CIENCIAS DE LOS MATERIALES II

Clasificación de los Materiales

• Materiales Metálicos • Materiales Cerámicos• Materiales Poliméricos • Materiales Compuestos

Propiedades de los Materiales

• Propiedades Eléctricas– Basadas en como reacciona un material ante

un campo eléctrico.

• Propiedades Mecánicas– Basadas en el comportamiento ante un

fenómeno externo o solicitación.

Propiedades de los Materiales

• Propiedades Magnéticas– Basada en el comportamiento de un material en

presencia de un campo magnético.• Propiedades Térmicas

– Basada en la reacción de un material frente a los cambios de temperatura.

• Propiedades Ópticas– Basada en el comportamiento de los materiales en

presencia de ondas luminosas (luz).

Exigencias a los Materiales de Construcción

• Puedan ser suministrados o fabricados en las cantidades requeridas.

• Sean susceptibles de adquirir la formas requeridas.

• Tener una resistencia optima (mecánica y contra agentes externos del ambiente)

• Tener un costo razonable o adecuado con respecto al uso que se les vaya a dar.

METALES

• Son materiales:– Sólidos.– De alta conductividad térmica y eléctrica.– Pueden ser deformados plásticamente.– Alta reflectividad.

METALES

• Tipos de metales usados en construcción– Acero– Aluminio – Cobre– Bronce– Aleaciones

Acero• Propiedades y/o Ventajas del Acero

– Alta resistencia– Homogeneidad– Elasticidad– Precisión dimensional– Ductilidad– Tenacidad– Facilidad de unión– Disponibilidad de secciones y tamaños– Rapidez en el montaje– Costos de recuperación– Ecológico / Reciclable

Acero

• Desventajas del Acero– Corrosión– Temperatura– Pandeo Elástico– Fatiga

Aplicación del Acero en Construcción

• En obra Gruesa – Barras para hormigón– Perfiles para estructuras o elementos metálicos

• En terminaciones– Cubiertas– Revestimientos

• Instalaciones– Tuberías– Accesorios de fijación de tuberías

Aplicación del Acero en Construcción

• Equipos de seguridad• Maquinarias • Herramientas

Acero• Acero para Hormigón Armado.

– A 44 - 28 H ; A 63 - 42 H– A =Acero al carbón– H =Hormigón– 44= tensión de ruptura – 28= tensión de fluencia– Diámetro (:(6,8,10,12,16,18, 22, 25, 28, 32, 36)

(milímetros)– Diámetro del 6 a 12 rollos (milímetros)– Diámetro del 12 al 36 en barras rectas con largo

hasta 12 mts.– Tiene resistencia a la tracción.

Acero

• Acero Estructura Metálica– Existen diversos tipos de perfil – A 42 – 27 ES

• Enfierradura para muro de Hormigón Armado.

Barras de acero

Moldaje Muro de Hormigón Armado

Moldaje de Muro Hormigón Armado

Riostras

Tablero Metálico

Acero

Alzaprimas moldajelosa

• Galpón Estructura Metálica

Viaducto del Malleco

Acero

• Perfiles metálicos (Omega)

Acero

Marco Metálico

Costanera Cumbrera

Pilar

Costanera Lateral

El Cobre

• Propiedades– Buen conductor térmico– Buen conductor eléctrico– Resistente a la corrosión

El Cobre

• Uso del cobre en construcción– Cableado eléctrico en edificaciones– Tuberías de agua y gas– Sistemas térmicos– Cubiertas– Terminaciones– Fittings y Accesorios

El Cobre

Aluminio• Propiedades del aluminio

– Ligero, resistente– Resistente a la corrosión– Excelente conductor de la electricidad– Buena propiedad de reflexión– Muy dúctil– Impermeable– Reciclable

Aplicación del Aluminio en Construcción

• En terminaciones– Marcos de puertas y ventanas– Muros cortinas– Estructuras para cielos falsos– Angulos y perfiles– Elementos de terminaciones

• Perfiles de Aluminio

• Perfiles de aluminio para cielos falsos

El Suelo

Suelo

• En construcción se define como la capa superficial de la corteza terrestre que puede ser excavada sin necesidad de recurrir a explosivos. Es un material compuesto, principalmente por silicatos, por lo que se define como un material de tipo cerámico.

Suelo• Posee un rol fundamental en cualquier tipo

de obra, ya que dependiendo del tipo de suelo se define: – Tipo de tensiones admisibles sin experimentar

deformaciones.– Tipo de maquinaria a utilizar.– Si el suelo sirve como material de relleno.– Métodos constructivos a utilizar.

Suelo• Uso del suelo como material de construcción:

– Material de relleno: en zanjas o en respaldo de estructuras.

– Confección de terraplenes.– Confección de pozos absorbentes.– Muros de contención. – Como materia prima para la confección de materiales

de construcción: ladrillos, tejas, paneles, morteros de pega, estucos, hormigones y otros).

Suelo• Suelos de grano fino: La resistencia de estos

suelos depende de la cohesión entre las partículas.

• Tipos: Limos y arcillas orgánicas e inorgánicas• Limos inorgánicos: suelos de poca plasticidad,

textura áspera y estado seco muy frágiles.• Arcillas inorgánicas: Tienen permeabilidad baja,

en estado seco son muy duras, saturadas pierden su cohesividad, formando una pasta blanda.

Suelo

• Suelos Orgánicos: Provienen generalmente de plantas y desechos animales.– Tienen olor a humedad y descomposición.– Tipos:

• Limos: Color gris oscuro, alta compresibilidad y baja permeabilidad.

• Arcillas: Color gris oscuro a negro, en estado seco tienen resistencia alta, en estado saturado tienen poca resistencia y son muy compresibles.

Suelo• Suelos de grano grueso: alta resistencia

mecánica, dada por la fricción entre las partículas.

• Son muy permeables, y no presentan problemas al ciclo hielo deshielo.

• Su estabilidad va en función con la compactación. • Tipos:

– Rocas– Gravas– Arenas

Suelo– Roca: Son un terreno apto para fundar pues son

resistentes y no experimentan cambios en presencia del agua.

– Son rígidas, no disipan la energía de los sismos, trasmitiéndola a toda la estructura.

– La roca fracturada puede presentar planos de deslizamiento, con lo cual deben ser reforzados.

– La excavación de roca necesita siempre que se utilicen explosivos, lo cual encarece el proyecto y además es peligroso.

Suelo

• Grava: Poseen excelentes características para drenaje, son muy permeables. Forman un buen suelo de fundación, los asentamientos son rápidos y sin importancia, sobre todo si están bien compactados.

• Arenas: Sus características de drenaje son variables dependiendo de los componentes del suelo, especialmente a la existencia o no de finos de naturaleza arcillosa que más bien absorben el agua en lugar de dejarla pasar.

Suelo

• Los materiales granulares como arenas y gravas tienen características de deformación diferentes a las de las arcillas. Si están bien compactadas son un excelente material muy estable. Si están sueltas se deforman bajo la aplicación de cargas, ya que frente a vibraciones se produce el reordenamiento de las partículas, llenando los huecos con las más pequeñas y produciendo asentamientos.

Suelo

• Métodos de exploración del suelo:– Calicatas o pozos de reconocimiento– Sistemas de sondaje

Arcilla

Materiales de Arcilla

• Ladrillos hecho a maquina• Ladrillos hecho a mano• Tejas de arcilla • Revestimientos para muros:

– Cerámicas, – Azulejos, – Enchapes

Materiales de Arcilla

• Ladrillos:– Arcilla, agua y eventualmente aditivos

• Características y propiedades– Soluciones constructivas simples– No hay procesos químicos que la afecten– Buena resistencia a la compresión– Buen aislante térmico y acústico– Buena resistencia al fuego

Materiales de Arcilla

• Características y propiedades:– Buena adherencia con el mortero– Buena integración con otros materiales– Mal comportamiento frente al ciclo hielo

deshielo– Facilidad para conferirle texturas superficiales

Materiales de Arcilla

Materiales de Arcilla

• Tipos de ladrillos– Macizos o llenos (gralmente. hechos a mano)– Huecos (gralmente. hechos a maquina)

Materiales de Arcilla

• Uso de ladrillos:– Como relleno en muros estructurales– En tabiquerías– En panderetas– En chimeneas (ladrillos refractarios)

Cemento

• Sustancia de polvo fino hecha de molienda de yeso capaz de formar una pasta blanda al mezclarse con agua y que se endurece espontáneamente en contacto con el aire.

• El proceso de hidratación y asentamiento de la mezcla de cemento se conoce como curado, y durante el mismo se desprende calor.

Cemento

El cemento se fragua o endurece por:• Evaporación del líquido plastificante,

como el agua, • Por transformación química interna, • Por hidratación o por el crecimiento de

cristales entrelazados. Otros tipos de cemento se endurecen al reaccionar con el oxígeno y el dióxido de carbono de la atmósfera.

Cemento• Puede recibir el nombre del componente principal,

como el cemento calcáreo, que contiene óxido de silicio, o como el cemento epoxico, que contiene resinas epoxídicas; o de su principal característica, como el cemento hidráulico o el cemento rápido.

• Los cementos utilizados en la construcción se denominan en algunas ocasiones por su origen, como el cemento puzolanico, o por su parecido con otros materiales, como el caso del cemento Portland, que tiene cierta semejanza con la piedra de Portland, utilizada en Gran Bretaña para la construcción. Los cementos que resisten altas temperaturas se llaman cementos refractantes.

Cemento• Cemento Portland moderno (más común), hecho de

piedra caliza y arcillas o pizarras, calentadas hasta convertirse en clínquer y después trituradas.

• Los primeros hornos rotatorios surgieron hacia 1880.

• La antigua Unión Soviética, China, Japón y Estados Unidos son los mayores productores, pero Alemania, Francia, Italia, España y Brasil son también importantes productores.

CementoCEMENTO PORTLAND

Los cementos Portland típicos consisten en mezclas de:

– silicato tricálcico (3CaO·SiO2),

– aluminato tricálcico (3CaO·Al2O3) y

– silicato dicálcico (2CaO·SiO2)

en diversas proporciones, junto con pequeñas cantidades de compuestos de hierro y magnesio.

Para retardar el proceso de endurecimiento se suele añadir yeso

Cemento• Los compuestos activos del cemento son inestables, y en presencia de agua reorganizan su estructura.

• El endurecimiento inicial del cemento se produce por la hidratación del silicato tricálcico, el cual forma una sílice (dióxido de silicio) hidratada gelatinosa e hidróxido de calcio.

• Estas sustancias cristalizan, uniendo las partículas de arena o piedras (siempre presentes en las mezclas de argamasa de cemento) para crear una masa dura.

• El aluminato tricálcico actúa del mismo modo en la primera fase, pero no contribuye al endurecimiento final de la mezcla.

• La hidratación del silicato dicálcico actúa de modo semejante, pero mucho más lentamente, endureciendo pocoa poco durante varios años

Cemento• El cemento Portland se fabrica a partir de materiales

calizos, por lo general:

– Piedra caliza (60% de cal),

– Arcillas,

– Pizarras o escorias de altos hornos que contienen óxido de aluminio y óxido de silicio, en proporciones aproximadas de un, 19% de óxido de silicio, 8% de óxido de aluminio, 5% de hierro, 5% de óxido de magnesio y 3% de trióxido de azufre.

• Ciertas rocas llamadas rocas cementosas presentan en su composición estos elementos en proporciones adecuadas y se puede obtener cemento a partir de ellas sin necesidad de emplear grandes cantidades de otras materias primas. No obstante, las cementeras suelen utilizar mezclas de diversos materiales.

Cemento• En la fabricación del cemento se trituran las materias primas

mezcladas y se calientan hasta que se funden, formando el “clínquer”, que a su vez se tritura hasta lograr un polvo fino.

• Para el calentamiento se suele emplear un horno rotatorio de más de 150 m de largo y más de 3,2 m de diámetro.

• Estos hornos están ligeramente inclinados, y las materias primas se introducen por su parte superior, ya sea en forma de polvo seco de roca o como pasta húmeda hecha de roca triturada y agua.

• A medida que desciende a través del horno, se va secando y calentando con una llama situada al fondo del mismo.

• Según se acerca a la llama se separa el dióxido de carbono y la mezcla se funde a temperaturas entre 1.540 y 1.600 ºC.

Cemento• El material tarda unas seis horas en pasar de un extremo a

otro del horno.

• Después de salir del horno, el clínquer se enfría con rapidez y se tritura, transportándose a una empaquetadora, silos o depósitos de almacenamiento.

• El material obtenido tiene una textura tan fina que el 90% o más de sus partículas podría atravesar un tamiz o colador con 6.200 agujeros por centímetro cuadrado.

• En los hornos modernos se pueden obtener de 27 a 30 kg de cemento por cada 45 kg de materia prima. La diferencia se debe sobre todo, a la pérdida de agua y dióxido de carbono.

• Por lo general, en los hornos se quema carbón en polvo, consumiéndose unos 450 kg de carbón por cada 900 g de cemento fabricado. También se utilizan gases y otros combustibles derivados del petróleo.

CementoCEMENTOS ESPECIALES• Mediante la variación del porcentaje de sus componentes

habituales o la adición de otros nuevos, el cemento Portlandpuede adquirir diversas características de acuerdo a cada uso, como el endurecimiento rápido y resistencia a los álcalis.

• Los cementos de fraguado rápido, a veces llamados cementos de dureza extrarrápida, se consiguen aumentando la proporción de silicato tricálcico o mediante una trituración fina de modo que el 99,5% logre pasar un filtro de 16.370 aberturas por centímetro cuadrado.

• Algunos de estos cementos se endurecen en un día como los cementos ordinarios lo hacen en un mes. Sin embargo, durante la hidratación producen mucho calor y por ello no son apropiados para grandes estructuras en las que esa cantidad de calor puede provocar la formación de grietas.

Cemento• En los grandes vertidos se suelen emplear cementos

especiales de poco calor de fraguado, que por lo general contienen mayor cantidad de silicato dicálcico.

• En obras de hormigón expuestas a agentes alcalinos (que atacan al hormigón fabricado con cemento Portlandcomún) se suelen utilizar cementos resistentes con bajo contenido en aluminio.

• En estructuras construidas bajo el agua del mar se emplean normalmente cementos con un contenido de hasta un 5% de óxido de hierro, y cuando se precisa resistencia a la acción de aguas ricas en sulfatos se utilizan cementos con una composición de hasta un 40% de óxido de aluminio

Cemento• Es un material de construcción que sirve de

materia prima para otros materiales como:– Pastas de cemento: Mezcla de cemento y agua.– Morteros: Mezcla de cemento, arena y agua.

• Estucos: Se utilizan para dar una terminación fina y proteger hormigones o albañilerías

• De Pega: Se utiliza como elemento de adherencia en albañilerías o mamposterías

– Hormigones: Mezcla de cemento mas áridos y agua (alta resistencia a la compresión)

Cemento

– Tejas y planchas (fibrocemento)– Bloques de hormigón – Pavimentos– Elementos para urbanización– Tubos para alcantarillado

Cemento

• Tejas de cemento son de gran duración, impermeables y se pueden utilizar en cualquier zona.

Cemento• Pavimentación

Pastelones para jardines, Estacionamientos, viviendas,

usos industriales y pavimentación de aceras

Cemento

• Pavimentación

Adocretos

CementoTubos para alcantarillado

Soleras y solerillas

Cemento

Cemento

• Bloques de cemento

Cemento• Albañilería armada con bloques de cemento.

Diferentes tipos de edificaciones tales como edificios de mediana altura, económicas y de lujo

Hormigón

• El hormigón es un material que estáconstituido básicamente por cemento, áridos, agua y, eventualmente, aditivos y adiciones.

• Se utiliza tanto para construir obras de edificación como de infraestructura (obras civiles)

Hormigón

• Los áridos son los materiales pétreos compuestos de partículas duras, de forma y tamaño estable.

• Habitualmente se dividen en dos fracciones : gravas y arenas

• Los áridos, el cemento y el agua se mezclan juntos para constituir una masa plástica y trabajable, que al endurecer adquiere la forma del elemento que lo contiene

Hormigón

Resistencia en el Tiempo

020406080

100120

0 20 40 60 80 100 120

Tiempo ( días )

Resi

sten

cia

El gráfico muestra el desarrollo (aumento) de la resistencia a través del tiempo:

Hormigón• Ventajas

– Endurece y adquiere gran resistencia– Debido a su plasticidad, se le puede dar

cualquier forma– Se moldea a temperatura normal; no necesita

calor– No se corroe. Resiste diversas condiciones

ambientales– Es resistente al fuego ( 400 °C)– Los materiales que se emplean en su

fabricación se encuentran en forma natural

Hormigón

CLASIFICACION DEL HORMIGONCOMPRESION FLEXOTRACCION

Grado del Resistencia especificada Grado del Resistencia especificadahormigón Mpa Kg/cm2 hormigón Mpa Kg/cm2

H 5 5 50 H F 3 3 30H 10 10 100 H F 3,5 3,5 35H 15 15 150 H F 4 4 40H 20 20 200 H F 4,5 4,5 45H 25 25 250 H F 5 5 50H 30 30 300 H F 5,5 5,5 55H 35 35 350 H F 6 6 60H 40 40 400

HormigónRequisitos que debe cumplir todo hormigón:1. Docilidad : Llamada también trabajabilidad, consiste en la

aptitud que posee para ser transportado y colocado sin que segregue, y de ser compactado adecuadamente

2. Resistencia : Al endurecer debe cumplir los requisitos de resistencia exigidos para soportar la acción de las cargas

3. Durabilidad : debe permanecer inalterable en el tiempo soportando la abrasión, la humedad, el ambiente químicamente agresivo, las heladas, etc..

4. Economía : Aunque los tres requisitos anteriores son fundamentales y hay que obtenerlos, también es necesario que estas propiedades se logren a un costo razonable

PINTURAS

• Son mezclas líquidas, generalmente coloreadas, que, aplicadas por extensión, pulverización o inmersión, forman una capa o película opaca en la superficie de los materiales de construcción, a los cuales protege y decora.

• Las pinturas están constituidas por un pigmento sólido y el aglutinante o vehículo líquido, formando ambos una dispersión.

PINTURAS

• Corresponden a uno de los revestimientos protectores y decorativos más usados en las diversas partes de un edificio.

• Deben ser:– Resistentes– Tener cierta dureza– Flexibilidad – Adherencia– Durabilidad

PINTURAS• Las pinturas se clasifican por el color y

naturaleza de los pigmentos en: – blanco de cinc, – azul cobalto, etc.

• Por el vehículo, en: – pinturas al agua, – Pinturas de cola, – Pinturas al aceite (óleo).

• Por el papel que desempeñan, en: – Pinturas decorativas, – Pinturas antioxidantes, – Pinturas ignifugas, – Pinturas lavables, etc.

PINTURAS• Los pigmentos son cuerpos sólidos, finamente

pulverizados, insolubles en el aglutinante o vehículo, siendo su misión la de:

– Colorear, – Dar consistencia, – Facilitar el secado de la pintura,

• deben reunir las siguientes propiedades: – color, – intensidad de color y poder colorante, – opacidad o poder cubridor, – permanencia o resistencia a la luz, – finura (90 ó 100% de las partículas debe ser inferior a 10µ).

PINTURAS

El aglutinante o vehículo son los líquidos que llevan en suspensión los pigmentos y, que una vez secos, mantienen unidas las partículas de color entre si y con la superficie sobre la que se aplica la pintura, impidiendo que se desprenda.

PINTURAS• Los secantes son los cuerpos que se añaden a las

pinturas para catalizar o acelerar la oxidación y polimerización de los aceites vegetales, disminuyendo el tiempo de secado. Generalmente están constituidos por:

– óxidos, – resinatos u oleatos de plomo, – manganeso y – cobalto.

• Se presentan en forma:– sólida – en polvo, – pasta– líquida.

PINTURAS• Existe una cantidad óptima de secante a emplear, y si se

pasa de ese límite el efecto es contrario, pues en vez de aumentar el secado, lo retrasa e incluso lo detiene. El secado de las pinturas depende, además, de:

– Las capas, – Ventilación, – Intensidad de luz, etc.