UNIDAD 1: Materiales

Suelos

El suelo es la porción más superficial de la corteza terrestre, constituida en su mayoría por residuos de roca provenientes de procesos erosivos y otras alteraciones físicas y químicas, así como de materia orgánica fruto de la actividad biológica que se desarrolla en la superficie.

Los suelos se forman por la destrucción de la roca y la acumulación de materiales distintos a lo largo de los siglos, en un proceso que involucra numerosas variantes físicas, químicas y biológicas, que da como resultado una disposición en capas bien diferenciadas, como las de un pastel, observables en los puntos de falla o fractura de la corteza terrestre.

los suelos se clasifican en tres grupos:

1. Suelos de grano grueso: 

Grava:

La grava o gravilla puede ser producida por el hombre, suele suceder que el desgaste natural producido por el movimiento en los lechos de ríos ha generado formas redondeadas, pasando a conocerse como canto rodado. Existen también casos de gravas naturales que no son cantos rodados.

Son partículas granulares de material étreo, es decir, piedras, de tamaño variable. Este material se origina por fragmentación de las distintas rocas de la corteza terrestre, ya sea en forma natural o artificial. En este último caso actúan los procesos de chancado o triturado utilizados en las respectivas plantas de áridos. El material que es procesado corresponde principalmente a minerales de caliza, granito, dolomita, basalto, arenisca, cuarzo, etc.

Arena:

Conjunto de partículas de rocas disgregadas, compuesta por partículas cuyo tamaño varía entre 0,063 y 2 mm. 

Es un mineral no metálico que se utiliza en la construcción, puede ser natural o artificial.

2. Suelos de grano fino:

Limo:

El limo es una tierra compuesta de partículas de los tres tamaños: arcilla, lodo y arena. Según la proporción de humus (materia orgánica descompuesta) que contiene, el limo suele ser el tipo de suelo más productivo. Las tierras ligeras y arenosas, por ejemplo, son tan porosas que retienen muy poca agua. Las pesadas y arcillosas pueden contener más agua, pero las partículas están tan comprimidas que dejan poco espacio al aire que las raíces de las plantas necesitan para sobrevivir. Los limos reúnen las mejores cualidades de ambas: retienen bien el agua y el aire.

Arcilla:

La arcilla son partículas muy finas y forman barro cuando están saturadas de agua. Los suelos arcillosos son pesados, no drenan ni se desecan fácilmente y contienen buenas reservas de nutrientes. Son fértiles, pero difíciles de trabajar cuando están muy secos.

3. Suelos orgánicos :

Suelo Orgánico:

Es el que posee gran cantidad de material orgánico vegetal y animal, su retención de agua es muy elevada y posee gran cantidad de nutrientes, por lo que es excelente para cultivar. En este tipo de suelo se desarrolla la agricultura. Son inservibles como terreno para cimentación.

Turba:

Es un material orgánico compacto, de color pardo por lo general oscuro y rico en carbono.

Está formada por una masa esponjosa y ligera en la que aún se aprecian los componentes vegetales que la originaron, compuesta por materiales orgánicos generalmente compuesto por gramíneas, juncos y musgo, los cuales al morir se descomponen muy lentamente por acción de las bajas temperaturas, la falta de oxígeno y la gran acumulación de agua, la que sumada a la acidez de la misma impiden la actividad bacteriana, así la cantidad de materia orgánica que se degrada es menor que la generada por las plantas que crecen sobre el turbal.

Rocas 

Una roca es un agregado de uno o más minerales sólidos, con propiedades físicas y químicas definidas, que se agrupan de forma natural. Forman la mayor parte de la Tierra y su importancia, en el área geocientífica, radica en que contienen el registro del ambiente geológico del tiempo en el que se formaron. La Petrología es la rama fundamental de la Geología que estudia las rocas, su origen, el modo de ocurrencia, la composición, la clasificación y sus relaciones con los procesos geológicos de la historia de la tierra.

Las rocas pueden ser clasificadas en tres grandes grupos:

1.Rocas sedimentarias

Rocas originadas por el trasporte y deposición de materiales como consecuencia de la acción del viento, el agua, el hielo o depositadas químicamente a partir de un fluido acuoso. También se incluyen en esta definición la acumulación de materiales inorgánicos como caparazones secretados por organismos. Las rocas sedimentarias se dividen a su vez en detríticas y no detríticas.

 

Rocas detríticas: 

Se utilizan como material de construcción para fabricar ladrillos y cerámicas. También se utilizan como materia prima para la construcción de muros de tapiales y adobes y para la fabricación de piezas de alfarería tradicional, de loza y de porcelana. Por sus pro- piedades impermeabilizantes se usan para la absorción de productos contaminantes, para el filtrado en la industria, etc. 

Rocas no detríticas:

Igualmente es un material que se utiliza para la construcción de las fachadas y revestimiento de suelos de los edificios. El yeso se utiliza para el revestimiento de paramentos.

2. Rocas ígneas

Son rocas generadas por el enfriamiento de una masa líquida de composición silicatada que procede del interior de la Tierra. Esta masa fundida se encuentra a altas temperaturas. Cuando se enfría y solidifica durante su ascenso hacia la superficie de la Tierra, en zonas cercanas a la superficie (corteza terrestre) da lugar a las rocas plutónicas, mientras que cuando se enfría y solidifica en la superficie da lugar a las rocas volcánicas.

Rocas plutónicas: 

Las rocas plutónicas se originan bajo la superficie terrestre y por tanto, al estar sometidas a grandes presiones, sus minerales crecen muy unidos, formando rocas densas no porosas. Su enfriamiento es muy lento por lo que los cristales de los minerales que las forman pueden ser relativamente grandes. En algunas ocasiones se pueden apreciar a simple vista.

Rocas volcánicas:

Se originan cuando los magmas salen al exterior de la superficie de la Tierra, dando lugar a la lava de los volcanes, y se enfrían en la superficie terrestre a temperaturas y presiones bajas. El resultado son rocas constituidas por una masa de cristales de pequeño tamaño o bien materia amorfa sin cristalizar (vidrio). En ocasiones se pueden distinguir algunos minerales rodeados de una masa microcristalina o amorfa.

3. Rocas metamórficas:

Las rocas metamórficas se generan a partir de rocas prexistentes que, como consecuencia de sufrir un aumento importante de temperatura y de presión por procesos geológicos (enterramiento, intrusión de magmas, etc.), sufren reajustes. Este reajuste ocasiona cambios en sus minerales y composición química de forma que la roca original (sedimentaria, ígnea o metamórfica) se transforma en un nuevo tipo que llamamos roca metamórfica.

Uso de las rocas en la ingeniería civil Las piedras se clasifican según su origen: esto incluye los materiales que contienen y el proceso mediante el cual se llegaron a unir. Es importante diferenciar entre un mineral y una roca, ya que en el lenguaje común los dos se llaman piedras pero para fines geológicos no son iguales. Un mineral es una sustancia químicamente homogénea, mientras una roca es una combinación de varios minerales.

Cerámicos

La industria cerámica es la industria más antigua de la humanidad.Se entiende por material cerámico el producto de diversas materias primas, especialmente arcillas, que se fabrican en forma de polvo o pasta (para poder darles forma de una manera sencilla) y que al someterlo a cocción sufre procesos físico-químicos por los que adquiere consistencia pétrea. Dicho de otro modo más sencillo, son materiales sólidos inorgánicos no metálicos producidos mediante tratamiento térmico

Todos ellos se obtienen al hornear materiales naturales, como la arcilla o el caolín , junto con una serie de aditivos, como colorantes, desengrasantes, etc., todo ello mezclado y cocido en un horno sucesivas veces.

Propiedades generales de los materiales cerámicos:

• Comparados con los metales y plásticos son duros, no combustibles y no oxidables.

• Su gran dureza los hace un material ampliamente utilizado como abrasivo y como puntas cortantes de herramientas.

• Gran resistencia a altas temperaturas, con gran poder de aislamiento térmico  y, también, eléctrico.

• Gran resistencia a la corrosión y a los efectos de la erosión que causan los agentes atmosféricos.

• Alta resistencia a casi todos los agentes químicos.

• Una característica fundamental es que pueden fabricarse en formas con dimensiones determinadas

• Los materiales cerámicos son generalmente frágiles o vidriosos. Casi siempre se fracturan ante esfuerzos de tensión y presentan poca elasticidad.

Clasificación:

Dependiendo de la naturaleza y tratamiento de las materias primas y del proceso de cocción, se distinguen dos grandes grupos de materiales cerámicos: las cerámicas gruesas y las cerámicas finas.

Materiales cerámicos porosos o gruesos:

 No han sufrido vitrificación, es decir, no se llega a fundir el cuarzo con la arena debido a que la temperatura del horno es baja. Su fractura (al romperse) es terrosa, siendo totalmente permeables a los gases, líquidos y grasas. Los más importantes:

Arcilla cocida: 

de color rojiza debido al óxido de hierro de las arcillas empleadas. La temperatura de cocción es de unos 800ºC. A veces, la pieza se recubre con esmalte de color blanco (óxido de estaño) y se denomina loza estannífera. Con ella se fabrican: baldosas, ladrillos, tejas, jarrones, cazuelas, etc.

Loza italiana:

 Se fabrica con arcilla entre amarilla-rojiza mezclada con arena, pudiendo recubrirse de barniz transparente. La temperatura de cocción ronda los1000ºC. Se emplea para fabricar vajillas baratas, adornos, tiestos....

Loza inglesa:

 Fabricada de arcilla arenosa a la cual se le ha eliminado el óxido de hierro y se le ha añadido silex, yeso, feldespato (bajando el punto de fusión de la mezcla) y caolín para mejorar la blancura de la pasta. Se emplea para vajilla y objetos de decoración.La cocción se realiza en dos fases: 

1. Se cuece a unos 1100ºC. tras lo cual se saca del horno y se recubre con esmalte.
2. Se introduce de nuevo en el horno a la misma temperatura

• Refractarios: Se fabrican a partir de arcillas mezcladas con óxidos de aluminio, torio, berilio y circonio. La cocción se efectúa entre los 1.300 y los 1.600 °C, seguidos de enfriamientos muy lentos para evitar agrietamientos tensiones internas. Se obtienen productos que pueden resistir y temperaturas de hasta 3.000 °C. Las aplicaciones más usuales son: ladrillos refractarios (que deben soportar altas temperaturas en los hornos) y electrocerámicas (usados en automoción, aviación....

• Materiales cerámicos impermeables o finos: en los que se somenten a temperaturas suficientemente altas como para vitrificar completamente la arena de cuarzo. Así, se obtienen productos impermeables y más duros. Los más importantes son:


• Gres cerámico común: 
• obtenido a partir de arcillas ordinarias, sometidas a temperaturas de unos 1.300 °C. Es muy empleado en pavimentos y paredes.
• Gres cerámico fino:
•  Obtenido a partir de arcillas conteniendo óxidos metálicos a las que se le añade un fundente (feldespato) para bajar el punto de fusión. Más tarde se introducen en un horno a unos 1.300 °C. Cuando esta a punto de finalizar la cocción, se impregnan los objetos de sal marina que reacciona con la arcilla formando una fina capa de silicoalunminato alcalino vitrificado que confiere al gres su vidriado característico. Se emplea para vajillas, azulejos...
• Porcelana: obtenido a partir de una arcilla muy pura, caolín,mezclada con fundente (feldespato) y un desengrasante (cuarzo o sílex). Su cocción se realiza en dos fases: una a una temperatura de entre 1.000 y 1.300 °C y, tras aplicarle un esmalte otra a más alta temperatura pudiendo llegar a los 1.800 °C. Teniendo multitud de aplicaciones en el hogar (pilas de cocina, vajillas, tazas de café, etc.) y en la industria (toberas de reactores, aislantes en transformadores, etc.).

Dentro de la edificación, es normal que cada vez más se estén usando recubrimientos cerámicos en exteriores y no solo en interiores. Esto es porque resulta ser un acabado estético muy importante, además de que resulta muy funcional para cualquier edificio u hogar.

Se recomienda que cuando se empiece un proyecto para construir una casa o similar, se piense en utilizar revestimientos cerámicos en algunas habitaciones como cocinas, baños, entre otros, incluso las tecnologías innovadoras de la actualidad otorgan materiales más resistentes en la cerámica.

Cuyas funciones hacen que se adapten mejores formas de estructuración en cuanto a cuestiones térmicas, haciéndolas adecuadas para cualquier tipo de exteriores. Este tipo de tecnología propicia un menor mantenimiento o cuidado.

Metales

De los Metales podemos destacar su capacidad de conducir fácilmente calor y electricidad, y generalmente la capacidad de reflejar la luz, lo cual otorga a algunos de ellos su particular brillo. 

Los Metales más utilizados en la construcción son el Hierro, el Plomo, el Cinc, el Cobre, el Estaño y el Aluminio.

El metal y su estética fría, es un material resistente, duradero e invulnerable ante los insectos.

Hierro:

La utilización de hierro en la construcción de edificios o viviendas, garantiza una mayor resistencia de las estructuras, pues al ser uno de los materiales de mayor resistencia y peso, podrá brindar un buen soporte al peso de las mismas.

Algunos de los usos del hierro en la construcción:

• Columnas
• Placas
• Estribos
• Tubos
• Chapas

Plomo:
Es usado extensivamente para techado, ya sea todo el techo, o más usualmente para acanalar y sellado e impermeabilizar, dado que es flexible, no corrosivo y fácil de cortar para que se ajuste. Láminas muy delgadas están disponibles estos días.

Titanio:

El titanio no es sólo para la industria aeroespacial - el Museo Guggenheim de Bilbao lo usó como revestimiento y está visto como un material moderno dado su alto desempeño, fuerza, no corrosivo (incluso cerca de otros metales y materiales) y tiene muy buena estabilidad de temperatura. También está muy de moda por lo inusual. El titanio también puede usarse para techados, decoración, sofitos etc.

Acero:

El Acero es uno de los materiales de fabricación y construcción más versátil y adaptable. Ampliamente usado y a un precio relativamente bajo, el Acerocombina la resistencia y la trabajabilidad, lo que se presta a fabricaciones diversas. Asimismo sus propiedades pueden ser manejadas de acuerdo a las necesidades especificas mediante tratamientos con calor, trabajo mecánico, o mediante aleaciones.

Aluminio:

Metal muy común en las construcciones modernas. El aluminio se usa para marcos de ventanas, marcos de puertas, revestimiento y techado. Casi todos los toldos y doseles están hechos de aluminio. Es ligero, fácilmente reciclable , no corrosivo, y sencillo de trabajar. Se pinta bien y a menudo unidades como marcos de ventanas y puertas están en el color elegido por el cliente, suministrado listo para ajustar.

Madera 

La Madera es una sustancia dura y resistente que constituye el tronco de los árboles y se ha utilizado durante miles de años como combustible y como material de construcción. Fue uno de los materiales primeramente utilizados por el hombre.

Madera natural:

La madera natural es aquella que se obtiene directamente del tronco de los árboles, simplemente serrándolos para crear tablas, tablones o listones, que posteriormente se utilizan para hacer productos elaborados (muebles, por ejemplo). 

Las maderas duras:

Proceden de árboles de crecimiento lento y resultan más caras que las blandas, aunque suelen ser más bonitas en su veta.

Las maderas blandas o suaves:

Provienen de árboles coníferos, sus hojas usualmente son en forma de agujas, a diferencia de las de maderas duras donde las hojas son de diferentes tipos y tamaños.

Maderas artificiales:

Se dividen en tres grupos: tableros de aglomerado, tableros de contrachapado y tableros de fibras.

Tableros de aglomerado:

Se caracteriza por ser una madera barata y fácil de trabajar. Además presenta una superficie muy lisa, es estable y consistente pero se rompe con relativa facilidad. Para mejorar su resistencia y apariencia se suelen chapar con láminas de madera natural o de plástico (melamina).

Tableros de contrachapado:Existe una gran variedad de tableros contrachapados elaborados en distintas maderas (calabó, chopo, abedul). También existe la posibilidad de que estos mismos tableros sean recubiertos con una fina lámina de chapa natural (maderas nobles) o prefabricada (imitación a madera).

Tableros de fibras:

Se construyen a partir de maderas que han sido reducidas a sus elementos fibrosos básicos y posteriormente reconstituidas para conseguir un material estable y homogéneo. Se fabrican tableros de diferente densidad, en función de la presión aplicada y del aglutinante empleado en su fabricación.

Aglomerados

Aglomerados son aquellos materiales que se obtienen por aglomeración, a través de la acción de materiales aglomerantes. Se denomina Aglomerado al material obtenido por agregación de sustancias minerales, unidos por un aglomerante capaz de dar cohesión al conjunto.

La clasificación de los áridos o agregados se estipula a través de su granulometría promedio, de acuerdo a ello tenemos:

• Aridos o Agregados FINOS: Son de granulometría muy pequeña, ejemplo las arenas.
• Aridos o agregados GRUESOS: Son de granulometría más grande, percibible a simple vista. Como ejemplo, la piedra partida, canto rodado, cascote, etc.

VIDRIO

El vidrio es un producto obtenido por la fusión de una serie de sustancias básicamente minerales, que se dejan solidificar originando un cuerpo amorfo o isótropo, no cristalino. Es un material duro, transparente o traslúcido, brillante, sonoro, frágil, de elevadas resistencias mecánicas y químicas, dieléctrico y mal conductor del calor

TIPOS DE VIDRIOS:

• Vidrio cálcico sódico, de ventanas. Transparente, verde azulado o amarillento, fusible, sonoro y denso.
• Vidrio cálcico potásico, cristal de bohemia o medio cristal, incoloro, poco fusible, sonoro y duro
• Vidrio potásico plúmbico o cristal de plomo, brillante, sonoro, transparente y pesado; se funde con facilidad, es poco duro admitiendo la talla y tiene un elevado índice de refracción. Absorbe los rayos X.
• Vidrio alumínico-cálcio-alcalino o de botellas, con tonos oscuros verdes, pardos y rojizos, poco fusible, duro y con sonido sordo.
• Vidrios de boro-silicato, tipo Pirex, resistente al fuego y a los agentes químicos, transparente y más difícil de fabricar.
• Vidrios ópticos. Muy transparentes, poco dilatables y resistentes a los agentes químicos.
• Vidrio de cuarzo o de sílice, rígido, apto para transmitir radiaciones ultravioletas.
• El “Vycor”, como el “Pirex”, es un vidrio resistente, estable frente a los ácidos, de coeficiente de dilatación muy bajo, resistente a los cambios de temperatura; se moldea con facilidad.
• Vidrio para fibras, aplicable para la obtención de sedas, lanas y fieltros de vidrio, resistente a la humedad.
• Vidrio soluble, empleado en la preparación de pinturas al silicato, por ser soluble al agua.
• Vidrios translúcidos y opacificados. El más conocido es el ópal blanco.
• Vidrio de aluminio-silicato, resistente a elevadas temperaturas y de baja expansión.
• Vidrios de colores, incorporando determinados óxidos, sulfuros o metales puros durante la fusión.
• Vidrio atérmano, en tono azul claro, absorbente de rayos infrarrojos.

Características técnicas: 

-Densidad baja. Oscila entre los 2,23 del “Pirex” y los 8 del vidrio de plomo.

-Su dureza aumenta con el contenido de sílice y disminuye con el de plomo; la cara exterior es más dura que la masa interior, son rayados por el diamante y el acero muy duro.

Propiedades mecánicas: 
-No tiene elasticidad. 
-Es resistente a la tracción y su resistencia varía según:
-La duración de la carga. La instantánea es superior a la permanente.
-La humedad. Disminuye en un 20%.
-La temperatura. A más temperatura, menos aumento de resistencia.
Por el corte:
canto pulido, mayor aumento.

Plásticos

Fundamentalmente los plásticos son los derivados del petróleo, aunque frecuentemente  se pueden sintetizar. Son muy empleados en la construcción debido a su inalterabilidad, lo que al mismo tiempo los convierte en materiales muy poco ecológicos por la dificultad a la hora de reciclarlos.

También se utilizan alquitranes y otros polímeros y productos sintéticos de diversa naturaleza. Los materiales obtenidos se usan en casi todas las formas imaginables: aglomerantes, sellantes, impermeabilizantes, aislantes, o también en forma de pinturas, esmaltes, barnices y lasures.

·         PVC o policloruro de vinilo: con el que se fabrican carpinterías y redes de saneamiento, entre otros.

·         Suelos vinílicos: normalmente comercializados en forma de láminas continuas.

• Polietileno: muy usado como barrera de vapor, tiene también otros usos

• Poliestireno: empleado como aislante térmico

  Poliestireno expandido: 
        Material de relleno de buen aislamiento térmico.

 Poliestireno extrusionado: 

         Aislante térmico impermeable

• Polipropileno como sellante: en canalizaciones diversas, y en geotextiles

• Poliuretano en forma de espuma: se emplea como aislante térmico. Otras formulaciones tienen diversos usos.

• Poliéster: con él se fabrican algunos geotextiles

• ETFE: como alternativa al vidrio en cerramientos, entre otros.

• EPDM: como lámina impermeabilizante y en juntas estancas.

• Neopreno: como junta estanca, y como "alma" de algunos paneles sandwich

• Resina epoxi, en pinturas, y como aglomerante en terrazos y productos de madera.

• Acrílicos, derivados del propileno de diversa composición y usos:

  Metacrilato, plástico que en forma trasparente puede sustituir al vidrio.
  Pintura acrílica, de diversas composiciones.

• Silicona, polímero del silicio: usado principalmente como sellante e impermeabilizante.

• Asfalto en carreteras, y como impermeabilizante en forma de lámina y de imprimación.

• Combustibles: sustancia que reacciona químicamente con otra para producir calor, se podría afirmar que estos se utilizan para producir básicamente la energía necesaria para hacer que trabajen motores.

Impermeabilizantes 

La impermeabilización es muy utilizada en todas las construcciones nuevas, ya que es un elemento muy necesario en la construcción, son sustancias que detienen el agua, impidiendo su pasaje, muy utilizados en el revestimiento de piezas y objetos que deben ser mantenidos secos.

Funcionan eliminando o reduciendo la porosidad del material, llenando infiltraciones y aislando la humedad del medio.

En si, la impermeabilización impide el paso de la humedad a las diferentes partes de la construcción.

Los lugares que se deben de impermeabilizar son la albañilería no pintada, las fuentes, los techos, las paredes, los desaguaros de techos, etc.

En la construcción civil, son empleados en el aislamiento de fundaciones, pisos, tejados, lajas, paredes, depósitos y piscinas.

Existen varios tipos de impermeabilización como son: •

Impermeabilizantes integrales:

Son utilizados tanto solos como con otros adictivos y sistemas impermeabilizantes, que son usados para aumentar la impermeabilización de elementos constructivos de concreto tales como jardineras, cisternas, cimentaciones, etc.

Estos son explotados en fábricas de pastas, lechadas y morteros de recubrimiento como protección de superficies expuestas a la humedad.

Entre sus propiedades están que mejora la trabajabilidad de la mezcla, que puede reducir desde 4 a 6% el consumo de agua en la mezcla., por ultimo reduce el agua de sangrado y los agrietamientos.

Impermeabilizante asfáltico:

Estos son los más usados, ya que brindan una extensa gama de opciones para integrar sistemas de impermeabilización asfáltica conforme a las más diversas necesidades, ya sean climática, de estructura, de resistencia, etc.

Impermeabilizantes prefabricados:

Son prácticamente aplicables a todos los casos de impermeabilización, ya que son elaborados con asfaltos modificados y brindan una solución única en su aplicación, resistencia y durabilidad que se traduce en la reducción de tiempos en el avance de obra con la consecuente mejora en el aprovechamiento de recursos.

Bases primarias para estructuras metálicas, este es aconsejable para climas fríos, es usado como revestimiento impermeable en sistemas de aplicación en frío.

Este tipo de impermeabilizantes proporciona una gran adherencia a cualquier tipo de sustrato. De gran elasticidad y resistencia al interperismo.