Materiales Esenciales en Construcción

Cerámica

Propiedades Generales

• Duras y frágiles.
• Poco tenaces y dúctiles.
• Temperaturas de difusión altas.
• Aislantes.
• Escasa resistencia a la tracción.
• Buena resistencia a la compresión.

Cuanta mayor finura y mayor temperatura, mayor resistencia, mayor fragilidad, mayor retracción y menor espesor.

Composición

Compuesto de: Matriz (arcilla) y aditivos (arena silícea (esqueleto), feldespatos alcalinos (fundentes), desfloculantes (impiden la aglomeración), impurezas (proporcionan color)).

Tipos según Composición

• Caolinita: Refractariedad.
• Illita: Plasticidad.
• Esmectita: Expansiva.
• Vermiculita: Protección contra el fuego.

Tipos según Color

• Ricas en alúmina: Blancuzcos o rojizos.
• Ricos en aluminio y hierro: Ocres.
• Pobres en aluminio y ricos en hierro: Rojos o violáceos.
• Ricos en hierro y carbonato cálcico: Rojo pálido o anaranjado.

Tipos según Plasticidad

• Arcillas Magras: Ricas en arena, ásperas, difíciles de modelar, piezas porosas, poca retracción. Se corrigen mezclando con arcilla grasa o fundentes.
• Arcillas Grasas: Ricas en arcilla, suaves, fáciles de modelar, piezas más resistentes. Se corrigen con desengrasantes.

Estructura Interna

Silicatos y la celdilla unidad SiO4 (representado por un tetraedro con Si y O en los vértices).

Agrupaciones de Silicatos

• Grupos Aislados: Olivino.
• Dos Vértices, cadena: Berilo.
• Tres Vértices, lámina: Caolinita.
• Cuatro Vértices: Sílice.

Fabricación de Cerámica

Proceso General

1. Extracción.
2. Desmenuzado y molienda.
3. Esponjamiento en pudridero.
4. Segunda molienda.
5. Recomposición.
6. Amasado (humedad 20-25%).
7. Moldeo (hidroplástico o prensado).
8. Secado.
9. Cocción: (Fases: Deshidroxilación, destrucción de la estructura cristalina, Sinterización, Vitrificación, formando nuevas fases cristalinas).

Definiciones Clave en Cocción

• Sinterización: Calentamiento del material en polvo a temperatura inferior a la de fusión con el propósito de aumentar su densidad y/o resistencia a través de la unión de partículas.
• Vitrificación: Sinterización con presencia de fases líquidas además de sólidas.

Indicadores de una Buena Cocción

• Color vivo y uniforme.
• Sonido limpio y metálico.
• Resistencia al agua.
• Densos y resistentes a la compresión.

Fases del Proceso de Cocción por Temperatura

• 200-450°C: Arcilla cruda + Cuarzo. Deshidratación de la arcilla e inicio de transformación del cuarzo.
• 450-800°C: Metacaolín + Cuarzo Beta. Pérdida del agua en forma de OH y empieza a disociarse la sílice. Se inicia la sinterización.
• 800-1100°C: Espinela + Cuarzo Beta. Formación de espinela a partir de metacaolín. La espinela inicia la disociación de SiO2.
• 1100-1400°C: Mullita + Crisobalita. Vitrificación. La fase líquida fluye y rellena huecos.

Tipos de Cerámica

Clasificación según su materia prima y proceso industrial:

1. Cerámica porosa (ladrillos, bloques, tejas).
2. Cerámica Vidriada.
3. Cerámica Vitrificada mediante impermeabilización total.
4. Cerámica Refractaria.

Cerámica Porosa: Arcilla Cocida

Conglomerado de sílice y alúmina cohesionados por una matriz vítrea de aluminosilicatos. Cocida en el intervalo de 600-900°C.

Terracota

Cerámica Porosa de pasta roja cocida a mayor temperatura (ej. Woolworth Building).

Ladrillo

Pieza cerámica ortoédrica que el albañil maneja con una sola mano.

Tipos de Ladrillos según Dimensiones

• Normal
• Aplantillado
• Picholín
• Plaqueta
• Trabuco
• Toba
• Barco

Tipos de Ladrillos según su Cocción

• Santo
• Escofilado
• Recocho
• Pintón
• Pardo
• Portero

Terminología Básica en Albañilería

• Ladrillo: Pieza de cerámica...
• Fábrica: Organización estable de ladrillos trabados con mortero.
• Aparejo: Disposición en que deben colocarse los ladrillos de una fábrica.
• Llaga: Junta de mortero vertical y discontinua.
• Tendel: Junta de mortero horizontal y continua.

Tipos de Ladrillos (por forma/uso)

• Hueco
• Perforado
• Hueco de gran formato
• Cara vista
• Aplantillado
• Formado

Bloques

Pieza prismática destinada a la fabricación de muros que se manejan con las dos manos. Hay bloques huecos y bloques de cerámica aligerada (termoarcilla).

Tejas (UNE EN 1304)

Piezas cerámicas de colocación discontinua sobre tejados inclinados y para revestimiento de muros.

Tipos de Tejas

• Estándar: Teja árabe, mixta o plana.
• Auxiliares: Coordinadas o no coordinadas.

Modelos de Tejas

• Teja Árabe: Forma troncocónica y espesor constante, posición de canal y cobija.
• Fabricación: Extracción, amasado y extrusión, corte y secado, decoración, cocción.
• Mixta de Doble Anclaje: Prevista para permitir la evacuación de agua.
• Fabricación: Extrusión y prensado.
• Teja Plana Lisa: Permite evacuar agua y encajar entre piezas.
• Fabricación: Igual que la mixta.
• Teja Plana Marsellesa: Moldeada, forma plana, espesor variable.
• Fabricación: Igual que la mixta, pero sin secado.

Baldosín Catalán

Tradicional, mayor calidad, compacto y delgado, baja absorción, rojo mate.

Nuevos Desarrollos en Cerámica

Tejas Autoventiladas

Cumplen las exigencias de una teja, pero además son capaces de liberar el calor que se acumula por la acción solar. Reducen el consumo energético y previenen la aparición de humedad.

Funcionamiento

De forma natural, por los fenómenos de convección y radiación:

• Meses de Verano: El aire contenido en la cámara se calienta por radiación solar y asciende por convección. Esta circulación interna produce la refrigeración de la cubierta.
• Meses de Invierno: El aire contenido en la cámara se calienta por radiación solar, conservando el calor y transmitiéndolo hacia el interior por radiación.

Fachada Ventilada

Sistema constructivo de cerramiento exterior constituido por una hoja interior, una capa aislante y una hoja exterior.

Funcionamiento

La existencia de juntas entre las piezas evita los problemas típicos de la dilatación, por lo que presentan una buena durabilidad. La hoja exterior amortigua los cambios de temperatura, prolongando la vida útil de la capa aislante que protege. Además, ayuda a reducir las pérdidas térmicas del edificio:

• Meses de Verano: La piel exterior se calienta creando un efecto convectivo que desaloja el aire caliente.
• Meses de Invierno: El aire en la cámara se calienta y se conserva mejor el calor.

Baldosas: Ensayos de Resistencia

Ensayo de Resistencia a la Abrasión Profunda

Consiste en determinar la longitud de huella dejada por un disco giratorio que ejerce presión constante sobre la superficie de una baldosa durante un tiempo determinado. La longitud de huella dejada sobre la baldosa expresa el mayor o menor grado de tenacidad del material ensayado.

Ensayo de Resbaladicidad

Consiste en determinar la pérdida de energía de un péndulo normalizado provisto en su extremo inferior de una zapata de goma, al dejarlo caer desde una posición horizontal de forma que la zapata roza con una presión determinada sobre la superficie a ensayar y un recorrido previamente definido. La pérdida de energía se mide en función del ángulo de oscilación del péndulo.

Tierra como Material de Construcción

Definiciones Fundamentales

• Suelo Natural: Conjunto de materiales orgánicos e inorgánicos de la superficie terrestre, capaz de sostener vida vegetal.
• Tierra: Material desmenuzable que compone el suelo natural.
• Barro: Masa que resulta de la mezcla de tierra y agua.
• Mortero de Barro: Componentes arcillosos de la propia tierra que realizan las funciones de aglomerante, pudiéndose utilizar de modo similar a los morteros fabricados con otros conglomerantes tradicionales.

Técnicas de Construcción con Tierra Cruda

Métodos de construcción a base de tierra sin cocer obtenidos mediante apisonado o secado. Se pueden añadir aditivos para: evitar fisuración, reducir plasticidad o como estabilizantes frente a la humedad.

Adobe

Bloques macizos, de forma prismática, hechos de barro sin cocer y eventualmente un componente como paja, secados al aire.

Tapial

Muro que se hace con tierra amasada, mediante una técnica tradicional que consiste en construir con tierra cruda húmeda, compactada a golpes mediante un pisón, empleando para conformarla un encofrado de madera llamado también tapial.

Proceso del Tapial

1. Se van colocando dos planchas de madera paralelas.
2. Se vierte tierra cruda en capas, se riega y se compacta con pisón.
3. Se mueve el encofrado a otra posición para seguir con el muro.
4. El barro se seca al sol y los huecos para puertas y ventanas se abren a cincel.

Productos de Tierra Comprimida

BTC (Bloque de Tierra Comprimida)

Pieza para fábrica de albañilería con forma de prisma rectangular. Se obtiene por compresión de tierra cruda húmeda, seguida de un desmolde inmediato. Compuesta por grava, arena, limo y arcilla, mezclado con agua y opcionalmente con estabilizantes y aditivos.

Durabilidad de la Tierra Cruda

Vulnerabilidad

• Humedades de capilaridad o filtración.
• Erosión.
• Heladicidad.

Medidas de Protección

• Zócalos de materiales más resistentes e impermeables.
• Aleros.
• La protección de la superficie del paramento con revocos.

Vidrios

Componentes

• Vitrificantes: Esqueleto.
• Fundentes: Bajan el punto de fusión pero reducen resistencia.
• Estabilizantes: Fijan composición y evitan descalcificación.
• Aditivos: Mejoran durabilidad y resistencia.

Tipos según su Composición

• Silícico
• Calcosódico
• Calcopotásico
• Borosilicato
• Plúmbico

Propiedades del Vidrio

Físicas

• Densidad: 2.5.
• Impermeable.
• Incombustible.
• Frágil al choque térmico.
• Atacable por sustancias alcalinas.
• Transparente.

Ópticas

• Isótropo.
• Transparente.
• Opaco a UV e IR de onda larga.
• Opacidad y translucidez modificadas por medio de la dispersión de la masa de otra fase con diferente refracción y el tratamiento superficial.

Mecánicas

• Rotura frágil.
• Tipo de rotura: Concoidea.
• Sensible al choque térmico.
• La rotura se produce por acciones externas.

Tratamientos de Mejora del Vidrio

• Recocido: 600°C + enfriamiento suave. Elimina tensiones internas. Resistencia a rotura por diferencia térmica: 30°C.
• Templado Térmico: Recocido + 700°C + enfriamiento rápido al aire. Introduce tensiones superficiales. Será mayor cuanto mayor sea la temperatura de calentamiento, menor la temperatura de enfriamiento, mayor sea el espesor del vidrio y menor su conductividad térmica.
• Templado Químico: Intercambio de iones Na por K en la superficie. Actúan como cuñas compresivas, introduciendo una tensión superficial. Resistencia a rotura: 150-200°C.
• Laminado: Con capas de butiral de polivinilo (PVB).

Aislamiento y Resistencia al Fuego del Vidrio

• Aislamiento: Más masa → más aislamiento. Más masa y espesor → menor frecuencia crítica.
• Solución Óptima: Vidrio laminado PVB + cámara + vidrio sencillo.
• Resistencia al Fuego:
  • Euroclase A1: Incombustible.
  • Euroclase B-A2: Con ensayo.
  • Integridad (E): Resistencia a llamas, humos y gases.
  • Integridad y Reducción de Radiación Emitida (EW): E + radiación calorífica a la cara opuesta menor que 15 kW/m².
  • Integridad y Aislamiento (EI): E + limita el aumento de la temperatura en la cara opuesta por debajo de 140 K.

Reflexión sobre el Uso del Vidrio

1. El vidrio se ha utilizado tradicionalmente en construcción.
2. Su evolución tecnológica lo ha situado a la vanguardia de la construcción.
3. Material barato, fácil de obtener y manipular, con gran variedad de productos.
4. Frágil pero duradero, impermeable, incombustible e inmarcesible.
5. Imprescindible para la arquitectura.

Fases de Fabricación del Vidrio

1. Preparación de mezcla de materia prima.
2. Homogeneización.
3. Fusión.
4. Conformado:
   • Soplado.
   • Flotado (conformación bidimensional que presenta sus dos caras planas y paralelas).
     • Fases: vertido de masa de vidrio fundida a 1500°C.
     • Desplazamiento de vidrio sobre estaño fundido a velocidad de enfriamiento progresivo.
     • Corte.
   • Prensado.
   • Estirado.
   • Formación de fibras.
5. Acabado:
   • Formales:
     • Vidrio Laminado (2 o más vidrios planos. Pegado con lámina de PVB. Calentamiento conjunto a 70°C, Autoclave).
     • Blindado (planeidad de caras muy controlada para regular deformaciones, reducción de la transmisión luminosa).
   • Superficial:
     • Vidrio Impreso (paso del vidrio por unos rodillos para ajustar el espesor y aplicar en una de las dos caras el patrón de diseño. Aspecto translúcido. Admiten templado).
     • U-Glass (impreso con perfil en U).
     • Antirreflejo (tratamiento mateado en ambas caras, inmersión en óxidos metálicos que reducen la reflexión a 1%).
     • Vidrio Esmerilado (tipos: por ataque superficial de ácido fluorhídrico, por chorro de agua, por desbaste con polvo abrasivo de esmeril).
     • Vidrio Tintado Continuo (coloreado con la incorporación de pigmentos, reduce la radiación solar IR y UV, reduce el factor solar).
     • Tintado Discontinuo (sombreado y control solar mediante texturas).
     • Vidrio Serigrafiado (butiral estampado interpuesto).
     • Vidrio Metalizado (revestimiento del vidrio por una cara con óxidos metálicos depositados mediante pirólisis a la salida del horno de flotado para obtener una capa dura que no se raya fácilmente y no le afecta la humedad).
   • Integral:
     • Vidrio Armado (impreso con malla metálica, malla de acero o latón, no apto para temperaturas extremas).

Productos Especiales de Vidrio

• Vidrios Curvados:
  • Proceso: 1. Calentamiento lento del vidrio plano. 2. Vertido sobre molde. 3. Recocido.
• Vidrios Contra Fuego: Parallamas (PF) y Cortafuegos (RF).
• Electrocrómicos: Vidrio inteligente caracterizado porque sus propiedades ópticas varían en función de una tensión eléctrica.
• Vidrio Celular: Utilizado como aislante térmico, procedente de un proceso industrial que consiste en:
  1. Mezcla y selección de la materia prima.
  2. Horno de fusión a 1250°C.
  3. Enfriamiento en una cadena transportadora.
  4. Trituración del vidrio en el molino de bolas con la adición de carbón negro.
  5. Relleno de moldes con la mezcla triturada que se introducen en horno de espumado a una temperatura de 850°C. Aquí es donde gana su estructura particular de celdas.
  6. Los bloques resultantes pasan a través de un horno de recocido para un enfriamiento posterior muy controlado sin tensiones térmicas.
  7. Los bloques se cortan a la medida y se empaquetan.
• Fibra de Vidrio: Material en forma de filamento consistente en la fusión del vidrio y posterior estirado en forma de delgados filamentos o fibras por un esfuerzo de tracción uniaxial.
• Lana de Vidrio: Fibra mineral fabricada con filamentos de vidrio unidos por aglutinante. Sirven de aislante térmico.
• Vitrocerámica: Vidrio sometido a proceso de desvitrificación o recristalización.
  • Propiedades:
    • Elevada densidad.
    • Sin porosidad.
    • Coeficiente de dilatación bajo.
    • Excelente resistencia al choque térmico.
    • Elevada conductividad térmica.
    • Elevada durabilidad química.
    • Gran resistencia mecánica.
    • Alta tenacidad y dureza.

Durabilidad del Vidrio

• Corrosión: Se manifiesta por la aparición de picaduras aisladas que crecen y se transforman en cráteres.
• Vidrios Templados: Rotura espontánea por inclusiones de Sulfuro de Níquel o Rotura espontánea por inclusiones de partículas monolíticas de Si.

Metales

Estructura Cristalina

BCC (Cúbica Centrada en el Cuerpo), HCP (Hexagonal Compacta), FCC (Cúbica Centrada en las Caras). Monocristalina, Policristalina.

Defectos Cristalinos

Puntuales, Lineales, Superficiales, Volumétricos.

Defectos Lineales: Dislocación de Borde

Consiste en la aparición de un semiplano extra de átomos en el interior de la red cristalina. Este borde se halla a lo largo del borde de la fila extra de átomos.

• Vector de deslizamiento o de Burgers: Perpendicular al semiplano extra de átomos e indica magnitud y dirección de la dislocación. El avance es paralelo a la carga.
• Movimiento de la Dislocación: Cuando la red cristalina se somete a un esfuerzo de cizallamiento, los átomos cercanos al semiplano ausente se ven empujados por la carga hacia la posición de los huecos, hasta que llegan a ocuparlos. El proceso sigue sucesivamente permitiendo el avance de la dislocación. En el plano de deslizamiento se produce una rotura de los enlaces y la formación de unos nuevos.

Mayor movilidad implica mayor plasticidad, menor resistencia y dureza.

Endurecimiento de Metales

• Por Deformación: Aumenta la densidad de las dislocaciones, ya que se restringe el movimiento de estas (técnicas: laminado, forjado, extrusión, embutido, estirado, doblado).
• Por Disolución Sólida: Se logra al añadirle impurezas que distorsionan la estructura cristalina por tener un tamaño diferente al de los átomos originales, dificultando el movimiento de las dislocaciones.
• Por Tamaño de Grano: Reduciendo el tamaño de los granos del material, ya que las fronteras de los granos son barreras que dificultan el movimiento de las dislocaciones.

Acero vs. Fundición

• Acero: 0.06% < C < 2%. Fabricado por laminación, maleable, soldable, magnético, tenaz, oxidable.
• Fundición: 2% < C < 6.67%. Fabricado por moldeo/colada, no soldable, diamagnético, frágil, menos oxidable.

Perfiles Estructurales

IPN, IPE, HE, UPN, L, LD, T, Redondo Macizo, Cuadrado Macizo, Rectangular Macizo, Chapa, Perfil Hueco Redondo, Perfil Hueco Cuadrado, Perfil Hueco Rectangular.

Materiales Siderúrgicos

• Derivados del Fe son los de mayor uso en edificación.
• Se dividen en aceros y fundiciones.
• Ductilidad y resistencia variable.
• Oxidables y dilatables.
• Hay que protegerlos del fuego.
• De uso estructural y otros.

Acero

Tipos de Fabricación (Alto Horno)

1. Forja: Trabajo a base de golpes en frío o en caliente.
2. Laminación: Paso de la pieza a través de dos cilindros que aplican presión.
3. Trefilado: La pieza pasa por un troquel con la forma requerida.
4. Moldeo: Conformación en caliente del metal mediante moldes con la forma deseada.

Fabricación en Horno Eléctrico

Toleran mejor la utilización de chatarra, reducen emisiones de CO2, permiten mejor reciclaje.

Diagrama de Fases

• Líneas de Equilibrio (separan regiones de diferentes estados): Liquidus, Solidus, Solvus.
• Puntos Invariantes: Eutéctico, Eutectoide.

Aleaciones

Aceros con manganeso, carbono, níquel, cromo, molibdeno, vanadio, silicio y boro con el objetivo de mejorar determinadas propiedades.

Efectos Producidos por Aleaciones

1. Aumento de resistencia con menor fragilización.
2. Modificación de temperatura de transición entre formas alotrópicas del Fe.
3. El elemento puede aportar características propias. Por ejemplo, el Cr es resistente a la corrosión.

Tipos de Aleaciones

1. De Baja Aleación: Ningún elemento >= 5%. Microestructura similar a la de los aceros al carbono y adición de 3 a 4% de elementos de aleación.
2. De Alta Aleación: Al menos 1 elemento >= 5%. Microestructura propia. Acero inoxidable: en construcción con contenido de Cr >10.5%.

Acero Inoxidable

Formado por una aleación de Fe con un contenido de cromo mayor al 10.5% y de carbono menor al 1.2%, necesario para asegurar una capa protectora superficial autorregenerable que proporcione la resistencia a la corrosión. También emplea Níquel y Molibdeno.

Características Generales de la Fundición

1. Contenido en C más alto que los aceros.
2. Temperatura de fusión más baja que el acero.
3. Fácilmente moldeables.
4. Alta resistencia a compresión, moderada a tracción y baja a flexión.
5. Gran dureza y fragilidad.
6. Menor conductividad térmica y eléctrica que el acero.
7. Diamagnéticas.
8. Resistencia a la corrosión.
9. Mala soldabilidad.
10. Absorben vibraciones.

Electronegatividad y Corrosión

Capacidad de un átomo para atraer a los electrones cuando forma un enlace químico con una molécula. Cuando se colocan dos metales en contacto con electronegatividades muy diferentes y en un ambiente húmedo, se produce la corrosión húmeda por par galvánico. El metal menos electronegativo actúa como ánodo cediendo electrones y el más electronegativo como cátodo captando esos electrones.

Metalización

Proceso que consiste en añadir a un metal capas del mismo o distinto metal. La combinación suele tener propiedades físicas y químicas mejoradas, como una mayor resistencia a la corrosión (ej: galvanizado, zincado, cromado o niquelado).

Galvanizado

Consiste en introducir piezas de acero en un crisol de zinc fundido, a una temperatura aproximada de 450°C. El recubrimiento de zinc se une químicamente a la base de acero. Al retirar el acero del baño, se han formado varias capas superficiales de aleaciones zinc-acero que son más duras que la base de acero y tienen un contenido de zinc cada vez mayor a medida que se aproximan a la superficie de recubrimiento.

Zincado

Método de recubrimiento electrolítico que aporta una capa de zinc más fina que el galvanizado. Es un proceso que se lleva a cabo en frío. Es menos costoso que el galvanizado. Se usa cuando se quiere una resistencia menor a la corrosión y una fortaleza mecánica menor, y unas mayores cualidades estéticas: aplicaciones de interior.