LA CIENCIA Y LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION

Material de construcción

DA LECTURA , ANALISA Y COMENTA EN TU LIBRETA

AL FINAL DE LA LECTURA, PUEDES VER LA SIGUIENTE PAGINA

https://www.youtube.com/watch?v=KXi6lvKzr88

https://www.youtube.com/watch?v=O8HPnEdU4zY

https://www.youtube.com/watch?v=88sT7mihnDU

El material de construcción es una materia prima o, con más frecuencia, un producto elaborado empleado en la construcción de edificios u obras de ingeniería civil.

Los materiales de construcción son los componentes de los elementos constructivos y arquitectónicos de una edificación

Desde sus comienzos, el ser humano ha modificado su entorno para adaptarlo a sus necesidades. Para ello ha hecho uso de todo tipo de materiales naturales que, con el paso del tiempo y el desarrollo de la tecnología, se han ido transformando en distintos productos mediante procesos de manufactura de creciente sofisticación. Los materiales naturales sin procesar (piedra, madera, arcilla, metal, agua) se denominan materias primas, mientras que los productos elaborados a partir de ellas (yeso, cemento, acero, vidrio, ladrillo) se denominan materiales de construcción.

No obstante, en los procesos constructivos algunas materias primas se siguen utilizando con poco o ningún tratamiento previo. En estos casos, estas materias primas se consideran también materiales de construcción propiamente dichos.

Por este motivo, es posible encontrar un mismo material englobado en distintas categorías: por ejemplo, la arena puede encontrarse como material de construcción (lechos o camas de arena bajo algunos tipos de pavimento), o como parte integrante de otros materiales de construcción (como los morteros), o como materia prima para la elaboración de un material de construcción distinto (el vidrio, o la fibra de vidrio).

Los primeros materiales empleados por el hombre fueron el barro, la piedra, y fibras vegetales como madera o paja.

Los primeros "materiales manufacturados" por el hombre probablemente hayan sido los ladrillos de barro (adobe), que se remontan hasta el 13 000 a. C,​ mientras que los primeros ladrillos de arcilla cocida que se conocen datan del 4000 a. C​

Entre los primeros materiales habría que mencionar también tejidos y pieles, empleados como envolventes en las tiendas, o a modo de puertas y ventanas primitivas.

Propiedades de los materiales

Con objeto de utilizar y combinar adecuadamente los materiales de construcción los proyectistas deben conocer sus propiedades. Los fabricantes deben garantizar unos requisitos mínimos en sus productos, que se detallan en hojas de especificaciones. Entre las distintas propiedades de los materiales se encuentran las siguientes:

• Densidad: relación entre la masa y el volumen
• Higroscopicidad: capacidad para absorber el agua
• Coeficiente de dilatación: variación de tamaño en función de la temperatura
• Conductividad térmica: facilidad con que un material permite el paso del calor
• Resistencia mecánica: capacidad de los materiales para soportar esfuerzos
• Elasticidad: capacidad para recuperar la forma original al desaparecer el esfuerzo
• Plasticidad: deformación permanente del material ante una carga o esfuerzo
• Rigidez: la resistencia de un material a la deformación

Regulación

En los países desarrollados, los materiales de construcción están regulados por una serie de códigos y normativas que definen las características que deben cumplir, así como su ámbito de aplicación.

El propósito de esta regulación es doble: por un lado garantiza unos estándares de calidad mínimos en la construcción, y por otro permite a los arquitectos e ingenieros conocer de forma más precisa el comportamiento y características de los materiales empleados.

Las normas internacionales más empleadas para regular los materiales de construcción son las normas ISO.

En España existe la entidad certificadora AENOR con el mismo propósito.

Materiales pétreos

Piedra

La piedra se puede utilizar directamente sin tratar, o como materia prima para crear otros materiales. Entre los tipos de piedra más empleados en construcción destacan:

• Granito, tradicionalmente usado en toda clase de muros y edificaciones, actualmente se usa principalmente en suelos (en forma de losas), aplacados y encimeras. De esta piedra suele fabricarse el:
  • Adoquín, ladrillo de piedra con el que se pavimentan algunas calzadas.
• Mármol, piedra muy apreciada por su estética, se emplea en revestimientos. En forma de losa o baldosa.
• Pizarra, alternativa a la teja en la edificación tradicional. También usada en suelos.
• Caliza, piedra más usada en el pasado que en la actualidad, para paredes y muros.
• Arenisca, piedra compuesta de arena cementada, ha sido un popular material de construcción desde la antigüedad.

La piedra en forma de guijarros redondeados se utiliza como acabado protector en algunas cubiertas planas, y como pavimento en exteriores. También es parte constitutiva del hormigón

• Grava, normalmente canto rodado.

Mediante la pulverización y tratamiento de distintos tipos de piedra se obtiene la materia prima para fabricar la práctica totalidad de los conglomerantes utilizados en construcción:

• Cal, Óxido de calcio (CaO) utilizado como conglomerante en morteros, o como acabado protector.
• Yeso, sulfato de calcio semihidratado (CaSO₄ · ¹⁄₂H₂O), forma los guarnecidos y enlucidos.
  • Escayola, yeso de gran pureza utilizado en falsos techos y molduras.
• Cemento, producto de la calcinación de piedra caliza y otros óxidos.

El cemento se usa como conglomerante en diversos tipos de materiales:

• Terrazo, normalmente en forma de baldosas, utiliza piedras de mármol como árido.
• Piedra artificial, piezas prefabricadas con cemento y diversos tipos de piedra.
• Fibrocemento, lámina formada por cemento y fibras prensadas. Antiguamente de amianto, actualmente de fibra de vidrio.

El cemento mezclado con arena forma el mortero: una pasta empleada para fijar todo tipo de materiales (ladrillos, baldosas, etc), y también como material de revestimiento (enfoscado) cuando yeso y cal no son adecuados, como por ejemplo en exteriores, o cuando se precisa una elevada resistencia o dureza.

• Mortero
  • Mortero monocapa, un mortero prefabricado, coloreado en masa mediante aditivos

El cemento mezclado con arena y grava forma:

• Hormigón, que puede utilizarse solo o armado.
  • Hormigón, empleado solo como relleno.
  • Hormigón armado, el sistema más utilizado para erigir estructuras
  • GRC, un hormigón de árido fino armado con fibra de vidrio
  • Bloque de hormigón, similar a un ladrillo grande, pero fabricado con hormigón.

El yeso también se combina con el cartón para formar un material de construcción de gran popularidad en la construcción actual, frecuentemente utilizado en la elaboración de tabiques:

• Cartón yeso, denominado popularmente Pladur por asimilación con su principal empresa distribuidora, es también conocido como Panel Yeso.

Otro material de origen pétreo se consigue al fundir y estirar basalto, generando:

• Lana de roca, usado en mantas o planchas rígidas como aislante térmico.

Arena

Se emplea arena como parte de morteros y hormigones

• Arena

El principal componente de la arena es la sílice o dióxido de silicio (SiO₂). De este compuesto químico se obtiene:

• Vidrio, material transparente obtenido del fundido de sílice.
• Fibra de vidrio, utilizada como aislante térmico o como componente estructural (GRC, GRP)
• Vidrio celular, un vidrio con burbujas utilizado como aislante eléctrico.

Arcilla

La arcilla es químicamente similar a la arena: contiene, además de dióxido de silicio, óxidos de aluminio y agua. Su granulometría es mucho más fina, y cuando está húmeda es de consistencia plástica. La arcilla mezclada con polvo y otros elementos del propio suelo forma el barro, material que se utiliza de diversas formas:

• Barro, compactado "in situ" produce tapial
• Cob, mezcla de barro, arena y paja que se aplica a mano para construir muros.
• Adobe, ladrillos de barro, o barro y paja, secados al sol.

Cuando la arcilla se calienta a elevadas temperaturas (900 °C o más),²​ ésta se endurece, creando los materiales cerámicos:

• Ladrillo, ortoedro que conforma la mayoría de paredes y muros.
• Teja, pieza cerámica destinada a canalizar el agua de lluvia hacia el exterior de los edificios.
• Gres, de gran dureza, empleado en pavimentos y revestimientos de paredes. En formato pequeño se denomina gresite
• Azulejo, cerámica esmaltada, de múltiples aplicaciones como revestimiento.

De un tipo de arcilla muy fina llamada bentonita se obtiene:

• Lodo bentonítico, sustancia muy fluida empleada para contener tierras y zanjas durante las tareas de cimentación

Metálicos

Los más utilizados son el hierro y el aluminio. El primero se alea con carbono para formar:

• Acero, empleado para estructuras, ya sea por sí solo o con hormigón, formando entonces el hormigón armado.
  • Perfiles metálicos
  • Varillas
  • Acero inoxidable
  • Acero cortén

Otros metales empleados en construcción:

• Aluminio, en carpinterías y paneles solares.
• Zinc, en cubiertas.
• Titanio, revestimiento inoxidable de reciente aparición.
• Cobre, esencialmente en instalaciones de electricidad y fontanería.
• Plomo, en instalaciones de fontanería antiguas. La ley obliga a su retirada, por ser perjudicial para la salud.
• Hierro

Orgánico

Fundamentalmente la madera y sus derivados, aunque también se utilizan o se han utilizado otros elementos orgánicos vegetales, como paja, bambú, corcho, lino, elementos textiles o incluso pieles animales.

• Madera
• Contrachapado
• OSB
• Tablero aglomerado
• Madera cemento
• Linóleo suelo laminar creado con aceite de lino y harinas de madera o corcho sobre una base de tela.
• Guadua

Sintéticos

Fundamentalmente plásticos derivados del petróleo, aunque frecuentemente también 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. En su versión de alta densidad (HDPE ó PEAD) es muy usado como barrera de vapor, aunque 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.

En ciencia de materiales reciben el nombre de materiales compuestos aquellos materiales que se forman por la unión de dos o más materiales para conseguir la combinación de propiedades que no es posible obtener en los materiales originales. Estos compuestos pueden seleccionarse para lograr combinaciones poco usuales de rigidez, resistencia, peso, rendimiento a alta temperatura, resistencia a la corrosión, dureza o conductividad.¹​ Los materiales son compuestos cuando cumplen las siguientes características:

• Están formados por dos o más componentes distinguibles físicamente y separables mecánicamente.
• Presentan varias fases químicamente distintas, completamente insolubles entre sí y separadas por una interfase.
• Sus propiedades mecánicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes (sinergia).
• No pertenecen a los materiales compuestos los materiales polifásicos, como las aleaciones metálicas, en las que mediante un tratamiento térmico se cambia la composición de las fases presentes.²​

Estos materiales nacen de la necesidad de obtener materiales que combinen las propiedades de los cerámicos, los plásticos y los metales. Por ejemplo, en la industria del transporte son necesarios materiales ligeros, rígidos, resistentes al impacto y que resistan bien la corrosión y el desgaste, propiedades éstas que rara vez se dan juntas.

A pesar de haberse obtenido materiales con unas propiedades excepcionales, las aplicaciones prácticas se ven reducidas por algunos factores que aumentan mucho su costo, como la dificultad de fabricación o la incompatibilidad entre materiales.

La gran mayoría de los materiales compuestos son creados artificialmente, pero algunos, como la madera y el hueso, aparecen en la naturaleza.

Un elemento constructivo es cada uno de los componentes materiales que integran una obra de construcción. Se suelen clasificar en estructurales y compartimentadores.

Elementos constructivos estructurales son los componentes de la cimentación, forjados, losas, pilares, etc. Elementos constructivos compartimentadores son los componentes de cubiertas, fachadas, particiones interiores, etc.

NUEVOS MATERIALES PARA LA CONSTRUCCION

El mundo está en constante cambio y evolución pero, en los últimos años, el cambio en la construcción y la arquitectura se está dando con más fuerza que en otros sectores. Posiblemente esto se deba, entre otras cosas, al auge de las ideas de sostenibilidad, eficiencia energética y respeto por el medio ambiente por las que estamos rodeados hoy en día. Este nuevo pensamiento ha calado en la sociedad, en la demanda, y nos obliga a repensar la arquitectura y con ello sus materiales. Ya no valdrá con el edificio más espectacular, más caro o más alto, también será necesario que las construcciones sean respetuosas con el planeta, de calidad y que consuman poca energía. Los últimos excesos de la construcción en años pasados no han hecho más que apuntalar este pensamiento y ahora la arquitectura parece ser llamada a comandar ese cambio hacia la sostenibilidad.

Teniendo en cuenta que, como comentábamos en un post reciente, el cemento y el acero, principales materiales de la construcción hoy en día, son caros y costosos desde el punto de vista ambiental y energético ¿cuáles serán los materiales que utilicemos en las construcciones del futuro? Es posible que algunos de ellos ya existan, las posibilidades cada vez son más amplias pero ¿alguno será capaz de sustituir al ladrillo, al cemento o al acero? En este post recogemos 7 materiales muy interesantes que puede que nos encontremos en la arquitectura de un futuro cercano.

 

TEJAS SINTÉTICAS

Las tejas sintéticas de la empresa GR Green están hechas de plásticos reciclados y de piedra caliza, son sostenibles y alrededor de un 50% más baratas que las tradicionales. Tienen una vida útil de más de 50 años y después son reciclables al 100%. 

Otra opción son las tejas fotovoltaicas, de las que ya hablamos en un post anterior, en este caso se trata de un producto más caro que el tradicional, pero que acaba siendo rentable gracias a la energía generada.

 

PANELES DE FIBRAS Y COMPOSITES

Estos materiales constituyen una buena alternativa para los cerramientos, divisiones interiores y cubiertas. En España, una opción interesante es Compoplak, un producto de la compañía alicantina Grupo Valero. Se trata de paneles formados por una combinación de kevlar, fibra de vidrio y fibra de carbono que resultan ser un 30% más económicos y 3 veces más resistentes que un tabique de ladrillo tradicional. Es un material sintético, por lo que es inmune a roedores e insectos y esto hace que también tenga una vida útil más larga. Por supuesto, es eficiente y totalmente ecológico. Es aislante, dando lugar a un ahorro energético de hasta el 50%, produce 100 veces menos residuos que el ladrillo y es reciclable al 100%.

 

LADRILLOS ECOLÓGICOS

Parece que estamos decididos a sustituir el ladrillo tradicional a favor de cualquier otro material que sea más barato, más eficiente y que contamine lo mínimo en su producción. Eso sí, el ladrillo, al igual que las tejas, parece que seguirá teniendo la misma forma y seguramente el mismo tamaño. Lo que es cierto es que ya existen varias soluciones alternativas al ladrillo de arcilla cocida de toda la vida, algunos son tratamientos de reciclados de vidrio o plásticos y otros parten de prensados naturales como tierras comprimidas.

Una de las opciones es Durabric, un ladrillo que se fabrica mezclando agua, tierra y cemento, comprimiendo la mezcla en un molde y dejando que fragüe de forma natural, sin fuego. Con este proceso, se consiguen salvar hasta 14 árboles por cada casa construida ya que no se utiliza la madera como combustible en la fabricación del ladrillo. Al evitar el proceso de cocción, Durabric reduce las emisiones de gases de efecto invernadero hasta diez veces en comparación con los ladrillos cocidos tradicionales. En cuanto al coste, construir un muro con Durabric es un 20% más barato que con ladrillos de arcilla cocida.

Otro de los ejemplos más interesantes es Biomason, un ladrillo ecológico que, aunque parezca increíble, se genera a partir de microorganismos. Es una alternativa ecológica que no libera CO2 en su producción y que es más económica, ya que proviene de recursos naturales. El ladrillo Biomason se crea a temperatura ambiente, alimentando a los micoorganismos con materiales como la arena y generando unas condiciones en las que estas empiezan a producir cristales hasta que, finalmente, dan lugar a un ladrillo.

 

PANELES DE MADERA CONTRALAMINADA

En un post reciente ya estuvimos hablando de la madera como material muy apto para la construcción sostenible siempre que provenga de la tala responsable. Pero no solo eso, el estudio de arquitectura MGA y la ingeniería DVVD han desarrollado unos paneles masivos de madera, que pueden ser de hasta 2,40 x 20 metros y en varios espesores, pudiendo utilizarse directamente como material estructural. Se trata de paneles contralaminados, formados por capas de madera dispuestas longitudinal y transversalmente, encoladas entre sí, formando placas de madera maciza. 

Sin ir más lejos, en Lleida, la empresa Altermateria ha construido mediante estas placas de madera un edificio de 6 plantas de altura. Además, como la madera es mejor aislante que el hormigón, estos edificios tienen un mejor comportamiento térmico y son más eficientes energéticamente. Por supuesto, el uso de paneles de madera y de sus derivados no se limita solo a la estructura de los edificios sino que puede extenderse a particiones interiores, fachadas etc. 

RESINAS  Y HORMIGONES AUTORREPARABLES

No todos los campos de investigación están enfocados exclusivamente en la sostenibilidad y eficiencia energética. La Universidad de Alicante ha presentado recientemente una resina transparente y flexible capaz de autorrepararse tras ser cortada con unas tijeras. Basta con poner en contacto las dos partes para volver a unirlo en unos 15 segundos. Además, también tiene memoria de forma, por lo que tanto si es aplastado o manipulado recupera la forma original en pocos segundos. Se trata de un material aun experimental pero que podría tener múltiples aplicaciones en la construcción, como por ejemplo en cerramientos, juntas constructivas o incluso combinado con otros materiales.

Por el mismo camino han ido investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft que ha desarrollado un bio-hormigón capaz de autorrepararse. El proceso recuerda un poco al de los ladrillos Biomason. Consiste en introducir en el hormigón un nuevo aditivo compuesto por pequeñas cápsulas que contienen bacterias y lactato de calcio, cuando las cápsulas se rompen (por la acción del agua que penetra en las grietas) la actividad las bacterias provoca una reacción química que crea caliza solidificada e insoluble. En el caso de que surgieran grietas en el hormigón se activaría este proceso que las rellenaría y repararía. Este bio-hormigón ya se ha puesto a prueba con éxito en una estación de salvavidas de los Países Bajos. 

 

PINTURA SOLAR

Y es que la eficiencia energética en la construcción se está convirtiendo poco a poco en una obsesión. La pintura solar aun está en desarrollo pero, en la Universidad de Sheffield, han creado el primer spray capaz de transformar cualquier tipo de superficie en un panel de energía solar gracias a un mineral llamado perovskita, que tiene la propiedad de absorber la luz. Su eficacia es del 20% frente al 25% que consiguen las placas solares de silicio, pero esta menor eficiencia lo compensa con su fácil aplicación sobre prácticamente cualquier superficie imaginable. Otra de  sus ventajas es la capacidad para generar energía incluso en condiciones de poca luminosidad solar y un coste inferior al del panel fotovoltaico. Sin duda esta pintura eliminaría muchas barreras a la hora de la implantación de sistemas fotovoltaicos.

Muchos de estos materiales ya están dsiponibles pero o bien son desconocidos o no generan suficiente confianza en arquitectos y constructores. Aunque por ahora nadie nos obliga a usar nuevos materiales o sistemas constructivos, parece que el futuro de la arquitectura, de la construcción y de todos los materiales y sistemas implicados va unido a la accesibilidad para todos, la sostenibilidad y al respeto por el medio ambiente.

M U R O   T R O M B E

Es un sistema de captación solar pasivo que no tiene partes móviles y que no necesita casi ningún mantenimiento. Esta alternativa propone potenciar la energía solar que recibe un muro y así convertirlo en un sencillo sistema de calefacción.

• Su componente principal es un muro orientado hacia la posición del sol más favorable a lo largo del día
• Materiales que le permitan absorber el calor como masa térmica, como el concreto, la piedra o el adobe.
• Este sistema se basa en la captación solar directa y la circulación de aire que se produce por la diferencia de temperaturas.

V I D R I O   C E L U L A R

El vidrio celular se obtiene fusionando polvo vítreo, por lo general obtenido del reciclaje de vidrio blanco.

Mediante procesos termoquímicos, el polvo de vidrio se vuelve esponjoso generando burbujas en vacío parcial .

De este proceso se logra un material de muy baja conductividad térmica (alrededor de 0,048 W/m°C).

La pasta obtenida después de cocida se corta en piezas comerciales (placas) cuyas dimensiones, dependiendo de su uso, oscilan entre los 30 a 50cm de ancho por 50 a100 cm de longitud, con grosores de pieza de 1,3 a 4 cm.

PROPIEDADES:

• Resistente a productos agresivos, disolventes orgánicos y a la mayoría de ácidos.
• Estanco al agua y al propio vapor de agua.
• Alta resistencia a la compresión.
• Estabilidad dimensional e indeformabilidad.
• Fácil de trabajar y cortar.
• Incombustible.
• Resistente a microorganismos, bacterias, roedores, aves y plagas en general.
• Libre de fibras, CFC y HCFC.
• Ecológico desde su producción hasta su reciclado.

LOSAS CON SISTEMA DANSTEK

LOSAS BDM

Sistema que involucra principalmente esferas de material reciclado (PET) que se realiza a través de un proceso de trituración y compresión posteriormente.

Ofrece un elemento ligero y de máxima resistencia, genera grandes claros y visibilidad optimizando los espacios. Permite ganar niveles de entrepiso así como la reducción de profundidad de excavación.

Permite mayor libertad de diseño y brinda reducción de costos, optimización de procesos, facilidad en instalación y la eliminación de cargas muertas no requeridas.