiense CAN/CSA-A23.5-M86, "Materiales cementosos suplementarios", limita el SiO2 amorfo a un mximo de 85% y un tamao extra grande de 10%. Muchos microslices contienen ms de 90% de SiO2.El MS tiene un dimetro promedio de 0.1 a 0.2 m, que es alrededor del 1% del tamao de partcula del cemento portland. Debido a este tamao tan .pequeo, no es posible utilizar el MS en su forma bruta. Los fabricantes lo suministran ya sea densificado, en un lodo (con o sin agregados reductores de agua), en pastillas o esferillas. El MS densificado o el de Iodos se pueden utilizar en concretos; el de pastillas o esferillas se densifica al punto de que no se rompe durante la mezcla.Debido a su tamao muy pequeo, el MS imparte varias propiedades tiles al concreto: aumenta mucho su resistencia a largo plazo, reacciona en forma muy eficiente con el Ca(OH)2 y crea un material benfico en lugar de un producto de desecho. El MS se utiliza generalmente en concreto con una resistencia de diseo de ms de 12 000 psi. comunica al concreto mayor resistencia a sulfatos, y reduce en forma considerable la permeabilidad del concreto. Del mismo modo, su pequeo tamao permite al MS tapar fsicamente grietas pequeas y aberturas diminutas.

Leccin N 3Agregados

3 AgregadosEl trmino "agregado" es amplio y comprende piedras-bola, pedruscos, piedra triturada, grava, escoria de alto horno enfriada por aire, arenas nativas y manufacturadas, y agregados de pesos ligeros manufacturados y naturales. Los agregados se pueden describir ms por sus respectivos tamaos.3.1 Agregados de peso normal.Tpicamente, estos agregados tienen pesos especficos de entre 2.0 y 3.0. En general, se distinguen por su tamao en la forma siguiente:Piedras bolaMayores de 6 inPedruscosDe 6 a 3 in Agregado gruesoDe 3 in a tamiz nm. 4Agregado finoTamiz nm. 4 a tamiz nm. 200Relleno mineralMaterial que pase por el tamiz nm. 200Empleados en la mayor parte de las construcciones de concreto, los agregados de peso normal se obtienen de lechos secos de ros o al extraer y triturar material de formaciones. El concreto hecho con finos de peso normal y agregados gruesos pesa alrededor de 144 lb/ft3.Las piedras-bola y los pedruscos no se utilizan tal como se extraen, sino que son triturados hasta obtener los diversos tamaos de agregado grueso y arenas manufacturadas y relleno mineral. Las gravas y arenas en estado natural se obtienen por accin del agua y desgaste en glaciares y depsitos de ros. Estos materiales tienen superficies tersas, redondas y distribuciones de tamao de partculas que requieren de un procesamiento mnimo. Estos materiales se pueden obtener en granulometras ya sea gruesa o de agregados finos.Los agregados finos pasan el 100% de su material por un tamiz de 3/8 de pulgada; los agregados gruesos retienen la mayor parte del material en un tamiz nm. 4.Los agregados comprenden alrededor del 75% del volumen de una mezcla tpica de concreto. La limpieza, estabilidad de volumen, resistencia y forma de la partcula son importantes en cualquier agregado. Los agregados se consideran limpios si no tienen exceso de arcilla, sedimento, mica, materia orgnica, sales qumicas y granos cubiertos. Un agregado es fsicamente estable en volumen si retiene estabilidad dimensional o bajo cambios de temperatura o humedad y resiste la intemperie sin descomposicin. Para ser considerado adecuado en resistencia, un agregado debe ser capaz de aprovechar toda la fuerza de la matriz de cemento. Cuando la resistencia al desgaste sea importante, el agregado debe ser duro y tenaz.Se han desarrollado varios procesos para mejorar la calidad de los agregados que no satisfagan las especificaciones deseadas. Se puede utilizar el lavado para eliminar recubrimientos de las partculas o para cambiar la granulometra del agregado. Para mejorar los agregados gruesos se puede emplear la separacin de elementos pesados, mediante un lquido de gravedad especfica variable como es una suspensin de agua y magnetita finamente molida y ferrosilicio. El material no deseable de peso ligero se elimina por flotacin, y las partculas pesadas se asientan. La separacin por vibracin hidrulica, donde las partculas ms ligeras son llevadas hacia arriba por pulsaciones causadas por aire o por diafragmas de hule, tambin es un medio para separar las partculas ms ligeras. Las partculas suaves y desmenuzables se pueden separar de las duras y elsticas por un proceso llamado fraccionamiento elstico. Los agregados se dejan caer en una superficie inclinada de acero endurecido, y su calidad se mide por la distancia que rebotan..Los agregados que contienen ciertas formas de slice o carbonatos pueden reaccionar con los lcalis presentes en el cemento portland (xido de sodio y xido de potasio). El producto de reaccin agrieta el concreto o puede crear ampollas en la superficie del concreto. La reaccin es ms pronunciada cuando el concreto est en un medio caliente y hmedo.La reactividad potencial de un agregado con lcalis se puede determinar ya sea mediante prueba qumica (ASTM C289) o por el mtodo de barra de mortero (ASTM C227); este ltimo mtodo es una prueba ms rigurosa y proporciona resultados ms confiables, pero requiere un tiempo mucho ms largo para realizarse.La dureza de un agregado grueso se mide por las pruebas de abrasin de Los ngeles, ASTM C131 o C595. Estas pruebas rompen el agregado al impactarlo con bolas de acero en un tambor de la misma aleacin. La descomposicin resultante no est directamente relacionada con la abrasin que un agregado recibe en servicio, pero los resultados pueden estar relacionados en forma emprica.La estabilidad de volumen de un agregado se mide mediante la prueba ASTM C88 "Test Method for Soundness of Aggregates by Use of Sodium Sulfate or Magnesium SuIfate", Esta prueba mide la cantidad de degradacin del agregado cuando se expone a ciclos alternados de mojado y secado en una solucin de sulfato.La forma de partcula tiene un efecto importante en las propiedades del concreto. La arena y grava naturales tienen una forma de partcula redonda y tersa. El agregado triturado (grueso o fino) puede tener formas que son planas y alargadas, angulares, cbicas, semejantes a discos o a barras. Estas formas resultan segn el equipo de trituracin que se utilice y de la mineraloga del agregado. La angulosidad y elongacin (alargamiento) extremas aumentan la cantidad de cemento necesario para dar resistencia, producen dificultad en el acabado y aumentan el esfuerzo necesario para bombear el concreto. Las partculas planas y alargadas tambin aumentan la cantidad necesaria de agua para la mezcla.El aglutinamiento entre partculas angulares es mayor que entre las tersas. Las partculas angulares, debidamente graduadas, pueden aprovechar esta propiedad y reducir el aumento de agua necesaria para obtener concreto con contenido de cemento y resistencia igual a la de una mezcla de piedra tersa.La resistencia a congelamiento y deshielo es afectada por la estructura de poros, absorcin, porosidad y permeabilidad del agregado. Los agregados que se saturen en forma crtica y luego se congelen no pueden tener espacio para la expansin del agua congelada. Datos empricos muestran que el deterioro por congelacin y deshielo del concreto es ocasionado por agregados gruesos, no finos. Un mtodo prescrito en Test Method for Resistance of Concrete to Rapid Freezing and Thawing", ASTM C666, mide la operacin del concreto por cambios de peso, una reduccin en el mdulo dinmico de elasticidad, y aumentos en la longitud de la muestra. Los tiempos errticos de fraguado y de rapidez de endurecimiento pueden ser ocasionados por impurezas orgnicas de los agregados, principalmente de la arena. La presencia de estas impurezas puede investigarse por un mtodo dado en "Test Method for Organic Impurities in Fine Aggregates for Concrete", ASTM C40.Las ampollas y la reducida durabilidad pueden ser ocasionadas por partculas suaves, terrones de arcilla de horsteno y otras partculas desmenuzables, carbn, lignito, u otros materiales de peso ligero en los agregados. El carbn y el lignito tambin pueden ocasionar manchas de superficies expuestas del concreto.La estabilidad de volumen se refiere a la susceptibilidad del agregado a la expansin cuando se calienta, o a expansiones y contracciones cclicas al secarse y saturarse. Los agregados que son susceptibles a cambios de volumen debidos a la humedad deben evitarse.La granulometra y el tamao mximo de los agregados son importantes debido a su efecto en la dosificacin, trabajabilidad, economa, porosidad y contraccin del concreto. La distribucin del tamao de partculas se determina por separacin con una serie de tamices estndar. Los tamices estndar utilizados son los nm. 4, 8, 16, 30, 50 y 100, para agregado fino, y 6, 3,1, y 3/8 in y nm. 4 para agregado gruesoEl mdulo de finura (F.M.) es un ndice para describir lo fino o grueso del agregado. El mdulo de finura de una arena se clculo sumando los porcentajes retenidos acumulados en las seis mallas estndar y dividiendo la suma entre 100.El mdulo de finura no es indicador de granulometra, ya que un nmero infinito de tamizados dar el mismo valor para el mdulo de finura, pero da una idea del grosor o finura del material. Los valores de F.M. de 2.50 a 3.00 son normales.La norma ASTM C33 indica lmites de granulometra de agregados finos y gruesos. Los ltimos aparecen desde tamao 1 (3 a 1 in) a tamao 8 (3/8 a nm. 8). La National Stone Association especifica una graduacin para arenas manufacturadas que difiere de la del agregado fino en C33 principalmente para tamices nm. 100 y 200. La graduacin de La NSA es notoriamente ms fina (mayores porcentajes pasan por cada tamiz). Los materiales finos, compuestos de partculas angulares, son rocas finas, al contrario de sedimentos y arcillas de arena natural, y contribuye a la facilidad de trabajar el concreto.Las diversas graduaciones indican tamaos estndar para la produccin de agregados y pruebas de control de calidad. Conducen a la produccin de concreto con propiedades aceptables, pero debe tenerse cuidado cuando se utilicen lmites estndar de granulometra individual. Si el nmero de tamaos de agregado es limitado, o no hay suficiente traslapo entre tamaos de agregado, no se puede obtener un concreto aceptable o econmico con agregados aceptablemente clasificados. La razn de esto es que la graduacin combinada est clasificada por aberturas. La situacin ideal es una distribucin de tamao densa o bien graduada que optimice el contenido vaco de los agregados combinados. Es posible, sin embargo, obtener un concreto aceptable con agregados individuales que no satisfagan los lmites estndar pero que se pueden combinar para producir una graduacin densa.El material que pasa por el tamiz nm. 200 es arcilla, sedimento o una combinacin de estos dos. Aumenta la demanda de agua del agregado. Grandes cantidades de materiales menores al nm. 200 tambin pueden indicar la presencia de recubrimientos de arcilla en el agregado grueso que disminuira el aglutinamiento del agregado a la matriz de cemento. En la ASTM C117 "MateriaIs Finer than 75m Sieve in Mineral Aggregates by Washing" se da un mtodo de prueba.Los cambios en la granulometra de arena en lmites extremos tienen poco efecto en las resistencias compresivas de morteros y concretos cuando la proporcin y asentamiento de agua-cemento se mantienen constantes, pero tales cambios en la granulometra de la arena ocasionan que el contenido de cemento vare inversa mente con el mdulo de finura de la arena. Aun cuando este cambio en el contenido de cemento sea pequeo, la granulometra de la arena tiene gran influencia en la facilidad de trabajo y calidad del acabado del concreto.Por lo general, el tamao del agregado grueso, se escoge procurando utilizar el mayor que resulte prctico para Un trabajo, siendo el lmite superior normal de 6 in.3.2 Agregados ligeros Los agregados ligeros se pueden obtener por expansin de arcilla, esquisto, pizarra, perlita, obsidiana y vermiculita por calor; mediante la expansin de escoria de alto horno con procesos especiales de enfriamiento; a partir de yacimientos de piedra pmez, escoria, cenizas volcnicas, toba y diatomita; y de cenizas industriales. La resistencia del concreto hecho con agregados ligeros est en funcin de su peso, que puede variar desde 35 hasta 115 lb/ft3.Los agregados de peso ligero se pueden dividir en dos categoras: estructurales y no estructurales. Los agregados estructurales de peso ligero estn definidos por la ASTM C330 y la C331. Son manufacturados (arcilla expandida, esquisto, o pizarra, o escoria de alto horno) o naturales (escoria o piedra pmez). Estos agregados producen concretos generalmente en los lmites entre 3000 y 4000 psi de resistencia; se pueden obtener resistencias ms altas.Los agregados comunes de peso ligero no estructurales (ASTM C332) son vermiculita y perlita, aunque tambin se pueden utilizar escoria y piedra pmez. Estos materiales se emplean en concreto aislador para amortiguamiento de ruido y para acabados de piso no estructural.El concreto de peso ligero tiene mejor resistencia al fuego y mejores propiedades de aislamiento contra el calor y el sonido que el concreto ordinario, y ofrece ahorros en soportes estructurales y menos cimentaciones debido a menores cargas muertas. El concreto estructural con agregados de peso ligero cuesta de 30 a 50% ms que el hecho con agregados ordinarios, y tiene ms porosidad y ms contraccin al secado. La resistencia al desgaste por la intemperie es aproximadamente la misma para ambos tipos de concreto. El concreto de peso ligero se puede hacer con agentes espumantes como por ejemplo el polvo de aluminio, que genera un gas mientras el concreto est todava en estado plstico y se puede dilatar.3.3 Agregados pesadosEn la construccin de reactores nucleares, se requieren grandes cantidades de concreto pesado para propsitos de blindaje y estructurales. Los agregados pesados se utilizan en concretos para blindaje, porque la absorcin de rayos gamma es proporcional a la densidad. El concreto pesado puede variar entre 150 lb/ft3 del concreto normal y las 384 lb/ft3, cuando se utilizan municiones de acero como agregado fino y partculas de acero como agregado grueso. Adems de los agregados fabricados a partir de productos de hierro, se han utilizado como agregados pesados diversos productos de canteras y minerales, como la barita, limonita, hemetita, amenita y magnetita.

Leccin N 4Morteros y Lechadas

4 Morteros y lechadasLos morteros se hacen de cemento, agregado fino (arena) y agua. Se utilizan para la ereccin de unidades de albailera, yesos y masillas y, con la adicin de agregados gruesos, para concretos. Las propiedades de los morteros varan grandemente, dependiendo de las propiedades del cemento que se utilice, de la proporcin entre cemento y arena, de las caractersticas y granulometra de la arena, y de la proporcin entre agua y slidos.Las lechadas son semejantes a los morteros en composicin, pero las mezclas se proporcionan para obtener, antes del fraguado, una consistencia de fluidez sin segregacin de los componentes.4.1 Empaque y proporcin de morterosEn general, los morteros estn proporcionados por volumen. Una especificacin comn es que no ms de 3 ft3 de arena se utilicen con 1 ft3 de material cementoso. A veces hay dificultades para determinar exactamente cunto material constituye un pie cbico: una bolsa de cemento (94 lb), por convenio, se denomina pie cbico al hacer proporciones de morteros o concretos, pero se puede utilizar un pie cbico real de masilla de cal al hacer proporciones de morteros. Como las cales hidratadas se venden en bolsas de 50 lb, cada una de las cuales tiene un poco ms de un pie cbico de masilla, pesos de 40, 42 y 45 lb de cal hidratada se han utilizado como un pie cbico en estudios de laboratorio, pero, en el trabajo, se utiliza con frecuencia una bolsa como pie cbico. Los cementos para albailera se venden en bolsas que contienen de 70 a 80 lb, y una bolsa se considera como un pie cbico.4.2 Propiedades de morterosLa facilidad de ser trabajable es una propiedad importante de los morteros, en particular de los que se emplean junto con una unidad de albailera de alta absorcin. La propiedad de ser trabajable se controla mediante el carcter del cemento y la cantidad de arena. Por ejemplo, un mortero hecho de 3 partes de arena y 1 parte de masilla de cal apagada ser ms trabajable que una hecha de 2 partes de arena y 1 parte de cemento portland. Pero el mortero de 3:1 tiene menor resistencia. Mediante la correcta seleccin o mezcla de materiales cementosos, se obtiene generalmente un trmino medio satisfactorio, o sea un mortero de adecuada resistencia y facilidad de ser trabajable.Retencin de agua es la proporcin entre fluidez despus de 1 minuto de succin estndar y la fluidez antes de la succin se utiliza como ndice de la facilidad de los morteros para ser trabajables. Un alto valor de retencin de agua se considera deseable para la mayor parte de los propsitos, pero hay una amplia variacin en la retencin de agua en morteros hechos con proporciones variables de cemento y cal y con cales variables. La "Especificacin estndar para morteros para unidad de albailera", ASTM C270, exige que el mortero se mezcle a una fluidez inicial de 100 a 115, como se determina por el mtodo de prueba de la ASTM C109, para tener una fluidez despus de succin de por lo menos 75%.La resistencia del mortero se utiliza con frecuencia como requisito de especificacin, aun cuando tiene poca relacin con la resistencia de albailera. La resistencia del mortero es afectada principalmente por la cantidad de cemento en la matriz. Otros factores de importancia son la proporcin de arena y material cementoso, condiciones de curado y edad cuando se prueba.El cambio de volumen de morteros constituye otra propiedad importante. El cambio normal de volumen (como se distingue por la inexactitud) puede considerarse como la contraccin durante el endurecimiento tempranero, contraccin en el secado, expansin en el mojado y cambios debidos a la temperatura. Una vez secos, los morteros se dilatan otra vez cuando se mojan. El mojado y secado alternados producen dilatacin y contraccin alternadas que, en apariencia, contina en forma indefinida con morteros de cemento portland.Los coeficientes de expansin trmica de varios morteros, reportados en "Cambios de volumen en materiales de ladrillo para albailera", revista de investigacin de la National Bureau of Standards, vol. 6, p. 1003, varan de 0.38 x 10-5 a 0.60 x 10-5 para morteros de cemento para albailera; de 0.41 x 10-5 a 0.53 x 10-5 para morteros de cal, y de 0.42 x 10-5 a 0.61 x 10-5 para morteros de cemento. La composicin de los materiales cementosos aparentemente tiene poco efecto en el coeficiente de expansin trmica de un mortero.4.3 Morteros de alta adhesinCuando al mortero se agregan materiales polimricos, como el butadieno de estireno y cloruro de polivinilideno, aparecen fuerzas de adhesin, compresin y de corte grandemente aumentadas. Para obtener alta resistencia, los otros materiales, incluyendo arena, agua, cemento portland tipo I o lII, y un aditivo para facilidad de ser trabajable, como por ejemplo piedra caliza triturada y pulverizada o polvo de mrmol, deben ser de calidad igual a la de los ingredientes del mortero estndar. La alta resistencia del mortero hace posible que la mampostera resista considerables esfuerzos de flexin y de traccin. Esto hace posible la construccin de paredes ms delgadas y la preinstalacin de paneles de media asta que se pueden erigir en el lugar.

Leccin N 5Concretos

5.1 ConcretosHormign o Concreto,materialartificial utilizado en ingeniera que se obtiene mezclando cemento Portland, agua, algunos materiales bastos como la grava y otros refinados, y una pequea cantidad de aire.Elhormignescasiel nico material de construccin que llega en bruto a la obra. Esta caracterstica hace que sea muy til en construccin, ya que puede moldearse de muchas formas. Presenta una amplia variedad de texturas y colores y se utiliza para construir muchos tipos de estructuras, como autopistas, calles, puentes, tneles, presas, grandes edificios, pistas de aterrizaje, sistemas de riego y canalizacin, rompeolas, embarcaderos y muelles, aceras, silos o bodegas, factoras, casas e incluso barcos.Otrascaractersticas favorables del hormign son su resistencia, su bajo costo y su larga duracin. Si se mezcla con los materiales adecuados, el hormign puede soportar fuerzas de compresin elevadas. Su resistencia longitudinal es baja, pero reforzndolo con acero y a travs de un diseo adecuado se puede hacer que la estructura sea tan resistente a las fuerzas longitudinales como a la compresin. Su larga duracin se evidencia en la conservacin de columnas construidas por los egipcios hace ms de 3.600 aos.5.2 ComposicinLoscomponentesprincipales del hormign son pasta de cemento Portland, agua y aire, que puede entrar de forma natural y dejar unas pequeas cavidades o se puede introducir artificialmente en forma de burbujas. Los materiales inertes pueden dividirse en dos grupos: materiales finos, como puede ser la arena, y materiales bastos, como grava, piedras o escoria. En general, se llaman materiales finos si sus partculas son menores que 6,4mm y bastos si son mayores, pero segn el grosor de la estructura que se va a construir el tamao de los materiales bastos vara mucho. En la construccin de elementos de pequeo grosor se utilizan materiales con partculas pequeas, de 6,4mm. En la construccin de presas se utilizan piedras de 15cm de dimetro o ms. El tamao de los materiales bastos no debe exceder la quinta parte de la dimensin ms pequea de la pieza de hormign que se vaya a construir.Almezclarelcemento Portland con agua, los compuestos del cemento reaccionan y forman una pasta aglutinadora. Si la mezcla est bien hecha, cada partcula de arena y cada trozo de grava queda envuelta por la pasta y todos los huecos que existan entre ellas quedarn rellenos. Cuando la pasta se seca y se endurece, todos estos materiales quedan ligados formando una masa slida.Encondicionesnormales el hormign se fortalece con el paso del tiempo. La reaccin qumica entre el cemento y el agua que produce el endurecimiento de la pasta y la compactacin de los materiales que se introducen en ella requiere tiempo. Esta reaccin es rpida al principio pero despus es mucho ms lenta. Si hay humedad, el hormign sigue endurecindose durante aos. Por ejemplo, la resistencia del hormign vertido es de 70 307 g/cm2 al da siguiente, 316 382 g/cm2 una semana despus, 421 842 g/cm2 al mes siguiente y 597.610 g/cm2 pasados cinco aos.Lasmezclasdehormign se especifican en forma de relacin entre los volmenes de cemento, arena y piedra utilizados. Por ejemplo, una mezcla 1:2:3 consiste en una parte por volumen de cemento, dos partes de arena y tres partes de agregados slidos. Segn su aplicacin, se alteran estas proporciones para conseguir cambios especficos en sus propiedades, sobre todo en cuanto a resistencia y duracin. Estas relaciones varan de 1:2:3 a 1:2:4 y 1:3:5. La cantidad de agua que se aade a estas mezclas es de 1 a 1,5 veces el volumen de cemento. Para obtener hormign de alta resistencia el contenido de agua debe ser bajo, slo el suficiente para humedecer toda la mezcla. En general, cuanta ms agua se aada a la mezcla, ms fcil ser trabajarla, pero ms dbil ser el hormign cuando se endurezca.Elhormignpuedehacerse absolutamente hermtico y utilizarse para contener agua y para resistir la entrada de la misma. Por otra parte, para construir bases filtrantes, se puede hacer poroso y muy permeable. Tambin puede presentar una superficie lisa y pulida tan suave como el cristal. Si se utilizan agregados pesados, como trozos de acero, se obtienen mezclas densas de 4 000kg/m3. Tambin se puede fabricar hormign de slo 481kg/m3 utilizando agregados ligeros especiales y espumas. Estos hormigones ligeros flotan en el agua, se pueden serrar en trozos o clavar en otras superficies.Parapequeostrabajos o reparaciones, puede mezclarse a mano, pero slo las mquinas mezcladoras garantizan una mezcla uniforme. La proporcin recomendada para la mayora de usos a pequea escala como suelos, aceras, calzadas, patios y piscinas es la mezcla 1:2:3.Cuandolasuperficiedel hormign se ha endurecido requiere un tratamiento especial, ya sea salpicndola o cubrindola con agua o con materiales que retengan la humedad, capas impermeables, capas plsticas, arpillera hmeda o arena. Tambin hay pulverizadores especiales. Cuanto ms tiempo se mantenga hmedo el hormign, ser ms fuerte y durar ms. En poca de calor debe mantenerse hmedo por lo menos tres das, y en poca de fro no se debe dejar congelar durante la fase inicial de endurecimiento. Para ello se cubre con una lona alquitranada o con otros productos que ayudan a mantener el calor generado por las reacciones qumicas que se producen en su interior y provocan su endurecimiento.5.3 Tcnicas de construccinElhormignsemoldea de muchas maneras. Para construir los cimientos de pequeos edificios se vierte directamente en zanjas cavadas en la tierra. Para otros tipos de cimientos y algunos muros, se vierte entre los soportes o encofrados de madera o de hierro, que se eliminan cuando el hormign se ha secado. En la construccin con losas prefabricadas, las planchas que forman techos y suelos se montan en el suelo y despus se elevan con gatos hidrulicos y se fijan las columnas a la altura precisa. Los encofrados deslizantes se utilizan para formar columnas y los ncleos de los edificios. Se van moviendo hacia arriba de 15 a 38cm por hora mientras se vierte el hormign y se colocan los refuerzos. El mtodo de fraguar hacia arriba se suele utilizar en la construccin de edificios de una o dos plantas. Las paredes se fraguan en tierra o en la planta correspondiente y se sitan con gras. Despus se fijan las paredes por sus extremos o entre ellas a unas columnas de hormign. Para pavimentar carreteras con hormign se utiliza una mquina pavimentadora de cimbra mvil. Esta mquina arrastra una estructura con dos guas metlicas separadas. Se vierte una capa de hormign entre las dos guas y la mquina va avanzando lentamente. Las guas de los laterales mantienen el hormign en su sitio hasta que ste se seca. Estas pavimentadoras pueden forjar una capa continua de pavimento de hormign de uno o dos carriles.Enciertasaplicaciones, como la construccin de piscinas, canales y superficies curvas, el hormign puede aplicarse por inyeccin. Con este mtodo el hormign se pulveriza a presin con mquinas neumticas sin necesidad de utilizar encofrados. As se elimina todo el trabajo de los moldes de hierro y madera y se puede aplicar hormign en lugares donde los mtodos convencionales seran difciles o imposibles de emplear.Elhormignconaireocluido es hormign en el que se introducen pequeas burbujas de aire en la mezcla con el cemento, durante su fabricacin, preparacin o en la fase de mezclado con la arena y los agregados. La presencia de estas burbujas aporta propiedades favorables al hormign, tanto cuando est fresco como cuando se ha endurecido. Cuando est fresco y recin mezclado las burbujas de aire actan como lubricante; hacen la mezcla ms manejable por lo que reducen la cantidad de agua necesaria para hacerla. Este sistema de aire tambin reduce la cantidad de arena necesaria.Elairepresenteenel hormign endurecido reduce radicalmente los ajustes que derivan de la utilizacin de productos qumicos anticongelantes en calles y carreteras. Tambin previene los daos que producen en los pavimentos las heladas y deshielos. Las burbujas de aire funcionan como diminutas vlvulas de seguridad que proporcionan espacio al agua para expandirse si la temperatura baja y se hiela.5.4 Albailera con hormignEntodoslostiposde construccin de albailera se utilizan ladrillos o bloques de hormign. Se emplean por ejemplo en muros de carga y paredes, malecones, bardas o cortafuegos; como refuerzo de paredes de ladrillo, piedra o enlucidas con estuco o yeso; para proteger del fuego estructuras de acero y recintos como huecos de escaleras y ascensores, y para construir muros de contencin, chimeneas y suelos.Alrededordel60%delos productos de hormign para albailera, como los bloques de escoria, se elaboran con agregados ligeros. Los ms utilizados son arcillas tratadas, escoria de altos hornos, esquisto micceo, agregados volcnicos naturales y cenizas. El tamao de estos bloques, que se utilizan para construir paredes, tanto por debajo como por encima del suelo, suele ser de 20 20 40cm. Estos bloques se colocan de forma horizontal y no suelen ser macizos para reducir peso y para que se forme una cmara de aire aislante. Se han desarrollado otros tipos de bloques de hormign con dibujo que se utilizan sin revestimiento en casas, centros comerciales, escuelas, iglesias e instalaciones pblicas.Lamedidadelosbloques est ya estandarizada: se pueden conseguir bloques especficos para cualquier trabajo sin tener que cortar y ajustar. Tambin hay moldes para producir bloques con dibujos y relieves para paredes interiores y exteriores. Es posible conseguir cualquier color o tipo de textura.5.5 Hormign armadoEnlamayoradelostrabajos de construccin, el hormign se refuerza con armaduras metlicas, sobre todo de acero; este hormign reforzado se conoce como hormign armado. El acero proporciona la resistencia necesaria cuando la estructura tiene que soportar fuerzas longitudinales elevadas. El acero que se introduce en el hormign suele ser una malla de alambre o barras sin desbastar o trenzadas. El hormign y el acero forman un conjunto que transfiere las tensiones entre los dos elementos.Elhormignpretensado ha eliminado muchos obstculos en cuanto a la envergadura y las cargas que soportan las estructuras de hormign para ser viables desde el punto de vista econmico. La funcin bsica del acero pretensado es reducir las fuerzas longitudinales en ciertos puntos de la estructura. El pretensado se lleva a cabo tensando acero de alta resistencia para inducir fuerzas de compresin al hormign. El efecto de esta fuerza de compresin es similar a lo que ocurre cuando queremos transportar una fila de libros horizontalmente; si aplicamos suficiente presin en los extremos, inducimos fuerzas de compresin a toda la fila, y podemos levantar y transportar toda la fila, aunque no se toquen los libros de la parte central.Estasfuerzascompresoras se inducen en el hormign pretensado a travs de la tensin de los refuerzos de acero antes de que se endurezca el hormign, aunque en algunos casos el acero se tensa cuando ya se ha secado. En el proceso de pretensado, el acero se tensa antes de verter el hormign. Cuando el hormign se ha endurecido alrededor de estos refuerzos tensados, se sueltan las barras de acero; stas se encogen un poco e inducen fuerzas de compresin al hormign. En otros casos, el hormign se vierte alrededor del acero, pero sin que entre en contacto con l; cuando el hormign se ha secado se ancla un extremo del refuerzo de acero al hormign y se presiona por el otro extremo con gatos hidrulicos. Cuando la tensin es la requerida, se ancla el otro extremo del refuerzo y el hormign queda comprimido.Un concreto puede ser cualquiera de varios materiales manufacturados, semejantes a la piedra, compuestos de partculas llamadas agregados que se seleccionan y clasifican en tamaos especificados para una construccin, generalmente con una parte importante retenida en un tamiz nm. 4 (4.75 mm), y que se pegan mediante uno o ms materiales cementosos para formar una masa slida.El trmino "concreto", cuando se usa sin adjetivo modificador, de ordinario indica el producto formado por una mezcla de cemento portland, arena, grava o piedra triturada, y agua. Hay, sin embargo, muchos tipos diferentes de concreto. Algunos se distinguen por los tipos, tamaos y densidades de agregados; por ejemplo, concretos para fibra de madera, peso ligero, peso normal o de alto peso. Los nombres de otros pueden indicar el tipo de aglutinante que se utilice; por ejemplo, cemento hidrulico mezclado, polmero o concreto bituminoso (asfltico).Los concretos son similares en composicin a los morteros que se utilizan para pegar una unidad de mampostera, pero los morteros se hacen generalmente con arena como nico agregado, en tanto que los concretos contienen agregados finos y agregados de mayor tamao y con esto alcanzan mayor resistencia. Los concretos, por lo tanto, tienen campos mucho ms amplios de aplicaciones estructurales, incluyendo pavimentos, cimentaciones, tubos, unidades de mampostera, losetas para pisos, viguetas, columnas, paredes, presas y estanques.Para el diseo de una mezcla de concreto, los ingredientes se especifican para alcanzar objetivos especficos, tales como resistencia, durabilidad, resistencia a la abrasin, bajo cambio de volumen y costo mnimo. Los ingredientes se mezclan para asegurarse que los agregados gruesos, o de gran tamao, se encuentren uniformemente distribuidos, que los agregados finos llenen los huecos entre los agregados ms grandes y que todos se encuentren cubiertos por el cemento. Antes que comience la accin del cemento, la mezcla es plstica y se puede apisonar o moldear para darle las formas deseadas. Las prcticas recomendadas para medir, mezclar, transportar, colocar y probar concretos estn promulgadas por organizaciones como el American Concrete Institute (ACI) y la American Association of State Transportation and Highway Officials (AASHTO).5.6 Concretos de cemento portlandEl concreto es una mezcla de cemento portland, agregado fino, agregado grueso, aire y agua. Es un material temporalmente plstico que se puede colar o moldear y, ms tarde, se convierte en una masa slida por reaccin qumica. El usuario del concreto desea resistencia adecuada, facilidad de colocacin y durabilidad, al mnimo costo. El proyectista de concreto puede variar las proporciones de los cinco componentes dentro de lmites amplios, para lograr esos objetivos. Las variantes principales son la relacin agua-cemento, la proporcin cemento-agregados, tamao del agregado grueso, proporcin entre agregado fino y agregado grueso, tipo de cemento y uso de aditivos.La relacin agua-cemento (A/C) es el factor principal que influye en la resistencia del concreto.El contenido de cemento en s afecta la resistencia del concreto; la resistencia disminuye conforme se reduce el contenido de cemento. En el concreto con aire incluido, esta disminucin en la resistencia puede contrarrestarse, en forma parcial, al aprovechar la mejora de trabajabilidad por la inclusin de aire, que permite reducir la cantidad de agua.El tipo de cemento afecta la manera en que se desarrolla la resistencia y la resistencia final. En la existen cinco tipos de cemento portlandLas condiciones del curado son vitales para el desarrollo de la resistencia del concreto. Dado que las reacciones de hidratacin del cemento slo ocurren en presencia de una cantidad adecuada de agua, se debe mantener la humedad en el concreto durante el periodo de curado. La temperatura del curado tambin afecta la resistencia del concreto. Se requieren periodos ms largos de curado hmedo a temperaturas ms bajas, para desarrollar una resistencia dada. Aunque el curado continuo a temperaturas elevadas produce un desarrollo ms rpido de resistencia hasta los 28 das, para edades mayores se invierte la tendencia; el concreto curado a temperaturas ms bajas desarrolla resistencias mayores.Ntese que el concreto se puede congelar y no adquiere resistencia en ese estado. Tambin obsrvese que, a bajas temperaturas, la ganancia de resistencia de concreto no congelado es mnima y los factores ambientales, en especial la temperatura y el curado, son extremadamente importantes en el desarrollo de la resistencia de un concreto.Relaciones esfuerzo-deformacin El concreto no es un material linealmente elstico; la relacin esfuerzo-deformacin para cargas crecientes en forma continua da como resultado una lnea curva. Para un concreto que ya ha endurecido por completo y ha recibido una precarga moderada, la curva esfuerzo-deformacin es, prcticamente, una lnea recta dentro de los Lmites de esfuerzos de trabajo usuales. El mdulo de elasticidad puede determinarse a partir de esa porcin de la curva. El mdulo de elasticidad para concretos normales a 28 das, est entre 2000 a 6000 ksi.Adems de la deformacin elstica que ocurre de manera inmediata despus de aplicar una carga al concreto, la deformacin sigue aumentando con el tiempo si persiste la carga. Este flujo plstico o escurrimiento plstico contina por un tiempo indefinido. Avanza con velocidad decreciente y se aproxima a cierto valor que puede ser de una a tres veces el de la deformacin elstica inicial. Aunque se han tomado medidas de deformacin por fluencia, por periodos mayores de 10 aos, ms de la mitad de la fluencia total tiene lugar durante los primeros tres meses despus de aplicar la carga. Se ilustran curvas tpicas de deformacin por flujo, en las cuales se muestran los efectos de la relacin agua-cemento y de la intensidad de la carga. Al retirar la carga, tiene lugar una recuperacin elstica inmediata, seguida por una recuperacin plstica de menor grado que la deformacin por flujo ocurrida cundo se aplic la carga por primera vez.Los cambios de volumen juegan una parte importante en la durabilidad del concreto. Los cambios de volmenes excesivos o diferenciales pueden ocasionar agrietamiento, como resultado de la contraccin y la insuficiente capacidad a la tensin, o despostilladuras en las juntas debidas a la expansin. La dilatacin y la contraccin del concreto ocurren cuando hay cambios en la humedad dentro, de la pasta del cemento.La pasta de cemento endurecida tiene poros de dimensiones moleculares entre las partculas del gel de tobermorita y poros ms grandes entre los grupos de partculas del gel. El volumen del espacio de poros en la pasta de cemento depende de la cantidad inicial de agua mezclada con el cemento; cualquier exceso en esta agua da origen a poros adicionales que debilitan la estructura de la pasta de cemento. Los movimientos de humedad hacia dentro y fuera de este sistema de poros ocasionan cambios en el volumen de la pasta. La contraccin por secado del concreto es de alrededor de in por 100 ft. Hay una relacin directa entre el contenido de agua de mezclado y la contraccin por secado. El contenido de cemento es de importancia secundaria al estimar las consideraciones de las contracciones.El coeficiente de expansin trmica del concreto vara, principalmente, segn el tipo y cantidad de agregado grueso utilizado. La pasta de cemento tiene un efecto menor. Un valor promedio til para los clculos es de 5.5 x 10-6 in/ (in. F).5.7 Refuerzo de fibras para concretoSe pueden agregar materiales fibrosos a una mezcla de concreto para mejorar su resistencia, elasticidad y control de grietas. La longitud de las fibras es pequea y stas se pueden describir por la proporcin de su aspecto, es decir, la proporcin entre su longitud y su dimetro equivalente.Los tipos de fibras ms comnmente utilizados en concretos son los sintticos, que comprenden materiales de propileno, nylon, polister y polietileno. Los materiales sintticos especiales incluyen fibras de aramida, carbono y acrlicas. El concreto reforzado con fibras de vidrio se prepara con vidrio E y fibras de vidrio resistentes al lcali (AR). Las fibras de acero son virutas de acero inoxidable o de acero de alta resistencia a la traccin.Las fibras deben repartirse de manera uniforme en la mezcla. La orientacin de las fibras en el concreto suele ser aleatoria. En contraste, el refuerzo convencional est tpicamente orientado en una o dos direcciones, por 10 general en planos paralelos a la superficie. Adems, la tela metlica de alambres soldados o barras de acero de refuerzo deben mantenerse en su posicin cuando el concreto sea colocado en su sitio. Cualquiera que sea el tipo, las fibras son eficaces para el control de las grietas porque dan a la matriz de concreto un refuerzo en todas las direcciones. Con fibras de acero, la resistencia al impacto y la tenacidad del concreto se pueden mejorar en mucho y se pueden aumentar las resistencias a la fatiga ya la flexin.Las fibras sintticas se utilizan por lo general para sustituir telas metlicas de alambres soldados como refuerzo secundario para control de grietas en piezas planas. Segn sea la longitud de la fibra, esta ltima puede limitar la medida y extensin de las grietas de contraccin plstica o las grietas de contraccin tanto plsticas como de secado. Aun cuando las fibras sintticas no estn diseadas para comunicar propiedades estructurales, las losetas probadas de acuerdo con la norma ASTM E72, "Standard Methods of Conducting Strength Tests of Panels for Building Construction", demostraron que las losetas de prueba reforzadas con fibras sintticas soportaron mayores cargas uniformes que las losas de tela metlica de alambres soldados. Si bien es cierto que gran parte de la investigacin para fibras sintticas ha utilizado proporciones de refuerzo mayores al 2%, la prctica comn en el campo es utilizar 0.1% (1.5 Ib/yd3) Esta dosificacin proporciona ms rea de seccin transversal que la tela metlica alambres soldados de calibre 10. Los resultados empricos indican que de manera considerable se reduce y controla el agrietamiento. Otro beneficio de las fibras es que despus del agrietamiento inicial, las fibras tienden a mantener junto el concreto.Se pueden usar fibras de aramida, carbn y acrlicas para aplicaciones estructurales, como es empaquetar columnas de concreto para obtener asistencia adicional. Otros usos posibles son para estructuras resistentes a la corrosin. Los costos ms altos de los materiales sintticos especiales limitan su uso en la construccin en general.El concreto con refuerzo de fibras de vidrio (GFRC) se utiliza para construir muchos tipos de elementos de construccin, incluyendo paneles arquitectnicos de paredes, tejas para techos y tanques de agua. No se ha alcanzado todo el potencial del GFRC debido a que las fibras de vidrio E son reactivas al lcali y las fibras de vidrio AR estn sujetas a fragilidad custica, posiblemente por infiltracin de partculas de hidrxido de calcio.Se pueden utilizar fibras de acero como sustituto del acero convencional de refuerzo. El volumen de fibra de acero de una mezcla oscila entre 0.5 y 2%. El American Concrete Institute Committee 544 indica en la norma ACI 544.3R, "Guide for Specifying, Mixing, Placing, and Finishing Steel Fiber Reinforced Concrete", que en elementos estructurales como son viguetas, columnas y pisos que no tengan pendiente, debe instalarse acero de refuerzo para sostener toda la carga de traccin. En otros casos, se pueden utilizar fibras para reducir el grosor de seccin o mejorar las caractersticas de funcionamiento. Ver tambin las normas ACI 344.1R y 344.2R.5.8 Concreto de polmerosCuando el cemento portland se sustituye por un polmero, el concreto resultante tiene una menor rapidez de absorcin de agua, mayor resistencia a ciclos de congelacin y deshielo, mejor resistencia a productos qumicos, mayor solidez y excelentes caractersticas de adherencia en comparacin con la mayor parte de otros materiales cementosos.Las resinas que se utilizan con ms frecuencia (polisteres y acrlicos) se mezclan con agregados como un man mero, con un agente de enlace cruzado (endurecedor) y un catalizador, para alcanzar plena polimerizacin. Los concretos de polmeros se refuerzan por lo general con fibras metlicas, fibras de vidrio o losas continuas de cimentacin de fibra de vidrio.El concreto impregnado de polmeros (PIC) es concreto curado de cemento portland impregnado con un monmero que utiliza procesos de presin o de vaco. El monmero (con mucha frecuencia un acrlico) est polimerizado por un catalizador, calor o radiacin ultravioleta. Se forma una capa superficial continua que impermeabiliza y refuerza, y tambin llena los huecos.5.9 Concreto bituminoso y otros compuestos de asfaltoLas mezclas de asfalto que sirvan como aglomerante, los agregados finos y gruesos, as como rellenos y aditivos, se utilizan ampliamente como pavimentos flexibles, revestimientos de presas y de canales. Los agregados, como la arena, grava y piedra triturada, son similares a los utilizados para concreto de cemento portland. La American Association of State Highway Transportation Officials (AASHTO), The Asphalt Institute y la ASTM publican especificaciones para asfalto, mismas que son la base para especificaciones de departamentos gubernamentales de carreteras y transportes.Los asfaltos son viscoelsticos y sus propiedades varan de frgiles hasta elsticas. La dureza, o viscosidad, depende de la temperatura de los asfaltos. La variacin con la temperatura, sin embargo, depende de la susceptibilidad al esfuerzo cortante del material, la cual indica el estado de su estructura coloidal.El asfalto, que es un derivado negro o caf oscuro de petrleo, es diferente del alquitrn de hulla, que es residuo de la destilacin destructiva del carbn. El asfalto est formado de hidrocarburos y sus derivados y es por completo soluble en bisulfuro de carbono (CS2). Son los residuos de petrleo despus de la evaporacin, por medios naturales o artificiales, sus componentes ms voltiles.Los cementos de asfalto (AC) se utilizan como aglomerantes para casi todos los pavimentos flexibles. Son mezclas de asfaltos duros y aceites no, voltiles a los que se les comunica una consistencia til por calentamiento, sin ser suavizados con un agente fundente o emulsificante. Se pueden graduar de acuerdo a su viscosidad o penetracin (distancia a la que penetra una aguja por el material en una prueba estndar a una temperatura especfica.Los aceites de curado lento (SC) para carreteras, son derivados lquidos de petrleo que fraguan lentamente, y son apropiados para usarse cuando se necesita casi la misma consistencia de cemento tanto en el momento de proceso como al trmino del curado. Pueden ser el producto remanente despus de la destilacin de petrleo o el resultado de diluir cementos de asfalto con un destilado pesado. Ms viscosos que los grados ligeros de aceite lubricante, los aglomerantes SC son ms fluidos que los cementos de asfalto.

Leccin N 6Ladrillos y losetas

6 Unidades de albailera y losetasA partir del concreto u hormign se fabrica una gran variedad de productos manufacturados que se emplean en construccin. Estos productos incluyen ladrillo de concreto, bloque de concreto o loseta; losetas para pisos y techos; paneles para paredes; piedra moldeada y viguetas y columnas prefabricadas. Igualmente, tambin se fabrica un amplio surtido de unidades de arcilla cocida para construccin. Estos productos incluyen el ladrillo de arcilla comn y para fachadas, loseta hueca de arcilla, loseta de cermica y terracota estructural; tambin se utilizan varios tipos de piedra en albailera.Las propiedades de la mampostera de hormign dependen de los ingredientes y proporcin de la mezcla, as como del mtodo de manufactura y del curado. Las propiedades de las unidades de arcilla cocida varan con el tipo de arcilla o esquisto usados como materia prima, con el mtodo de fabricacin de las unidades y la temperatura del cocido. Como consecuencia de lo anterior, algunas unidades, como el ladrillo mal cocido, presentan cocimiento incompleto, son muy porosos y tienen deficiente resistencia; otros ladrillos son tan duros como el vidrio, se han prensado y cocido hasta casi eliminar la porosidad y son muy fuertes. Entre estos extremos se encuentra la mayor parte de las unidades que se emplean en construccin.6.1 Unidades de hormign para mamposteraEstas unidades se fabrican de mezclas normales de hormign denso y de mezclas con agregados de peso ligero. Los bloques de concreto se fabrican con huecos que los atraviesan de lado a lado, para reducir el peso y facilitar su manejo por los albailes.Generalmente, la medida nominal (dimensiones reales ms el ancho de la unin de mortero) de los bloques huecos de hormign es de 8 x 8 x 16 in; los bloques slidos se fabrican a veces con dimensiones nominales de 4 x 8 x 16 in 4 x 2 x 8 in. En la "Standard Sizes of Clay and Concrete Modular Units," ANSI A62.3 vase una lista de medidas modulares.Las propiedades de las unidades varan ampliamente, desde unidades fuertes para sostener cargas densas bajo condiciones expuestas a la intemperie, hasta unidades ligeras, relativamente dbiles, aislantes, que se emplean para techos y construcciones a prueba de incendios.Las necesidades de resistencia y absorcin de ladrillos y bloques de hormign, establecidas por la ASTM para unidades tipo I, grados N-I y S-I (humedad controlada), y tipo II, grados N-II y S-II (sin HUMEDAD controlada.Las unidades manufacturadas de hormign tienen la ventaja (o a veces desventaja de que el curados est bajo control del fabricante. Se utilizan muchos mtodos de curado, desde simplemente poner las unidades en forma de columna en un lugar ms o menos expuesto a la intemperie hasta el curado bajo alta presin de vapor. Es evidente que este ltimo mtodo tiene el considerable mrito de reducir la contraccin final del bloque.6.2 ladrillos de arcilla o pizarraEstos productos son de arcilla o esquisto cocidos que se usan a veces en construccin de paredes y chimeneas y para recubrimientos refractarios. Las medidas nominales comunes de ladrillos en Estados Unidos son de 4 o 6 in de grueso por 2 2/3 o 4 in de alto por 8 o 12 in de largo. Para una lista de medidas modulares, vase la "Standard Sizes of Clay and Concrete Modular Masonry Units," ANSI ,62.3. Las dimensiones reales son menores, generalmente por la cantidad del ancho de la unin de mortero6.3 Losetas de arcilla estructuralLas losetas de arcilla estructural son unidades de albailera huecas, de arcilla cocida con celdas paralelas. Estas unidades tienen una multitud de usos: como loseta de revestimiento para paredes interiores y exteriores no enyesadas, muros divisorios o columnas; como loseta para soportar cargas en construcciones diseadas para sostener cargas superpuestas; como loseta de muro divisorio para muros interiores que no sostienen cargas superpuestas; como loseta refractaria para proteger elementos estructurales contra incendios, como bloques de enrasillar en construccin de pisos y techos; y como loseta de cabezal, que estn diseadas para hacer cavidades para unidades de cabezal en paredes de ladrillo o con revestimiento de piedra. Estas unidades estn disponibles en las siguientes dimensiones nominales: 8 a 16 in de largo, 4 in para loseta de revestimiento a 12 in de altura para loseta de carga, y 2 in de grueso para loseta de revestimiento a 12 in para loseta de carga.Se fabrican dos tipos generales de loseta: la loseta para construccin de costado, diseada para recibir su principal esfuerzo a ngulos rectos con respecto al eje de las celdas, y la loseta de construccin final, diseada para recibir su principal esfuerzo paralelo al eje de las celdas.Las losetas tambin se fabrican en varios acabados de superficie, como es la loseta vidriada opaca, la loseta vidriada clara de cermica, la loseta vidriada no lustrosa, y los acabados estriados, rastrillados o rugosos, diseados para recibir mortero, yeso o estuco.La resistencia y absorcin de losetas hechas de arcillas similares, pero de diferentes fuentes y fabricantes, vara ampliamente. El mdulo de elasticidad de la loseta puede variar de 1 620 000 a 6 059 000 psi.6.4 Losetas de cermicaLa loseta de cermica es un producto de arcilla cocida que se usa bsicamente para efectos decorativos y sanitarios. Est compuesta de un cuerpo de arcilla sobre el que se aplica un barniz decorativo.Las losetas son generalmente planos, pero varan en dimensiones desde in por lado a ms de 6 in. Sus formas tambin varan mucho: cuadrados, rectngulos y hexgonos son las formas ms predominantes, las que deben agregarse molduras cncavas y otras formas decorativas. Estas losetas no dependen del color de la arcilla para su color final, ya que suelen ser vidriadas. En consecuencia, las hay en graduaciones completas de colores que van desde blancos puros y al pastel de varias tonalidades hasta colores slidos oscuros y negro azabache.Las propiedades de la base varan un poco. En particular, la absorcin oscila entre casi cero hasta Casi 15%. Se requiere que el barniz sea impermeable a lquidos y no debe mancharse, agrietarse ni cuartearse.6.5 Terracota estructuralEl trmino "terracota" se ha aplicado durante siglos a objetos decorativos de arcilla moldeada cuyas propiedades son similares a las del ladrillo. Las ms moldeadas se calcinan de un modo semejante al ladrillo.Con frecuencia se hace vidriado en terracota para obtener un color o acabado deseado. Esto introduce el problema del agrietamiento del barniz, en especial en superficies grandes.Las propiedades estructurales de la terracota son semejantes a las del ladrillo de arcilla o esquisto.6.6 Albailera de piedraLas principales clases de piedra que se utilizan en albailera son piedras calizas, mrmoles, granitos y piedra areniscos. Otras piedras, como la serpentina y cuarcita se utilizan en algunas localidades pero en cantidades mucho menores. La piedra, en general, es un excelente material de construccin si se selecciona en forma adecuada con base en la experiencia, pero el costo puede ser relativamente alto.Las propiedades de la piedra dependen de lo que la naturaleza ha dado. Por lo tanto, el diseador no tiene la opcin de propiedades y color disponibles en la manufactura de unidades de albailera. Lo ms que los proveedores de piedra pueden hacer por los compradores es proporcionarles piedra...que su experiencia demuestra que tiene buena resistencia y durabilidad.La permeabilidad de la piedra vara con el tipo de piedra, grosor y presin de penetracin que obliga al agua a pasar por la piedra. A continuacin aparecen algunas piedras comunes para construccin, enumeradas en orden de permeabilidad creciente: pizarra, granito, mrmol, piedra caliza y piedra arenisca.

Leccin N 7Vidrios

7 VidrioVidrio,sustanciaamorfafabricada sobre todo a partir de slice (SiO2) fundida a altas temperaturas con boratos o fosfatos. Tambin se encuentra en la naturaleza, por ejemplo en la obsidiana, un material volcnico, o en los enigmticos objetos conocidos como tectitas. El vidrio es una sustancia amorfa porque no es ni un slido ni un lquido, sino que se halla en un estado vtreo en el que las unidades moleculares, aunque estn dispuestas de forma desordenada, tienen suficiente cohesin para presentar rigidez mecnica. El vidrio se enfra hasta solidificarse sin que se produzca cristalizacin; el calentamiento puede devolverle su forma lquida. Suele ser transparente, pero tambin puede ser traslcido u opaco. Su color vara segn los ingredientes empleados en su fabricacin.Elvidriofundidoesmaleable y se le puede dar forma mediante diversas tcnicas. En fro, puede ser tallado. A bajas temperaturas es quebradizo y se rompe con fractura concoidea (en forma de concha de mar).Sefabricporprimera vez antes del 2000a.C., y desde entonces se ha empleado para fabricar recipientes de uso domstico as como objetos decorativos y ornamentales, entre ellos joyas. (En este artculo trataremos cualquier vidrio con caractersticas comercialmente tiles en cuanto a trasparencia, ndice de refraccin, color, etc.7.1 Ingredientes y propiedadesElingredienteprincipal del vidrio es la slice, obtenida a partir de arena, pedernal o cuarzo.Laslicesefundeatemperaturas muy elevadas para formar vidrio. Como ste tiene un elevado punto de fusin y sufre poca contraccin y dilatacin con los cambios de temperatura, es adecuado para aparatos de laboratorio y objetos sometidos a choques trmicos (deformaciones debidas a cambios bruscos de temperatura), como los espejos de los telescopios. El vidrio es un mal conductor del calor y la electricidad, por lo que resulta prctico para el aislamiento trmico y elctrico. En la mayora de los vidrios, la slice se combina con otras materias primas en distintas proporciones. Los fundentes alcalinos, por lo general carbonato de sodio o potasio, disminuyen el punto de fusin y la viscosidad de la slice. La piedra caliza o la dolomita (carbonato de calcio y magnesio) actan como estabilizante. Otros ingredientes, como el plomo o el brax, proporcionan al vidrio determinadas propiedades fsicas.

Vidrio soluble y vidrio sodoclcicoElvidriodeelevadocontenido en sodio que puede disolverse en agua para formar un lquido viscoso se denomina vidrio soluble y se emplea como barniz ignfugo en ciertos objetos y como sellador. La mayor parte del vidrio producido presenta una elevada concentracin de sodio y calcio en su composicin; se conoce como vidrio sodoclcico y se utiliza para fabricar botellas, cristaleras de mesa, bombillas (focos), vidrios de ventana y vidrios laminados.Vidrio de plomoElvidriofinoempleado para cristaleras de mesa y conocido como cristal es el resultado de frmulas que combinan silicato de potasio con xido de plomo. El vidrio al plomo es pesado y refracta ms la luz, por lo que resulta apropiado para lentes o prismas y para bisutera. Como el plomo absorbe la radiacin de alta energa, el vidrio al plomo se utiliza en pantallas para proteger al personal de las instalaciones nucleares.Vidrio de borosilicatoEstevidriocontienebrax entre sus ingredientes fundamentales, junto con slice y lcali. Destaca por su durabilidad y resistencia a los ataques qumicos y las altas temperaturas, por lo que se utiliza mucho en utensilios de cocina, aparatos de laboratorio y equipos para procesos qumicos.ColorLasimpurezasenlasmaterias primas afectan al color del vidrio. Para obtener una sustancia clara e incolora, los fabricantes aaden manganeso con el fin de eliminar los efectos de pequeas cantidades de hierro que producen tonos verdes y pardos. El cristal puede colorearse disolviendo en l xidos metlicos, sulfuros o seleniuros. Otros colorantes se dispersan en forma de partculas microscpicas.Ingredientes diversosEntreloscomponentes tpicos del vidrio estn los residuos de vidrio de composicin similar, que potencian su fusin y homogeneizacin. A menudo se aaden elementos de afino, como arsnico o antimonio, para desprender pequeas burbujas durante la fusin.Propiedades fsicasSegnsucomposicin, algunos vidrios pueden fundir a temperaturas de slo 500C; en cambio, otros necesitan 1650C. La resistencia a la traccin, que suele estar entre los 3000 y 5500N/cm2, puede llegar a los 70000N/cm2 si el vidrio recibe un tratamiento especial. La densidad relativa (densidad con respecto al agua) va de 2 a 8, es decir, el vidrio puede ser ms ligero que el aluminio o ms pesado que el acero. Las propiedades pticas y elctricas tambin pueden variar mucho.Mezcla y fusinDespusdeunacuidadosa medida y preparacin, las materias primas se mezclan y se someten a una fusin inicial antes de aplicarles todo el calor necesario para la vitrificacin. En el pasado, la fusin se efectuaba en recipientes de arcilla (barro) que se calentaban en hornos alimentados con madera o carbn. Todava hoy se utilizan recipientes de arcilla refractaria, que contienen entre 0,5 y 1,5 toneladas de vidrio, cuando se necesitan cantidades relativamente pequeas de vidrio para trabajarlo a mano. En las industrias modernas, la mayor parte del vidrio se funde en grandes calderos, introducidos por primera vez en 1872. Estos calderos pueden contener ms de 1000 toneladas de vidrio y se calientan con gas, fuel o electricidad. Las materias primas se introducen de forma continua por una abertura situada en un extremo del caldero y el vidrio fundido, afinado y templado, sale por el otro extremo. En unos grandes crisoles o cmaras de retencin, el vidrio fundido se lleva a la temperatura a la que puede ser trabajado y, a continuacin, la masa vtrea se transfiere a las mquinas de moldeo.7.2 MoldeadoLosprincipalesmtodos empleados para moldear el vidrio son el colado, el soplado, el prensado, el estirado y el laminado. Todos estos procesos son antiguos, pero han sufrido modificaciones para poder producir vidrio con fines industriales. Por ejemplo, se han desarrollado procesos de colado por centrifugado en los que el vidrio se fuerza contra las paredes de un molde que gira rpidamente, lo que permite obtener formas precisas de poco peso, como tubos de televisin. Tambin se han desarrollado mquinas automticas para soplar el vidrio. 7.3 Vidrio tensionadoEsposibleaadirtensiones de modo artificial para dar resistencia a un artculo de vidrio. Como el vidrio se rompe como resultado de esfuerzos de traccin que se originan con un mnimo araazo de la superficie, la compresin de sta aumenta el esfuerzo de traccin que puede soportar el vidrio antes de que se produzca la ruptura. Un mtodo llamado temple trmico comprime la superficie calentando el vidrio casi hasta el punto de reblandecimiento y enfrindolo rpidamente con un chorro de aire o por inmersin en un lquido. La superficie se endurece de inmediato, y la posterior contraccin del interior del vidrio, que se enfra con ms lentitud, tira de ella y la comprime. Con este mtodo pueden obtenerse compresiones de superficie de hasta 24 000N/cm2 en piezas gruesas de vidrio. Tambin se han desarrollado mtodos qumicos de reforzamiento en los que se altera la composicin o la estructura de la superficie del vidrio mediante intercambio inico. Este mtodo permite alcanzar una resistencia superior a los 70 000 N/cm2. 7.4 Vidrio comercialLaampliagamadeaplicaciones del vidrio ha hecho que se desarrollen numerosos tipos distintos.Vidrio de ventanaElvidriodeventana, que ya se empleaba en el siglo I d.C., se fabricaba utilizando moldes o soplando cilindros huecos que se cortaban y aplastaban para formar lminas. En el proceso de corona, tcnica posterior, se soplaba un trozo de vidrio dndole forma de globo aplastado o corona. La varilla se fijaba al lado plano y se retiraba el tubo de soplado. La corona volva a calentarse y se haca girar con la varilla; el agujero dejado por el tubo se haca ms grande y el disco acababa formando una gran lmina circular. La varilla se parta, lo que dejaba una marca. En la actualidad, casi todo el vidrio de ventana se fabrica de forma mecnica estirndolo desde una piscina de vidrio fundido. En el proceso de Foucault, la lmina de vidrio se estira a travs de un bloque refractario ranurado sumergido en la superficie de la piscina de este material y se lleva a un horno vertical de recocido, de donde sale para ser cortado en hojas.Vidrio de placaElvidriodeventananormal producido por estiramiento no tiene un espesor uniforme, debido a la naturaleza del proceso de fabricacin. Las variaciones de espesor distorsionan la imagen de los objetos vistos a travs de una hoja de ese vidrio.Elmtodotradicional de eliminar esos defectos ha sido emplear vidrio laminado bruido y pulimentado, conocido como vidrio de placa. ste se produjo por primera vez en Saint Gobain (Francia) en 1668, vertiendo vidrio en una mesa de hierro y aplanndolo con un rodillo. Despus del recocido, la lmina se brua y pulimentaba por ambos lados. Hoy, el vidrio de placa se fabrica pasando el material vtreo de forma continua entre dobles rodillos situados en el extremo de un crisol que contiene el material fundido. Despus de recocer la lmina en bruto, ambas caras son acabadas de forma continua y simultnea.Enlaactualidad,elbruido y el pulimentado estn siendo sustituidos por el proceso de vidrio flotante, ms barato. En este proceso se forman superficies planas en ambas caras haciendo flotar una capa continua de vidrio sobre un bao de estao fundido. La temperatura es tan alta que las imperfecciones superficiales se eliminan por el flujo del vidrio. La temperatura se hace descender poco a poco a medida que el material avanza por el bao de estao y, al llegar al extremo, el vidrio pasa por un largo horno de recocido.Enarquitecturaseemplea vidrio laminado sin pulir, a menudo con superficies figurativas producidas por dibujos grabados en los rodillos. El vidrio de rejilla, que se fabrica introduciendo tela metlica en el vidrio fundido antes de pasar por los rodillos, no se astilla al recibir un golpe. El vidrio de seguridad, como el utilizado en los parabrisas de los automviles o en las gafas de seguridad, se obtiene tras la colocacin de una lmina de plstico transparente (polivinilbutiral) entre dos lminas finas de vidrio de placa. El plstico se adhiere al vidrio y mantiene fijas las esquirlas incluso despus de un fuerte impacto.Botellas y recipientesLasbotellas,tarrosy otros recipientes de vidrio se fabrican mediante un proceso automtico que combina el prensado (para formar el extremo abierto) y el soplado (para formar el cuerpo hueco del recipiente). En una mquina tpica para soplar botellas, se deja caer vidrio fundido en un molde estrecho invertido y se presiona con un chorro de aire hacia el extremo inferior del molde, que corresponde al cuello de la botella terminada. Despus, un desviador desciende sobre la parte superior del molde, y un chorro de aire que viene desde abajo y pasa por el cuello da la primera forma a la botella. Esta botella a medio formar se sujeta por el cuello, se invierte y se pasa a un segundo molde de acabado, en la que otro chorro de aire le da sus dimensiones finales. En otro tipo de mquina que se utiliza para recipientes de boca ancha, se prensa el vidrio en un molde con un pistn antes de soplarlo en un molde de acabado. Los tarros de poco fondo, como los empleados para cosmticos, son prensados sin ms.Vidrio pticoLamayoradelaslentes que se utilizan en gafas (anteojos), microscopios, telescopios, cmaras y otros instrumentos pticos se fabrican con vidrio ptico. ste se diferencia de los dems vidrios por su forma de desviar (refractar) la luz. La fabricacin de vidrio ptico es un proceso delicado y exigente. Las materias primas deben tener una gran pureza, y hay que tener mucho cuidado para que no se introduzcan imperfecciones en el proceso de fabricacin. Pequeas burbujas de aire o inclusiones de materia no vitrificada pueden provocar distorsiones en la superficie de la lente. Las llamadas cuerdas, estras causadas por la falta de homogeneidad qumica del vidrio, tambin pueden causar distorsiones importantes, y las tensiones en el vidrio debidas a un recocido imperfecto afectan tambin a las cualidades pticas.Enlaantigedad,elvidrio ptico se funda en crisoles durante periodos prolongados, removindolo constantemente con una varilla refractaria. Despus de un largo recocido, se parta en varios fragmentos; los mejores volvan a ser triturados, recalentados y prensados con la forma deseada. En los ltimos aos se ha adoptado un mtodo para la fabricacin continua de vidrio en tanques revestidos de platino, con agitadores en las cmaras cilndricas de los extremos (llamadas homogeneizadores). Este proceso produce cantidades mayores de vidrio ptico, con menor coste y mayor calidad que el mtodo anterior. Para las lentes sencillas se usa cada vez ms el plstico en lugar del vidrio. Aunque no es tan duradero ni resistente al rayado como el vidrio, es fuerte y ligero y puede absorber tintes.Vidrio fotosensible Enelvidriofotosensible, los iones de oro o plata del material responden a la accin de la luz, de forma similar a lo que ocurre en una pelcula fotogrfica. Este vidrio se utiliza en procesos de impresin y reproduccin, y su tratamiento trmico tras la exposicin a la luz produce cambios permanentes.Elvidriofotocromtico se oscurece al ser expuesto a la luz tras lo cual recupera su claridad original. Este comportamiento se debe a la accin de la luz sobre cristales diminutos de cloruro de plata o bromuro de plata distribuidos por todo el vidrio. Es muy utilizado en lentes de gafas o anteojos y en electrnica.Vitrocermica Enlosvidriosquecontienen determinados metales se produce una cristalizacin localizada al ser expuestos a radiacin ultravioleta. Si se calientan a temperaturas elevadas, estos vidrios se convierten en vitrocermica, q