1. INTRODUCCIÓN.
2. MATERIALES PETREOS.
2.1. PIEDRA PARA CONSTRUCCIÓN.
2.1.1. ROCAS IGNEAS.
2.1.2. ROCAS SEDIMENTARIAS.
2.1.3. ROCAS METAMÓRFICAS.
2.2. ARCILLAS Y DERIVADOS.
2.2.1. LADRILLOS Y TEJAS.
2.2.2. GRES.
2.2.3. PORCELANA Y LOZA.
2.2.4. MATERIALES REFRACTARIOS.
3. AGLOMERANTES.
3.1. CEMENTOS
3.2. EL HORMIGÓN.
3.2.1. HORMIGÓN ARMADO.
3.2.2. HORMIGÓN PRETENSADO.
3.3. EL YESO.
4. EL VIDRIO.
4.1. TIPOS DE VIDRIOS.
4.1.1. VIDRIO HUECO.
4.1.2. VIDRIO PLANO.
4.1.3. VIDRIO COLADO.
4.1.4. VIDRIO PRENSADO.
4.1.5. FIBRA DE VIDRIO.
4.2. PRODUCTOS DERIVADOS DEL VIDRIO.
5. LA MADERA.
6. ACEROS.
7. PLÁSTICOS.
8. PROPIEDADES
8.1. PROPIEDADES FÍSICAS
8.2. PROPIEDADES MECÁNICAS
8.3. PROPIEDADES QUÍMICAS
9. CONCLUSIÓN.
10. Bibliografía.
− Tecnología de la construcción, Ed. Blume
− Instrucción de hormigón estructural. UNED.
− Tecnología industrial I. Ed. Edebé.
− Tecnología industrial I. Ed. Everest.
1. INTRODUCCIÓN.
A lo largo de su historia, el ser humano ha utilizado los materiales que tenía a su alcance para levantar diferentes tipos de construcciones: desde los dólmenes de la Prehistoria, construidos a base de grandes piedras apoyadas unas sobre otras, hasta los actuales edificios levantados con acero, vidrio y materiales plásticos, donde los materiales de construcción han evolucionado considerablemente.
Se harán seis grupos de materiales: materiales pétreos, aglomerantes, vidrio, madera, acero y plásticos. Y por último se verán las propiedades generales de los materiales.
Este tema tiene mucha importancia en el currículo de tecnología puesto que se ve tanto a nivel de la ESO como de Bachillerato. A continuación se describen los materiales como los materiales pétreos, los aglomerantes, el vidrio, la madera, los aceros, los plásticos y sus características más importantes en la construcción.
2. MATERIALES PETREOS.
El término cerámica suele aplicarse en el lenguaje cotidiano a los objetos de uso doméstico fabricados con diversos tipos de arcillas. En esta unidad lo aplicaremos a un grupo de materiales de construcción que engloba la piedra para construcción y las arcillas y sus derivados.
Todos ellos tienen en común una gran resistencia a la compresión, aunque resultan débiles frente a los esfuerzos de tracción.
2.1. PIEDRA PARA CONSTRUCCIÓN.
Las piedras son trozos de roca por disgregación o por rotura. Tiene la propiedad de tener alta dureza.
Las rocas se clasifican en tres grandes grupos según su origen en 4 grupos: rocas ígneas, rocas sedimentarias y rocas metamórficas.
2.1.1. ROCAS IGNEAS.
Compuestas por silicatos y otros como hierro, calcio, magnesio y potasio formado por enfriamiento del magma del interior de la Tierra. Con estructura cristalina, citamos el granito, gabro y dorita y como estructura vítrea el basalto, la liparita y la piedra pómez
2.1.2. ROCAS SEDIMENTARIAS.
Formadas por sedimentos, gravas, arenas, arcillas, materia orgánica, etc. Según su composición, se clasifican en silíceas como las areniscas), calizas como la calcita y yeso y arcillosas como el caolín.
2.1.3. ROCAS METAMÓRFICAS.
Donde destacamos la pizarra formada por arcilla y esquistos y el mármol que es carbonato de calcio.
2.2. ARCILLAS Y DERIVADOS.
Están constituidos fundamentalmente por arcilla, que posteriormente se moldea y se cuece para que pierda el agua. El proceso de obtención pasa por las fases de preparación de las materias primas, moldeado, secado, cocción y almacenaje.
Se clasifican en cuatro grupos: ladrillos y tejas, azulejos y pavimentos cerámicos, porcelana y loza, y
materiales refractarios.
2.2.1. LADRILLOS Y TEJAS.
Tienen alta cantidad de óxido de hierro, dándole color rojizo. Se moldean, se secan y cuecen a una temperatura de entre 800 y 1200 ºC para darle resistencia.
2.2.2. GRES.
El gres es un material cerámico vitrificado formado por arcilla y arena de cuarzo. Con una cocción entre 1200-1400
ºC se hacen impermeables y resistentes. Se usa para suelos, vasijas, tubos, etc.
2.2.3. PORCELANA Y LOZA.
Están formadas por una mezcla de caolín, arcillas blancas, sílice y feldespato. Es la porcelana queda vitrificada toda la pieza y la loza sólo la capa externa. Se usan para cocinas, sanitarios, aislantes eléctricos, etc.
2.2.4. MATERIALES REFRACTARIOS.
Compuestos por arcillas porosas cocidas con alto contenido de óxido de aluminio dándole estabilidad a altas temperaturas. Podemos encontrar ladrillos que aguantan temperaturas entre 1400 y 1600 °C para hornos. Para temperaturas mayores de 1600 °C se emplean arcillas silíceas. Se usan en el revestimiento interno de los convertidores LD, en hornos de Siemens-Martín, en piezas de automóviles, aviones, etc.
3. AGLOMERANTES.
3.1. Cementos
Son productos que tienen la propiedad de adherirse a otros. En construcción se usa los aglomerantes hidráulicos formados por una mezcla de caliza, arcilla y otras sustancias. Cuando se amasan con agua adquieren plasticidad y cuando la pierden o fraguan se endurecen.
El más usado es el cemento Pórtland obtenido por cocción de caliza y arcilla, en proporción 3:1 con otros minerales, como óxidos de silicio.
El proceso de obtención del cemento Pórtland por vía seca puede dividirse en tres grandes fases: operaciones previas, fabricación del clínquer, molienda y acabado del cemento.
• 1.- Operaciones previas. Donde se seca, muele y dosifica la caliza y arcilla antes de entrar al horno.
• 2.- Fabricación del clínquer. Realizada en hornos rotativos de más de 120 m de longitud.
La mezcla de componentes o crudo se introduce en el horno para dar el clínquer. Después el clínquer se enfría y se añade yeso para regular el fraguado.
• 3.- Molienda y acabado. El clínquer se muele y se almacena para distribuirlo.
También hay otros cementos como el cemento natural compuesto por arcilla y caliza y el cemento siderúrgico
formado por escoria siderúrgica.
Cuando el cemento en polvo se mezcla con agua, se dan unas reacciones químicas gracias a la sílice y la alúmina. Con el fraguado, se va endureciendo incluso hasta los 1000 kg/cm2.
3.2. EL HORMIGÓN.
El hormigón es una mezcla de cemento, arena, grava y agua. Según la dureza que queramos la mezcla varía. El cemento influye en su impermeabilidad y resistencia mecánica y para no agrietarse no se debe superar los 450 kg/ m3.
Las arenas y gravas, Influyen en la resistencia a la tracción del hormigón. Los áridos rugosos, son mejores para los esfuerzos de tracción, para evitar que se despegue el cemento del árido.
El hormigón, una vez fraguado, puede presentar una resistencia a la compresión de 650 kg/cm2, pero la tracción no
la soporta por eso se usa el hormigón armado y el hormigón pretensado.
El mortero es la mezcla de aglomerante con arena y agua. El transporte del hormigón desde las plantas de proceso se hace con las hormigoneras que son camiones con un bombo giratorio donde se va completando la mezcla. Los hormigones se caracterizan por su resistencia a la compresión que se mide con la letra P y un número. Por ejemplo P-250 significa que aguanta 250 kg/cm2, pasado los 28 días de fraguado que marca la norma de edificación.
3.2.1. HORMIGÓN ARMADO.
El hormigón armado es hormigón con barras de acero en su interior previamente dimensionadas, para así aguantar la tracción el acero y la compresión el hormigón. Estas deben ser rugosas y retorcidas para garantizar la unión con el hormigón, de este modo se usa el acero corrugado con determinados diámetros estandarizados.
Para obtener una estructura de hormigón armado, se encofra, se coloca la ferralla y se vierte el hormigón. Cuando fragua se quita el encofrado para obtener la pieza resistente. En una viga se pone el acero en la parte inferior ya que está sometida a tracción. Además el hormigón se recubre para que no se oxide el acero.
3.2.2. HORMIGÓN PRETENSADO.
El hormigón pretensado es una variedad de hormigón armado cuyas varillas han sido tensadas antes de que se produzca el fraguado del hormigón. Se hace cuando hay grandes esfuerzos de tracción.
3.3. EL YESO.
Es el aglomerante más antiguo que se conoce. Su materia prima es la piedra de algez que se obtiene en canteras del sulfato de calcio dihidratado.
Para obtener yeso, se tritura el mineral y se cuece para después aplicarle 170 ºC produciendo la deshidratación, con lo que luego se tritura para obtener polvo. Para la cocción hay 3 formas, la forma tradicional, el horno de cuba y el homo rotatorio.
• El procedimiento tradicional donde el yeso forma la bóveda que es quemada con leña, para deshidratar la piedra.
• El horno de cuba, que se llena superiormente y se vacía por las puertas inferiores, dando yeso de mayor calidad porque los gases de la combustión no contactan con el material
• El horno rotatorio donde se somete a una agitación constante que asegura la homogeneización del proceso de deshidratación.
La resistencia mecánica del yeso depende de su naturaleza, de su composición y de la cantidad de agua empleada en el amasado. Al ser higroscópico intenta coger agua con lo que no se usará en materiales férricos porque los oxidará, ni en enlucidos exteriores porque se lavará el yeso.
Hay 3 tipos de yesos:
• El yeso negro obtenido de forma tradicional y usado para revoque y enlucido.
• El yeso blanco, más puro y usado para enlucido y estucado de paredes y
• La escayola es yeso de alta calidad, molido hasta polvo impalpable, empleado en molduras y decoración de interiores.
4. EL VIDRIO.
El vidrio es un material amorfo, duro y frágil que se obtiene mediante la fusión de arena, caliza y sosa. Algunos vidrios pueden tener mayor tracción que los aceros.
La arena o dióxido de silicio da la resistencia mecánica al vidrio, La caliza o carbonato de calcio es el estabilizador y
La sosa o carbonato de sodio permite rebajar la temperatura de fusión hasta 850 °C.
4.1. TIPOS DE VIDRIOS.
Hay muchos tipos de vidrio que difieren del proceso de fabricación, teniendo así 5 tipos, como el vidrio hueco, el vidrio plano, el vidrio colado, el vidrio prensado y la fibra de vidrio.
4.1.1. VIDRIO HUECO.
Utilizado en recipientes, vasos, botellas, etc. Está constituido por un 73 % de sílice, un 16 % de sosa, un 9 % de cal y un 2 % de otros componentes. Se fabrica por el método de soplado artesanal o automático
4.1.2. VIDRIO PLANO.
Utilizado en ventana y espejos. Está compuesto por un 72 % de sílice, un 14 % de sosa, un 9 % de cal y el resto aditivos. El método más usual es el de FLOTACIÓN donde el vidrio, una vez fundido, se extrae del horno por la garganta, que proporciona una lámina de un espesor determinado. La lámina desplazada sobre un baño de estaño fundido por la diferencia de densidad hace que el vidrio flote sobre el estaño dando unas superficies lisas y pulidas. Unos rodillos dan el espesor deseado. Al final del proceso, el vidrio, se recuece para enfriarlo paulatinamente.
Otro procedimiento es el ESTIRADO, que se lleva a cabo en horizontal o en vertical por unos rodillos para obtener unas láminas de vidrio.
4.1.3. VIDRIO COLADO.
Se da en forma de láminas de diferente grosor y con diversas texturas. Básicamente se obtiene por dos métodos, el de colada y el de laminado.
En ambos casos el vidrio fundido está en una cubeta giratoria que vierte por su parte inferior en una mesa de colada con un rodillo laminador refrigerado por agua dando el método de colada y si pasa por unos rodillos tenemos el método de laminado. Este vidrio se usa para planchas, suelos, etc.
4.1.4. VIDRIO PRENSADO.
Se utiliza para artículos paredes gruesas, como ladrillos, vidrieras y baldosas. El vidrio fundido se vierte en un molde metálico y se comprime mediante una estampa con el contramolde.
4.1.5. FIBRA DE VIDRIO.
Se obtiene mediante extrusión de la masa de vidrio a través de unas boquillas o hileras con diámetro inferior a 0,1 mm. Los hilos obtenidos se deshilachan y con vapor se secan. Unos rodillos se encargan de estirarlos para dotarlos de mayor resistencia, después se torsionan y enrollan en una bobina.
La fibra de vidrio se usa para fibras térmicas, eléctricas o acústicas, así como techos y paredes.
4.2. PRODUCTOS DERIVADOS DEL VIDRIO.
Los agrupamos en cuatro que son: el vidrio de ventana, el vidrio armado, el vidrio de seguridad y el vidrio antirreflectante.
• El vidrio de ventana, se obtiene a partir de vidrio plano. Puede ser incoloro o coloreado y se fabrica en diferentes espesores que oscilan entre 2 y 19 mm. Su dureza es de 6 a 7 en la escala de Mohs. Es transparente a la luz visible y no a la ultravioleta. Es buen aislante acústico y resiste bien la acción de los agentes atmosféricos, los ácidos y los álcalis. Sólo es atacado por derivados del flúor.
• El vidrio armado es vidrio colado que lleva una malla metálica en su interior durante el proceso de laminado, para evitar su fragmentación en caso de rotura.
• El vidrio de seguridad es vidrio plano y puede estar compuesto de una o varias lunas.
El vidrio de una sola luna está pretensado y al romperse se fragmenta en trozos muy pequeños y de superficie roma. Se utiliza en acristalados de puertas, balcones, miradores, etc. En el vidrio de varias lunas, lleva dos o más láminas de vidrio con un material sintético como el policarbonato, para evitar las lesiones a las personas. Se usa en joyerías, automóviles, etc.
• El vidrio antirreflectante que lleva una capa dura y resistente que evita la reflexión, se usa en escaparates, vitrinas, etc.
5. LA MADERA.
Aunque el uso de la madera ha decrecido en los últimos años se usa para, puertas, ventanas, encofrados, entibaciones, apeas, etc.
Entre los más conocidos destacan estos 4 tipos: el tablero contrachapado, el aglomerado, el prensado y la madera mineralizada.
• El contrachapado está formado por finas planchas de madera unidas entre sí por cola resistente al agua y dispuestas de modo que las vetas de las sucesivas planchas forman ángulo recto, así las tensiones de contracción por los cambios de humedad se contrarrestan entre sí evitando el alabeo.
• El aglomerado se obtiene a partir de virutas de madera mezcladas con resinas adhesivas resistentes al agua que solidifican en caliente por efecto de la presión.
• El tablero prensado o táblex, se elabora con pulpa de madera sometida a altas presiones. Generalmente, dispone de una cara lisa y otra rugosa, y su principal inconveniente radica en que la humedad puede llegar a deshacerlo por completo.
• La madera mineralizada, se fabrica a base de viruta de madera y un aglomerante que suele ser cemento.
Después se comprime la mezcla se deja fraguar y endurecer. Es un producto con buen aislamiento y resistente al fuego.
El inconveniente de la madera en construcción está en que no soporta bien los esfuerzos de flexión y arde con facilidad.
6. ACEROS.
Los materiales metálicos utilizados en la construcción se agrupan en estos 3 grupos: Aceros de fundición, el acero moldeado y el acero laminado.
• El acero de fundición, que es un hierro con un contenido en carbono superior al 2 %. Antiguamente se usaba mucho, para puentes, estructuras urbanas, etc. Ahora se ha sustituido por el hormigón y el acero laminado por su alto coste.
• El acero moldeado tiene una resistencia a la tracción y a la compresión superior a la del acero laminado.
• El acero laminado es el más empleado en estructuras.
Los aceros de construcción se basan en la norma MV 102/1975, donde se especifican su límite elástico y su coeficiente de dilatación térmica. Estos aceros se obtienen por convertidores LD y hornos eléctricos o Siemens- Martín.
Los inconvenientes del acero son su alto coste, su fácil oxidación y la alta deformabilidad que tiene ante el calor de un incendio.
Otros materiales metálicos son: el aluminio, el cobre, el cinc y algunas aleaciones.
− El aluminio se usa en carpintería metálica de ventanas y puertas.
− El cobre se usa en instalaciones eléctricas y en conducciones de fluidos y
− El cinc se usa en placas de cubierta.
Algunas aleaciones, como el bronce, el latón y el acero inoxidable se usan en grifería y saneamientos
7. Plásticos.
Los plásticos son unos materiales sintéticos obtenidos a partir de carbón, petróleo, aceites vegetales, etc. Las propiedades de los plásticos se modifican añadiendo aditivos como antioxidantes, estabilizantes térmicos, colorantes, etc. Los materiales plásticos más utilizados en la construcción son los siguientes:
−Polietileno (PE).- Es incoloro, flexible y muy resistente a la corrosión. Se fabrican dos tipos de polietileno de baja densidad y de alta densidad.
−Policloruro de vinilo (PVC).- Es rígido y se añade plastificantes para darle mayor o menor flexibilidad.
−Poliestireno (PS).- Es un material plástico que se fabrica en forma de placas transparentes.
−Polimetacrilato de metilo.- Es un material transparente, muy ligero, que no amarillea con la exposición a la intemperie.
8. PROPIEDADES
En este apartado se mencionarán las propiedades generales y de forma somera, ya que se han visto las propiedades que tienen cada material de construcción en cada epígrafe.
8.1. Propiedades físicas
Son las propiedades derivadas por agentes físicos, como la temperatura, el sonido, etc. entre ellas destacamos 6:
−La Densidad, definida como la masa que tiene la unidad de volumen de un cuerpo.
−Porosidad, Que se debe a la cantidad de huecos o no, como las maderas y pétreos.
−Conductividad térmica, que es la propiedad de conducir la temperatura, tenemos como buenos conductores los metales, como conductores medios el vidrio y ladrillos y aislantes térmicos, el corcho y la fibra de vidrio.
−Dilatación, que es el aumento de dimensiones de un cuerpo como consecuencia de la variación de su temperatura, así en construcción se debe prestar atención a las dilataciones de metales y maderas para no producir grietas o deformaciones.
−Conductividad eléctrica, que es la facilidad de conducir la corriente y los metales son muy buenos conductores de electricidad, en cambio los plásticos, pétreos y maderas son aislantes.
−Propiedades acústicas, que es la capacidad de trasmitir o no el sonido, así el cristal transmite más que los pétreos.
8.2. Propiedades mecánicas
Las propiedades mecánicas de los materiales indican el comportamiento de los mismos ante los agentes mecánicos exteriores. Tenemos:
−Tracción, cuando están sometidos a esfuerzos que le estiran. Los metales aguantan mejor la tracción que los materiales pétreos y que el hormigón
−Cortadura, cuando debe soportar un esfuerzo de corte, los que mas aguantan son los metales.
−Compresión, cuando debe soportar esfuerzos que le comprimen, el hormigón aguanta bien la compresión, como el acero.
−Flexión, cuando debe soportar esfuerzos que le hace doblar, se flexionan bien las maderas y algunos plásticos.
−Elasticidad, cuando los cuerpos recuperan su posición original tras un esfuerzo.
−Plasticidad, cuando el cuerpo no se recupera tras el esfuerzo. Dentro del estado plástico, tenemos estos 2, la ductilidad y maleabilidad. La Ductilidad es la propiedad de un material en transformase en hilos. La ductilidad de un metal se valora de forma indirecta a través de la resiliencia. Y la maleabilidad es la propiedad de un material en transformase en láminas.
8.3. Propiedades químicas
Como propiedad química tratamos la corrosión que es la destrucción de un material sólido debido a una causa química que comienza por la superficie, y la oxidación donde interviene el oxígeno.
9. Conclusión.
En conclusión y para terminar decir que los materiales de construcción son elementos que han ido evolucionando a lo largo de los años y que cada día se les exige más calidades y propiedades específicas, debido a multitud de factores tanto de tipo económico, como de resistencia, de peso, etc lo que obliga, en bastantes casos a la utilización de materiales prefabricados como fibrocernento, elementos sanitarios, paramentos, baldosas, etc.
Conviene destacar también el empleo de materiales bituminosos, como las emulsiones asfálticas empleadas en obras públicas, pavimentos y tejidos asfálticos empleados en impermeabilizaciones de cubiertas, terrazas y como bandas antihumedad en muros y tabiques. También se emplean estos materiales bituminosos como componente principal de pinturas especiales antihumedad e impermeabilizantes.