“100 TERMINOS TECNICOS DE INGENIERIA CIVIL” 1. ALIGERADO: Es el techo de una construcción que, su propio nombre lo dice, esta aligerada con ladrillo hueco, tecnopor o fibra de vidrio. 2. ALFEIZER: Es la altura de muros base de ventana o tragaluz; es decir, la distancia que hay entre el suelo y el borde del vano. 3. ADITIVOS: Sustancias químicas usadas para mejorar las características del concreto, se utilizan al momento de hacer la mezcla y se dividen en:
Acelerantes. Fraguado rápido, resistencia rápida.
Retardantes. Fraguado lento.
Resistencia. Alta resistencia a sulfatos.
4. ADOBE: Arcilla aluvial de textura gruesa que se encuentra en las regiones áridas de América, es un material duro y cohesivo lo que permite trabajar como elemento constructivo, pierde sus propiedades al saturarse de agua por lo que es poco recomendable para cimentaciones. 5. AGREGADOS: Son las arenas, gravas naturales y piedra triturada utilizadas paraformar la mezcla que da origen al concreto, los agregados constituyen cerca del 75% de estamezcla. 6. ANCLAJE: Efecto de anclar taludes, se hace un barreno en el talud, en éste se introduce varilla de acero y se cuela concreto en el interior, sirve para que el talud se autosoporte evitando así el desprendimiento del mismo. 7. ANDAMIOS: Elementos de acero que se utilizan para que los trabajadores alcancenniveles elevados en una construcción, como techos, paredes altas, se usan también comocimbra para losas, estos se dividen en: Móviles.Apoyados en ruedas para tener movimientoestáticos. Apoyados en placas de acero. 8. APLANADO: Efecto de dar la terminación deseada a algún muro o techo, se hacecomúnmente con mortero. 9. ARCO: Es una viga curva cuyo radio de curvatura es muy grande con relación al ancho de lasección. 10. A MEDIA MADERA: Junta entre dos piezas con la unión en forma de dos escalones iguales e invertidos uno con respecto al otro. Al estar cada pieza rebajada la mitad de su espesor, el ensamblado se mantiene del mismo grueso. 11. ARENA: Conjunto de partículas de roca de0.05 a 2 mm., es parte de los agregados usados para la mezcla de concreto y constituyen un buen material para la cimentación siempre que no tengan agua dentro de su estructura. 12. ARMADO: Es el acomodo de varilla en una construcción de manera que funcione como un sistema junto con el concreto que se colocará posteriormente. 13. ARMADURA:Sistema coplanar de elementos estructurales unidos entre sí en sus extremos para formar un entramado estable, comúnmente forman elementos triangulares de manera que todo el sistema sea estable.
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14. ASFALTO: Residuo color negro del petróleo, también conocido como ―chapopote‖, estácompuesto de hidrocarburos, se utiliza comúnmente para la construcción de caminos. 15. ATIESADOR: Elemento estructural de acero usado para dar estabilidad a la seccióntransversal de una viga. 16. BARRENO: Excavación cilíndrica que se hace en el terreno para hacer estudios de lacomposición del suelo o introducir explosivos y de ésta manera obtener material producto de laexplosión. 17. BITÁCORA DE OBRA: Libreta oficial y de carácter legal que sirve como instrumento decomunicación entre la Dependencia, el Contratista y el Supervisor, en la cual se asientan loshechos y asuntos sobresalientes que de alguna manera afecten al proyecto o a la mismaejecución de la obra. 18. BRUÑA: Es una ranura que se hace en pisos o tarrajeos donde se colocan las juntas. 19. BADILEJO: Es una herramienta de albañilería que se usa para mezclar cantidades menores deconcreto o echar mortero a una pared de ladrillo. 20. CADENA: Elemento estructural formado por concreto armado que se coloca horizontal para delimitar la construcción de un muro y el superior siguiente sobre éste, se utiliza una por nivel. 21. ÁBACO: En construcción, parte superior que corona el capitel de una columna o pilar,sobresaliendo respecto de ella. 22. CARGAS: Son fuerzas externas que actúan sobre una estructura, cargas sísmicas, cargas por nieve, cargas por viento, etc. 23. CASCAJO: Es el material sobrante de la obra y que no tiene otro uso posible dentro de la misma. 24. CASCARÓN ESTRUCTURAL (Cúpula): Es una estructura con superficie curva, una especie de media esfera; es capaz de transmitir cargas en más de dos direcciones, puede ser de tipo domo, bóveda, paraboloide hiperbólico, etc. 25. CASTILLO: Elemento estructural vertical hecho de concreto armado que se usa para dar estabilidad al muro, se coloca cada 4 metros como máximo uniendo los tabiques y formando un sistema de capas para resistir fuerzas laterales. 26. CIELO RASO: Es la acción de cubrir l parte interna de un techo con un mortero de cemento, agua y arena. 27. CONTRA FLECHA: Es la distancia vertical que se le da un viga o techo largo a partir de la horizontal; es decir, que cuando la viga o techo es largo tiende a formar una curvatura hacia abajo. Para evitar esto, se arquea la viga de manera superior a la horizontal para que cuando caiga está este de manera horizontal. 28. CURADO: Es una de las etapas de la fabricación del concreto que consiste en proteger unconcreto nuevo con agua u otros elementos como lo son los aditivos para que en el fraguadoeste no pierda humedad y así alcanzar su máxima resistencia.
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29. CANGREJERA: Son los espacios que se forman entre el encofrado y el concreto, que se puede dar por una mala vibración. 30. CEPA: Excavación lineal hecha en obra que sirve para colocar la cimentación, el largo y anchodepende de la cimentación que se va a utilizar. 31. CIMBRA: Es un elemento estructural temporal, formado comúnmente de madera o acero,sirve para retener el concreto hasta que haya fraguado o adquirido una resistencia talque pueda auto soportarse, funciona como molde para cualquier tipo de elemento, ya seatrabe, columna, losa, etc. 32. CIMENTACIÓN: Parte fundamental de una edificación, es la base de apoyo de cualquier construcción, es un sistema formado por el suelo y los elementos de soporte, existen dos tipos de cimentación, superficial y profunda y para cada una se usan diferentes elementos de soporte: Superficial (0± 5m): Se usan zapatas aisladas o corridas. Profunda (5 ± ―X‖m): Se usan pilotes. 33. COLADO: Conjunto de operaciones que se realizan con el objeto de colocar o vaciar en moldes (cimbra) concreto en estado plástico. 34. COLUMNA: Elemento estructural vertical, usado para soportar losas y elementos elevados, comúnmente construido en sitio con concreto, se usan también elementos de acero como columnas y son parte fundamental para la construcción de edificios. 35. COMPACTACIÓN: Proceso mediante el cual se juntan partículas de suelo lo más posible, expulsando el aire que queda entre éstas, y reduciendo la separación entre partículas al mínimo. 36. CONCRETO: Elemento deformable, formado por cemento, grava, arena y agua, en estado plástico toma la forma del recipiente, ocurre una reacción química entre el cemento y el agua, esto hace que la mezcla fragüe y se convierte en un elemento rígido, se usa como material de construcción y soporta grandes cargas de compresión. Comúnmente se usa concreto con acero de refuerzo en el interior del elemento para darle resistencia a la tensión y esto recibe el nombre de concreto reforzado. 37. CONSOLIDACIÓN: Proceso mediante el cual se expulsa el exceso de agua entre partículas de suelo y esto permite reducir el espacio entre éstas obteniendo así un suelo mejor conformado. 38. CORTE: Acción de cortar parte del terreno con maquinaria pesada, comúnmente se usa para nivelar el terreno y así tener una superficie adecuada para construir. 39. CORTINA: Elemento estructural de una presa, se diseña para soportar grandes volúmenes de agua, así poder controlarla y usarla para otros fines como riego, generación de energía eléctrica, etc. Las cortinas se construyen de diferentes materiales tales como. 40. ENROCAMIENTO: Formada por rocas de diferentes tamaños y con una placa deconcreto. 41. DADO: Elemento estructural que se encuentra entre la cimentación y el cuerpo de unacolumna, es la unión entre estos elementos y está formado por concreto reforzado.
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42. DALA: Elemento estructural que se encuentra entre la cimentación y el muro, está a todo lolargo de estos elementos y sirve de unión para los mismos. 43. DEMOLICIÓN: Acción de demoler una estructura o parte de la misma, se pueden usar herramientas, maquinaria o explosivos dependiendo de las dimensiones de la misma. 44. DESMONTE: Acción subsiguiente al despalme en donde se nivela el terreno para asícomenzar con la construcción, se usa maquinaria para hacer cortes de terreno y así alcanzar elnivel deseado. 45. DESPALME: Quitar elementos orgánicos de la capa superficial del suelo, se usacomúnmente maquinaria o herramientas para quitar árboles, hierbas, etc., de algún terrenodonde posteriormente se desee construir. 46. DRAGADO: Excavación que se realiza debajo del agua, ya sea en ríos, lagos u océanoy se usa una máquina llamada draga que extrae grandes volúmenes de material. 47. ENLADRILLADO: Colocación de ladrillos uno sobre otro para formar un muro. 48. ESCARIFICADO: Es el movimiento de todo el material entre la superficie original y la partesuperior del suelo que esté formada por un material aceptable para construcción. 49. ESLINGA: Es un tramo de un material flexible y resistente, ya sea textil, fabricada a partir defibras químicas o de cables de acero.Se usa con sus extremos en forma de ojales, lo que permite elevar y manejar la carga en diferentes posiciones, con ayuda de una grúa o polipastoasí como se usa con accesorios de trincaje, permitiendo así la sujeción de cargas. 50. EMPLANTILLADO: Es la acción de poner puntos base en un piso o una pared, ya sea concordel o plomada, para echar el mortero de acabado. 51. ESCARCHADO: Es una pared que se encuentra cubierta por un mortero grueso, pero este nodebe de estar ni frotachado ni planchado. 52. ESFUERZO CORTANTE: Es una fuerza externa que es aplicada en forma vertical a lasección que se esté tratando, puede ser una viga, columna, o cualquier elemento estructural, elesfuerzo aplicado intenta cortar el elemento en la zona donde se está aplicando. 53. ESTRIBO: Elemento estructural formado por varilla o alambre, que sirven para unir el armadode varillas dentro de una estructura, su función es confinar el concreto que se cuele en elinterior de éste elemento y así evitar la expansión del mismo evitando una falla estructural. 54. FALSO PLAFÓN: Elemento de apariencia para techos, comúnmente usado en oficinas yedificaciones grandes y sirve para cubrir instalaciones. 55. FIELTRO: Lámina de consistencia impermeable generalmente bituminosa que se emplea enconstrucción para proteger estructuras de la humedad.
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56. FROTACHADO: Es un acabado de concreto, donde es planchado con una paleta de madera. 57. FIRME DE CONCRETO: Placa o capa de concreto formada para tener una base o un soporteen la planta baja de cualquier edificación, comúnmente es en donde posteriormente secolocará el piso (loseta, alfombra, etc.). 58. GRAVA: Está formada por fragmentos de roca no consolidada de 2 a 6 mm.De dimensión, comúnmente está compuesta de roca sana y dura, por esto es un buen material paraconstrucción, este tipo de grava llega a soportar una carga de 210Ton/ft.Este materialestá incluido en la mezcla que forma el concreto. 59. GROUT: Este es un mortero cementicio o epoxico de muy alta resistencia que se coloca en losespacios entre el concreto y la placa metálica. 60. HERRERÍA: Concepto en el que están involucrados los trabajos de herrería en unaconstrucción. 61. IMPERMEABILIZACIÓN: Método usado para evitar la entrada de agua a unaestructura, se usa comúnmente en la cimentación y en el techo de alguna construcción,se usan materiales que forman una capa impermeable para proteger las características delmaterial. 62. INFORME DE OBRA: Documento periódico que elabora el Supervisor y que contiene lainformación que necesita la Dependencia para conocer el estado que guardan los trabajos, asícomo los problemas que se presentan o pueden presentarse en el desarrollo de la obra, preferentemente con sus respectivas alternativas de solución. 63. JUNTA: Es la unión de dos concretos, comúnmente entre uno fraguado y uno fresco, que tienediferentes usos entre los cuales está la junta de construcción o también llamado juntafría. Algunas juntas se realizan con tecnopor o con alambres de fierro. 64. LARGUEROS: Elementos estructurales que están apoyados en vigas o trabes, y sirven para soportar cargas de la losa, están colocados en forma horizontal, comúnmente sonelementos de acero, y sirven para rigidizar la estructura total en donde están apoyadas. 65. LIMO: Es un suelo de grano fino, tiene capacidad para absorber agua, pero si la cantidad deagua no es la adecuada, tiende a agrietarse, y no es capaz de soportar grandes cargas. 66. LODO: Mezcla formada comúnmente por arcilla o limo, en donde el nivel decontenido de humedad es muy elevado y no se puede usar como apoyo paracimentaciones. 67. LOSA: Elemento estructural formado comúnmente de concreto y varilla, están colocadasen forma horizontal en edificaciones, y forman el piso de niveles superiores, existenvarios tipos de losa:
Losa Acero:Formada por placas de acero, apoyadas en vigas, es usada comúnmenteen edificaciones.
Losa Maciza:Formada por una placa uniforme de concreto y varillas derefuerzo, de aproximadamente10-15 cm.de espesor es la más común en México.
Losa Reticular:Formada por vigas pequeñas, con huecos en la parte inferior para aligerar el peso de la misma.
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68. MAMPOSTERÍA: Construcción armada o combinación de piezas de mampostería punteadas con mortero u otro material cementante.Las piezas que la forman pueden ser tabiques, tabicón, etc. 69. MARCOS: Ensamble formado por dos columnas y una viga o trabe que sirve para soportar elementos sobre éste mismo, toda edificación está formada por varios marcos unidos yque funcionan como un sistema. 70. MORTERO: Mezcla plástica de materiales cementantes, agregados finos y agua, se usacomúnmente en la construcción de muros de mampostería. 71. MURO: Construcción vertical para encerrar espacio, retener tierra o almacenar materiales, comúnmente formados de mampostería o concreto reforzado, son elementosrígidos y deben soportar fuerzas laterales menores para garantizar su estabilidad, destinadosestructuralmente para soportar cargas verticales.Elementos estructurales, verticales, derelativamente pequeño espesor, de muy diversos materiales y clases que pueden o no formar parte de la estructura unitaria de la edificación, por lo cual se originan los nombres de muros decarga, divisorios y de relleno. 72. MURO DE CARGA: Muro que sirve como elemento estructural soportando cargas de otroselementos apoyados sobre éste, está formado por los mismos materiales que se usan en unmuro normal, la diferencia entre estos dos, es que el muro de carga debe estar apoyado enzapatas en la cimentación. 73. MURO FALSO:Paramento formado por un bastidor compuesto de varios materiales, que seinstala paralelamente a los muros y columnas en que se apoya, el bastidor se recubre conaplanados o con elementos prefabricados. 74. NERVADURAS: Se les llama así a las uniones que están constituidas en formaunitaria por losas y trabes. 75. PILAS: Son columnas subterráneas construidas en sitio, es decir, se necesita hacer unaexcavación de las dimensiones deseadas, y después colar concreto para formar la pila. 76. PILOTES: Son columnas esbeltas subterráneas, generalmente colocados en grupos,comúnmente usados en cimentaciones para grandes edificaciones, o edificios donde elsuelo no soporta grandes cargas y se necesite apoyar en roca a muchos metros bajo tierra, hay de dos tipos:
Pilotes de fricción:Elementos que soportan su carga por fricción con las paredes del suelo.
Pilotes de Punta:Elementos que soportan su carga en la punta apoyada enroca dura.
77. POLINES: Vigas de madera de dimensión estándar 4‖ x 4‖ deancho, usadas para cimbradoen construcción, y en algunos casos como elemento estructural cuando la madera es de buenacalidad. 78. POZO DE VISITA: Pozos construidos en obras de drenaje, sirven para permitir laentrada de personas al drenaje y así llevar un adecuado mantenimiento y monitoreo delmismo. 79. PRESAS: Obras de ingeniería, en donde se involucran todos los aspectos de ingenieríausados comúnmente, formadas para contener grandes volúmenes de agua y poder regularlao usarla como fuente de energía, hay varios tipos:
Presas de Control de Avenidas
Presas de Control de Azolve
Presas para suministro de agua potable
Presas de Generación de Energía
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80. PRUEBA PROCTOR: Prueba usada para conocer las características de compactación de unsuelo, se mide en porcentaje siendo100% el nivel de compactación más alto, y esdirectamente proporcional a la resistencia del suelo. 81. PUERTO: Área acuática encerrada parcialmente y protegida de esta forma de lastormentas y de las fuertes mareas para proporcionar alojamiento seguro y adecuado alos barcos que lo necesiten, hay puertos naturales y artificiales, y según su actividad seclasifican en: Comercial, Industrial y Militar. 82. RETICULARES (LOSAS): Las que se construyen con el empleo temporal o permanente de bloques, cajas, tabiques de diferentes materiales y dimensiones; dispuestosregular y separadamente, para permitir que laspartes que se cuelan y arman ―en el lugar‖ formen retículas. 83. ROMPEOLAS: Elementos artificiales construidos en sitio con Enrocamiento y quesirven para proteger la entrada de los puertos, estos evitan la entrada de mareas fuertes y evitanla acumulación de arena en la entrada del puerto. 84. SOLADO: Es un concreto de menor resistencia que se usa para nivelar las superficies donde va el concreto armado. 85. SARDINEL: Saliente de formas regulares y pequeñas dimensiones, que se construye enel piso, para evitar que se extienda el agua que cae en él. 86. SUELOS: Son sedimentos u otras acumulaciones de partículas sólidas no consolidadas producidas por la desintegración de rocas y mezcla de estas partículas con materialesorgánicos. 87. TABIQUE: Piezas de arcilla horneada de lados rectos y de tamaños entre, 0.04x0.08x0.16 ó0.07x0.14x0.28 m. 88. TRAGALUZ: Ventanas pequeñas y altas que se usan y construyen en los baños de unaedificación. 89. TABLAROCA: Muros ligeros hechos de aluminio y tablones de aglomerado, no sirven comomuros de carga, es decir no resisten cargas, sólo son como terminado aparente. 90. TALUDES: Superficies que tienen cierta inclinación formadas por suelos, rocas… cepas o bordos. 91. TENSIÓN: Es una fuerza que intenta estirar un componente, el acero es un material que resistegrandes fuerzas de este tipo, en cambio el concreto no resiste este tipo de fuerzas. 92. TERCERÍAS: Nombre aplicado al conjunto de tierras que no están compactadas. 93. TRABES O VIGAS: Elementos estructurales alargados horizontales, de diferentesmateriales y de relativamente pequeña sección transversal, generalmente rectangularescuya función principal es soportar las cubiertas de los entrepisos y techos, se apoyageneralmente en muros o columnas, existen de dos materiales principales, de acero y deconcreto reforzado. 94. TUBERÍA: Conjunto de tubos conectados entre sí que pueden ser usados para llevar ensu interior agua, gas, líneas eléctricas o líneas telefónicas dependiendo el uso predestinado quetengan.
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95. VANO: Es el espacio o superficie libre que se deja para la construcción de puertas, ventanas,tragaluz o mamparas. 96. VARILLA: Elementos de acero que se utilizan como refuerzo en la construcción de elementosde concreto tales como trabes, losas, columnas, zapatas, etc., las varillas resisten fuerzasde tensión, y es ésta característica la que les permite ser usadas para reforzar el concreto. 97. VENTANERIA: Conjunto de actividades relacionadas con la colocación de ventanas yelementos de vidrio en exteriores e interiores de una construcción. 98. VIGAS: Elemento estructural alargado que se coloca en forma horizontal, se apoya en trabes yla dimensión varía dependiendo de la separación entre las trabes de apoyo. 99. ZAPATAS: Elementos estructurales, comúnmente de concreto armado, de gran empleo enlas cimentaciones.Las zapatas son de dos tipos: aisladas y corridas; las primeras estáncompuestas por losas y dados separados.Las segundas están formadas por ³losas corridas´ a lolargo de los ejes y los dados se unen por medio de contra trabes. 100.
ZÓCALO:
Cubierta de madera u otros materiales (mayólicas, etc.) que sirven para proteger la pared a nivel de piso.
1. Materiales de Construcción: Tuberías. La tubería es un medio de transporte de agua de un determinado punto a otro. Los esfuerzos que debe resistir la tubería son producidos por la presión estática del agua, por fuerzas centrífugas causadas por los cambios en la dirección del flujo, cargas externas cambios de temperatura y cambios repentinos en velocidad (golpe de ariete).
2. Terminología del Asfalto. 1. Asfalto de petróleo: Es un asfalto obtenido de la destilación del crudo de petróleo. 2. Asfalto fillerizado: Asfalto que contiene materias minerales finamente molidas que pasan por el tamiz No.200. 3. Asfalto líquido: Material asfáltico cuya consistencia blanda o fluida hace que esté fuera del campo de aplicación del ensayo de penetración, cuyo límite máximo es 300. Generalmente, se obtienen fluidificando el betún asfáltico con disolventes de petróleo, al exponer estos productos a los agentes atmosféricos los disolventes se evaporan, dejando solamente el betún asfáltico en condiciones de cumplir su función. Entre los asfaltos líquidos se pueden describir los siguientes: a) Asfalto de curado Rápido (RC): Asfalto líquido compuesto de betún asfáltico y un disolvente tipo nafta o gasolina, muy volátil. (véase la tabla II.6) b) Asfalto de curado medio (MC):Asfalto líquido compuesto de betún asfáltico y un disolvente tipo querosene de volatilidad media. (véase la tabla II.7)
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c) Asfalto de curado lento (SC): Asfalto líquido compuesto de betún asfáltico y aceites relativamente poco volátiles. (véase la tabla II.8) d) Asfalto emulsificado: Emulsión de betún asfáltico en agua, que contiene pequeñas cantidades de agentes emulsificantes, es un sistema heterogéneo formado por dos fases normalmente inmiscibles (asfalto y agua), en el que el agua constituye la fase continua de la emulsión y la fase discontinua está formada por pequeños glóbulos de asfalto (véase la tabla II.9). Los asfaltos emulsificados pueden ser de dos tipos aniónico o catónico, según el tipo de agente emulsificante empleado. e) Emulsión asfáltica inversa: Es una emulsión asfáltica en la que la fase continua es asfalto, usualmente de tipo líquido, y la fase discontinua está constituida por diminutos glóbulos de agua en proporción relativamente pequeña. Este tipo de emulsión puede ser también aniónica o catónica. 4. Asfalto Natural (nativo): Asfalto que da en la Naturaleza y que se ha producido a partir del petróleo por un proceso natural de evaporación de las fracciones volátiles dejando las asfálticas. Los yacimientos más importantes se encuentran en los lagos de Trinidad y Bermúdez, por este motivo el asfalto procedente de estos lugares se denomina asfalto de lago. 5. Asfalto Oxidado o Soplado: Asfalto a través de cuya masa, a elevada temperatura, se ha hecho pasar aire para darle las características necesarias para ciertos usos especiales, como fabricación de materiales para techado, revestimiento de tubos, membranas envolventes, y otras aplicaciones hidráulicas. 6. Asfalto Sólido o Duro: Asfalto cuya penetración a temperatura ambiente es menor que 10. 7. Betún: Mezcla de hidrocarburos de origen natural o pirogénico o de ambos tipos, frecuentemente acompañados por sus derivados no metálicos que pueden ser gaseosos, líquidos, semisólidos o sólidos, son solubles en sulfuro de carbono. 8. Betún asfáltico: También llamado Cemento Asfáltico (CA), el cual es asfalto refinado para satisfacer las especificaciones establecidas para los materiales empleados en pavimentación. (véase la tabla II.5) Las penetraciones normales de estos betunes están comprendidos entre 40 y 300 (véase II.4.1.1). 9. Gilsonita: Tipo de asfalto natural duro y quebradizo que se presenta en grietas de rocas o filones de los que se extrae. 10. Material asfáltico para relleno de juntas: Producto asfáltico empleado para llenar grietas y juntas en pavimentos y otras estructuras. 11. Material asfáltico prefabricado para relleno de juntas: Tiras prefabricadas de asfalto mezclado con sustancias minerales muy finas, materiales fibrosos, corcho, etc., en dimensiones adecuadas para la construcción de juntas. 12. Pintura asfáltica: Producto asfáltico líquido que a veces contiene pequeñas cantidades de otros materiales, como negro de humo polvo de aluminio y pigmentos minerales.
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3. Construcción de Escaleras Se armara tanto el tablero de la escalera como el del descanso clavando tablas de madera de 1‖ sobre soleras de 2‖ x 3‖, los mismos que se encuentran apoyados sobre vigas de soporte de 2‖ x 4‖ previamente apuntalados. A continuación se clavarán los encofrados laterales de la escalera y el descanso. Se colocarán tableros de contrahuella según las dimensiones de los peldaños, que servirán para permitir un buen extendido de la superficie de la huella. (Ver Figura 41)
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Encofrado escalera
Doblado y montaje de armaduras: El doblado y cortado de las armaduras será realizado de acuerdo a las medidas de los planos estructurales. La armadura longitudinal será colocada sobre galletas. Los fierros de la armadura transversal serán sujetados a los fierros de la armadura longitudinal con la separación indicada en los planos estructurales. Todas las intersecciones de las armaduras deben ser amarradas con alambre. Colocado del hormigón: El hormigón será vaciado de acuerdo con las especificaciones de preparación y puesta en obra del hormigón. El vaciado será realizado empezando de la parte más baja hacia arriba para evitar que el material se disgregue. Desencofrado: El desencofrado de la escalera será realizado cuando el hormigón haya alcanzado la resistencia cilíndrica (28 días). Curado: El curado de las escaleras será realizado durante los primeros 7 días después del vaciado mediante un regado constante con agua.
4. Mampostería de ladrillo La mampostería de ladrillo se refiere a la construcción de muros o paramentos verticales compuestos por unidades de ladrillo ligadas mediante mortero. El objetivo es el de disponer paredes divisorias y muros portantes así como los cerramientos cuya ejecución se defina en los planos. Ladrillos: Son elementos paralelepípedos prefabricados que se emplean en la construcción de muros. La gama de fabricación y medidas varia de ladrillos macizos a ladrillos huecos, de estos últimos existen una variedad.
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Especificaciones técnicas.Muros: Los muros son construidos de ladrillo macizo o ladrillo hueco ligados mediante mortero. Cuando los ladrillos tengan una misión estructural deberán ser colocados con algún tipo de aparejo que garantice la trabazón entre las piezas de ladrillo. Los muros se pueden distinguir por su espesor y por la función que cumplen.
En una estructura que no cuenta con columnas, los muros cumplen una función estructural, de tal forma que estos reciben y transmiten las cargas de toda la estructura hacia los cimientos corridos. Muro Tabique: Tiene un espesor igual a 4 cm y es construido de ladrillo macizo ligados mediante yeso. Los tabiques no son aptos para soportar otras cargas más que su peso propio, generalmente se los usa como muros terminales en roperos empotrados. Muro Soguilla: Tiene un espesor igual a 10 cm el cual puede ser construido de ladrillo macizo o industrial de acuerdo a lo especificado anteriormente. El uso del ladrillo industrial H6, H8 disminuye el peso de la estructura y abarata costos. Muro Semicarga: Tiene un espesor igual a 18 cm, resultado de la combinación de muro soguilla y tabique. Son aptos para soportar cargas cuando son construidos de ladrillo gambote. Muro Carga: Tienen un espesor igual a 25 cm, se los usa como muros portantes ya que estos son construidos con ladrillo macizo o industrial de acuerdo a lo especificado anteriormente. Los diferentes tipos de muros se consiguen simplemente variando el aparejo de los ladrillos ya sean huecos o macizos. El aparejo es la disposición de los ladrillos en un muro para lograr una trabazón adecuada, este se relaciona con el espesor del muro y con la apariencia estética. Los objetivos del aparejo son: obtener la máxima resistencia, asegurar la estabilidad lateral y obtener un aspecto agradable a la vista. Los ladrillos deben aparejarse rompiendo junta, es decir de tal forma que las juntas verticales de dos hiladas consecutivas nunca coincidan en una misma vertical. Aparejo para muro tabique:
“Aparejo para muro tabique de ladrillo macizo”
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Aparejo para muro soguilla: En la construcción de muro soguilla solo se puede conseguir una cara vista con apariencia de obra fina por la irregularidad del ladrillo gambote, para esto se utilizará la mejor cara del ladrillo.
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Aparejo para muro Semicarga: En la construcción de muro Semicarga se podrá conseguir dos caras vistas si se construye con ladrillo gambote.
“Aparejo para muro Semicarga de ladrillo macizo” Las juntas verticales o transversales deberán atravesar el espesor total del muro a menos que se rematen con un ladrillo.
Aparejo para muro carga: Para la construcción de muro carga se puede disponer la ubicación de los ladrillos de distintas formas para obtener una o ambas caras vistas con apariencia de obra fina.
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“Aparejo para muro carga de ladrillo macizo con una cara vista”
“Aparejo para muro carga de ladrillo macizo con dos caras vistas”
En estructuras hasta de tres pisos la secuencia de muros en descenso de cargas es el siguiente:
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―Secuencia de muros en descenso de cargas” Previo a la ejecución, se verificará en planos la distribución de paredes, sus espesores, los vanos de puertas y ventanas, realizando el replanteo y ajuste en obra. Las ladrillos serán ligados con mortero de cemento de dosificación: 1 : 4 (cemento : arena) muros Portantes. 1 : 5 (cemento : arena) muros No Portantes. En ningún caso el espesor de las juntas debe ser mayor a 2.5 cm. Las juntas verticales o transversales deben atravesar el espesor total del muro a menos que se rematen con un ladrillo. Los ladrillos serán dispuestos siguiendo algún aparejo con el fin de garantizar la trabazón perfecta. Los ladrillos serán colocados perfectamente alineados y nivelados vertical y horizontalmente. Metodología Para la construcción de cualquier muro se debe seguir una misma metodología con la única variación del aparejo de ladrillos correspondiente a cada tipo de muro.Antes de comenzar a construir el muro se deben hacer remojar los ladrillos en agua para evitar que éstos absorban la humedad del mortero.Se ubicarán reglas metálicas en los extremos del muro apoyadas en los extremos del sobrecimiento, estas reglas serán colocadas en plomada y serán ajustadas con yeso para mantener la verticalidad de las mismas. Por medio del sistema de vasos comunicantes se nivelarán las 2 reglas a una altura arbitraria. A partir de esta nivelación se marcara con crayón las diferentes hiladas de ladrillo.
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“Construcción de muro soguilla” Se harán pasar hilos guía entre las reglas, los cuales servirán como eje para cada hilada de ladrillo. Estos ejes serán marcados en las reglas según el nivel que se quiera conseguir, es decir, tomando en cuenta el espesor del mortero más la altura del ladrillo hasta alcanzar la altura de la hilera correspondiente. (Ver figura 49.) Las hiladas de ladrillo deben ser colocadas perfectamente horizontales y deberán ir alternadas con respecto a las juntas verticales obteniendo así una traba perfecta. El excedente de mortero en las juntas deberá ser limpiado. Terminado el muro se procederá al curado durante 3 días, remojando la pared con agua limpia exenta de impurezas.
5. Vigas Encofrado: Colocar los fondos de la viga (tablas de 1 ‖ entre columna y columna), estos fondos deberán tener el ancho de la viga y estarán apoyados sobre puntales (bolillos)
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“Apuntalado del encofrado para vigas” Los puntales están formados por cabezales (listones de 2 ‖ x 2 ‖) sujetados a bolillos de eucalipto, que servirán de soporte a los fondos. Deberán estar colocados cada 80 cm en todo la longitud de las vigas y estarán apoyados sobre cuñas que servirán para nivelar el encofrado de la viga.Una vez colocados los fondos de las vigas, se procederá a colocar los encofrados laterales y a nivelar toda la estructura mediante el sistema de vasos comunicantes (manguera). Este sistema consiste en medir las alturas de todas las columnas y tomando como referencia la menor altura se marcarán todas al mismo nivel para que todas las vigas queden perfectamente niveladas y la losa esté completamente horizontal.
“Sistema de vasos comunicantes.”
Colocar chanfles en las esquinas del encofrado a lo largo de toda su longitud para evitar roturas al momento del desencofrado. Los encofrados laterales exteriores de las vigas de borde tendrán la altura de la viga y deben estar arriostrados con listones para evitar posibles desplazamientos al momento de vaciar el hormigón. (ver Figura 36) Los encofrados laterales interiores de las vigas tendrán la altura de la viga descontando el espesor de la losa. (ver Figura 37) Una vez que el encofrado esté terminado se debe aplicar aceite sucio en toda la superficie interior para impermeabilizarlo y para evitar la adherencia del hormigón, lo que además facilita el desencofrado.
Figura 36. Encofrado viga de borde
Figura 37. Encofrado viga central
Doblado y montaje de armaduras: El doblado y cortado de la armadura será realizado de acuerdo a las medidas de los planos estructurales. Por la dificultad que existe en el armado de fierros en las intersecciones de vigas dentro los encofrados, éste deberá ser realizado sobre caballetes de fierro de ½ ‖ a una altura de 1 m por encima del encofrado de la losa, los mismos que estarán ubicados por encima del eje de las vigas cada 3 m. (ver Figura 38) Una vez colocadas las galletas en los estribos en la parte inferior y los laterales, se procederá al retiro de los caballetes y al descenso de todas las armaduras de las vigas dentro de los encofrados, teniendo el cuidado de coincidir con sus respectivos ejes.
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Figura 38. Caballetes para el armado de vigas Colocado del hormigón: El hormigón será vaciado de acuerdo con las especificaciones de preparación y puesta en obra del hormigón. Cuando se tengan vigas en dos direcciones y la armadura en la intersección sea muy tupida se deberá retirar la armadura negativa de una dirección, para vaciar el hormigón de la columna hasta la mitad de la viga y luego volver a colocar la armadura y terminar de vaciar. Desencofrado: El desencofrado de los laterales de las vigas puede ser realizado a los 2 días después del vaciado y el desencofrado del resto de la estructura será realizado cuando el hormigón haya alcanzado la resistencia cilíndrica (28 días). Curado: El curado será realizado por lo menos durante los primeros de 7 días después del vaciado humedeciendo el hormigón hasta que haya alcanzado como mínimo el 70 % de su resistencia.
6. Ascensores de un Edificio. Los ascensores sirven para transportar personas en una cabina que se desplaza entre guías verticales o levemente inclinadas. En los sistemas modernos, la cabina va suspendida a unos cables que se enrollan en un cabestrante (grúa) accionado por un motor eléctrico. Las partes principales de que se compone un ascensor son las siguientes: “Ascensor panorámico”
La Caja del ascensor o recinto en la que se desplazan
la
cabina
y
su
contrapeso
generalmente está enteramente cerrado en todo su recorrido,
por muros de hormigón
armado.
Las guías consisten en barras o perfiles de acero y aseguran el desplazamiento vertical de la cabina y el contrapeso.
La cabina o vehículo que alberga las personas transportadas
por
el
ascensor
está
constituido por un bastidor metálico que lleva las correderas de guía y los dispositivos de seguridad.
El torno constituye el mecanismo de tracción de los cables de que va suspendido el ascensor. Este mecanismo se compone de un tambor con acanaladuras o estrías que guían el enrollamiento de los cables y va acoplado a un motor eléctrico provisto de un reductor de velocidad y de frenos electromagnéticos que permiten una parada precisa.
Los órganos de seguridad comprenden el bloque
automático
de
las
puertas,
los
paracaídas y los interruptores de fin de carrera que limitan el recorrido de la cabina. Además los ascensores deben ir provistos de un dispositivo de parada normal de fin de carrera.
Los aparatos de maniobra permiten que la cabina se desplace en sentido ascendente o descendente, la puesta en marcha del motor, regular la velocidad de régimen (1 m/seg) y la parada de la cabina.
De todas las partes anteriormente mencionadas solamente la caja de ascensor se refiere a ―Construcción de Edificios‖, la cual es construida por muros de corte de hormigón armado cuya metodología ha sido descrita en el tema: Hormigón Armado. A continuación se muestra un esquema de un ascensor panorámico.
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7. Verticalidad y Nivelación de un Edificio. Verticalidad.-La verticalidad se refiere al alineamiento que debe tener una estructura respecto a un eje vertical. Desde el momento en que se inicia la obra, se debe tener el especial cuidado de mantener la verticalidad de cada uno de los elementos que van a ser construidos. Son las columnas las que definen la verticalidad de toda la estructura, es por eso que éstas deben ser construidas perfectamente alineadas y coincidir con el eje de sus núcleos a lo largo de toda la extensión vertical del edificio. Cuando se tenga construido todo el esqueleto de la estructura, se procederá a verificar la verticalidad de la misma. En la construcción de los muros perimetrales de cada uno de los pisos, pueden existir pequeñas variaciones en el alineamiento vertical de estos. Estas variaciones deberán ser corregidas por la fachada exterior, obteniendo así un plano perfectamente vertical y alineado. Para éste fin se utilizaran las plomadas de obra (alambre embebido en cemento vaciado dentro una lata), las cuales serán colgadas sobre tablas de madera ubicadas sobre la base del techo o terraza. La distancia que debe haber entre el eje del alambre y el borde del techo o terraza del edificio será de por lo menos 30 cm. Colocadas las plomadas, se procederá a medir la distancia entre el eje del alambre y el borde de la losa en cada uno de los pisos, para tomar como referencia la menor. A partir de esta distancia se hará el levantamiento del muro colocando ladrillos maestros los cuales servirán de eje para el resto de los muros asegurando que la fachada quede perfectamente vertical. Posteriormente se procederá al revocado de los muros por medio de jaulas o andamios móviles que serán deslizados a través de tecles. Para el revocado de muros se seguirá el mismo procedimiento que se explicó en el tema Revoque Exterior. Las plomadas de obra, cumplen otra función, que es la de servir de alineamiento a los vanos para ventanas y puertas. Colocando plomadas en los extremos del vano, todos los elementos serán colocados en una misma línea vertical. 2. Nivelación.- Desde el trazado de la obra, es conveniente tener en cuenta a que altura va a quedar la Planta Baja de la construcción con relación al nivel del terreno y de la banqueta. Es necesario que éste quede más alto que el nivel del terreno para evitar que el agua de lluvia ingrese al interior de la obra o que se tenga humedad en los muros. Es por eso que la Planta Baja debe quedar a una altura ≥ 0.16 m por encima del terreno natural. Por ello es necesario fijar este nivel desde el principio de la obra. La forma de fijar este nivel es marcando una raya o eje de referencia sobre el muro de una de las construcciones vecinas o referido sobre un Benchmark (BM) vaciado en el terreno. Esta raya o eje de referencia debe ser marcado a una altura de 1 m por encima del nivel del piso interior que se desea tener. Desde esta marca se pasarán todos los niveles a la nueva construcción mediante el sistema de vasos comunicantes ― nivel de manguera ". Se marcará un eje de referencia a partir el (BM) o muro de referencia a una distancia de 0.16 m por encima del nivel del terreno, luego se deberá marcar un nuevo eje a 1 m. por encima del anterior eje del (BM) o muro. Esta última marca servirá de eje en todos los trabajos de construcción para determinar el nivel de piso terminado de la planta baja de una vivienda o edificio..
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22
8. Escorrentía, Erosión y Construcción. Con la llegada de la época húmeda la escorrentía aumentan en todo el país. Esta escorrentía puede causar la erosión del suelo y el transporte del sedimento. La tasa a la que la erosión ocurre depende de las características del suelo, de la vegetación y del tipo de precipitación que ocurra. Sin embargo, las actividades propias de la construcción pueden incrementar significativamente esas tasas al remover la cobertura vegetal, exponer el suelo, aumentar el volumen de escorrentía y concentrar los flujos. Si en la construcción no se controla la erosión y el transporte de sedimentos podría darse una pérdida importante de suelo orgánico, de materiales (e.g., arena) y ocurrir flujos con una alta concentración de sedimento. Si este flujo descarga en un curso de agua cabe la posibilidad de causar daños a la calidad de esa agua así como a la biota y hábitat del cuerpo receptor. Es por ello que el control efectivo de la erosión y los sedimentos es parte esencial de la concepción moderna de la construcción. Se busca con este control la conservación del suelo orgánico, la prevención de impactos negativos y el cumplimiento de las regulaciones ambientales.Una de las medidas esenciales para lograr un control efectivo es el manejo adecuado de la escorrentía. La aplicación oportuna de principios básicos puede reducir el volumen de agua que hay que manejar en la obra y el potencial de erosión del área. Esos principios básicos pueden resumirse de la siguiente manera: a) Desviar el agua limpia alrededor del sitio de construcción: la aguas de áreas que drenan hacia la construcción deben ser desviadas alrededor del sitio de obra, de esta forma se minimiza la cantidad de agua a manejar.
b) El agua limpia debe mantenerse limpia: dentro del sitio de obra, la escorrentía de las áreas no perturbadas deben conducirse y descargase en los drenajes sin que se mezcle con la proveniente de las áreas perturbadas por la construcción. c) Usar el drenaje existente: las descargas de agua de las áreas no perturbadas pueden conducirse a los cursos de agua que no han sido alterados. Se debe tener cuidado de no sobrepasar la capacidad hidráulica del cauce receptor. d) Integrar nuevos drenajes dentro del diseño del proyecto: si es necesario construir nuevas estructuras para el manejo de la escorrentía, estas nuevas estructuras deben integrarse con el diseño final del sitio. e) Mantener las áreas de drenaje pequeñas: áreas pequeñas requieren obras y controles sencillos así como drenajes más pequeños. Al descargar las aguas con varios desfogues pequeños las medidas para el control de sedimentos se reducen y la magnitud de los efectos de una posible falla también se disminuye. f) Diseñar los canales de drenaje: los drenajes deben diseñarse para que tengan una profundidad, pendiente y sección transversal adecuada. La velocidad y volumen del flujo deben ser bajos para minimizar la capacidad de transporte.
9. Entortado Se procederá a cargar la malla, previamente preparando una cama de paja uniforme sobre toda la superficie de la misma para aplicarle encima la mezcla de yeso. Se deberá frotachar por la parte de abajo con la finalidad de eliminar las estalactitas que se forman por el yeso.
―Entranquillado y entortado para cielo falso” Nota.-Se debe tener especial cuidado antes de empezar los trabajos, en la colocación y ubicación de los ductos eléctricos. Estos deben estar bien asegurados para evitar que se muevan o sufran algún desplazamiento. Finalmente se debe colocar las tejas comenzando de la parte más baja hacia arriba hasta alcanzar la cumbrera y de derecha a izquierda. La tejas de la primera hilera inferior deben estar apoyadas sobre un listón de 1 ‖ colocado para efectos de nivelación. En esta fila, la teja deberá sobresalir del listón una distancia mayor o igual a 12 cm. (ver Figura 60). Las tejas deben ser colocadas con un traslape de 6 cm.
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24 “Colocación de tejas” Se deberán colocar abrazaderas sujetadas a los últimos listones de cada caída para asegurar canaletas de desagüe.
“Detalle de cubierta terminada”
10.
Los planos para la ejecución de un puente
Los planos necesarios para la ejecución de un puente en forma general y como una orientación son los siguientes:
Plano general en el que se presentan, la elevación, planta y sección transversal típica del conjunto de la obra. b)Plano de formas o encofrados de la superestructura (caso de hormigón armado o pretensado) mostrándose; vistas, detalles y cortes con todas sus dimensiones y acotados. c) Plano de armadura de la superestructura (caso de hormigón armado o pretensado) mostrando toda la enferradura con su planilla y posiciones de los fierros, o en caso de pretensado detalle de cables y anclajes. d) Plano de encofrado de la infraestructura con similares aclaraciones que para el inciso b. Si la infraestructura es en hormigón armado, se detallará también su plano de armadura con aclaraciones similares a las del inciso c. Plano de detalles en el que se muestran, postes, pasamanos, juntas de dilatación, aparatos de apoyo, drenajes, etc. Plano de obras adicionales, como ser defensivos, protección de terraplenes, prolongación de aleros, alcantarillas adicionales y en fin todo aquello que vaya vinculado con la seguridad del puente.
TABLA1.2 TIPO DE LUCES SEGÚN EL RANGO DE ESTRUCTURA TIPO DE ESTRUCTURA
MATERIAL
RANGO DE LUCES(M)
PUENTE
MAXIMA LUZ CONSTRUIDA
Gateway Great Belt(*)
260m 325m
LOZAS
C. Armado C. Presforzado
0 10
12 40
VIGAS
C. Armado C. Presforzado
12 25
25 235
30
300
Río Niteroi
300m
Concreto
80
390
Acero Acero ret.
130 240
400 520
Glandesville Yugoslavia Fremont Virginia
300m 390m 382m 518m
Acero
100
600
Quebec
549m
Concreto
50
500
Dome Point SunShimi Skyw Fernandez Casado
396m 366m
Acero ARCO
RETICULADO
Acero 100
1000
Hibrido
Yokojama Normandia (**) Annacis
440m
460m 856m 465m
COLGANTE
Acero
300
2000
Humber Akashi Kaikyo(**)
1410m 1990m
25
11.
Materiales utilizados en Entibados.
Paralamayoríadelos casostenemoslamadera(ocho,pino u otrotipo demaderadeconstrucción).En casos demayor responsabilidadygrandesempujessecombinaeluso de perfilesdehierroconmadera, o solamenteperfiles,y muyeventualmenteel concretoarmado.
a) Madera Sonpiezasdedimensionesconocidasde1‖*6‖;1‖*8‖;1‖*10‖,oensucasode2‖* 6‖;2‖ *8‖;2‖*10‖yparalistonesde2‖*4‖;3‖*4‖. Laspiezaspuedentenerlos bordespreparadospara ensamblehembraymacho.Se comopuntales,rollizosdeeucaliptoendiámetrosmínimosde4‖y6‖.
usantambién
b) Acero
SonpiezasdeacerolaminadoenperfilestipoIoHoperfilescompuestosdelosanteriores, soldados(ejemplodobleTT) oenperfilesdesecciónespecial,loquesedenominóEstaca– Planchametálica(tablestaca)enesteúltimocasopuedenserdeensamblenormalizado.Las dimensionessonsuministradascondimensionesnormalizadas,típicaspara cadafabricante (Metalflex,Armco,BethlemSteel,etc.). Los másutilizadossonlosperfilesT de6‖;8‖yel perfilHde6‖*6‖.Seutilizantambiéntablestacasdepalanca,ytuboshuecosenmontaje telescópico,quepuedensertrabadosporroscao presióndeaceite.
c) Concretoarmado
Seutilizanenpiezasprefabricadasdediversas secciones.
12.
Tuberías de Policloruro de Vinilo (PVC).
Este tipo de tuberias, en función al gran desarrollo tecnológico de la industria de plásticos y la facilidad de manipulación de todos los productos fabricados con éste material, hacen que en la actualidad tengan gran aceptación para redes de alcantarillado, solamente en diámetros pequefios de.6‖ y 8‖ ya que para diámetros mayores el costo es muy alto, produciéndose por lo tanto, deferencias económicas muy significativas. Los tubos de PVC se fabrican por extrusión. El PVC puro se suministra a las industrias transformadoras en forma de un polvo blanco. 1) Características de tubos de PVC Las características de estas tuberías, similares a las restantes de material plástico, pueden resumirse en los siguientes puntos: - Son ligeras - Inertes a las aguas agresivas y a la corrosión de las tierras - No existe peligro de obstrucción en los tubos como resultado de la formación de residuos y óxidos. En consecuencia, podemos decir que la sección útil de los tubos permanece prácticamente invariable. - La superficie interior de los tubos puede considerarse como ―hidráulicamente lisa‖. - Los roedores y las termitas no atacan a los tubos de PVC rígido. - Excelente comportamiento a las sobrepresiones momentáneas, tales como el golpe de ariete. - Mejor comportamiento que los tubos tradicionales bajo los efectos de la helada.
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-
Inertes a los efectos de la corriente vagabundas y telúricas. No favorecen el desarrollo de algas ni hongos según ensayos de larga duración (5 afios)
2) Juntas en tuberías de PVC Existen dos tipos de juntas: - Junta soldada - Junta elástica - El tipo de junta recomendada para absorber efectos de dilatacion es naturalmente la junta elástica. La unión puede hacerse igualmente por encolado, aunque este sistema solo es conveniente para diámetros pequefios. Figura 6.4
27
“Manguito de unión con junta elástica”
13.
Tuberías de Fibrocemento.
Son elaborados a partir de una mezcla íntima y homogénea de fibras y cemento potland o portland puzolánico, exenta de materia orgánica, con o sin adición de sílice y agua. Su empleo en las redes de alcantarillado se justifica cuando se plantean exigencias de alta flexibilidad e impermeabilidad de juntas. Se producen hasta de 90 cm, con juntas de espiga y campana. Para las juntas se emplean anillos o piezas especiales de goma o en su caso, se coloca una cuerda alquitranada en 1/3 de la junta, mastic plástico en el otro tercio y en el tercio final se coloca un mortero de cemento en proporción 1 de cemento por 2 de arena Las tuberías de asbesto cemento son fabricadas en los tamaños y clases mostrados en la tabla 6.2. con juntas de espiga y campana, como indica la figura 6.3.
Figura 6.3. Juntas en tuberías de asbesto cemento.
Tabla 6.2 Cargas mínimas de aplastamiento para la tubería de asbesto cemento.
28
14.
Tubos no metálicos: Tubos Hormigón.
El uso de éste tipo de tuberías se remonta a la construcción de alcantarillas en Roma, 800 años a. de C., y en nuestro continente las primeras instaladas fueron EEUU, el año 1842. Los tubos pueden ser de hormigón simple o de hormigón armado. Los tubos de hormigón, se fabrican en moldes metálicos, empleando hormigones ricos en dosificación de cemento. Existen variados métodos para la fabricación de éstos tubos, por lo tanto a continuación se mencionarán los cinco sistemas más conocidos: vibrocompresión, giro-compresión, centrifugación, precompresión y vibración simple. Preferentemente se utilizan los dos primeros sistemas para la fabricación de tubos de pequeño diámetro en cambio para tubos de hormigón armado, los tres últimos sistemas. 1) Fabricación por vibrocompresión Este sistema de fabricación, es normalmente utilizado en pequeñas fábricas de tubos. La vibración se produce colocando y fijando los moldes, verticalmente sobre una mesa vibradora, que determina su compactación. El grado de compactación de la mezcla es bastante aceptable, sin embargo, el proceso de fabricación es lento. 2) Fabricación por giro-compresión El sistema más utilizado para la fabricación de grandes cantidades de tubos de hormigón. El método de fabricación por giro-compresión es un proceso combinado de moldeado, compactado y aislado. El grado de compactación del hormigón que se logra por este método es superior a la obtenida por vibro compresión, sin embargo, debido a que en este sistema se emplea una mezcla bastante seca, se debe cuidar la consistencia del cemento ya que es
un componente muy importante de la trabajabilidad. Esta, hay que medirla a través del Cono de Abrahams que permite determinar el revenimiento respectivo. 3) Fabricación por centrifugación Este proceso de fabricación se realiza en moldes cilíndricos horizontales, montados sobre ejes, los moldes reciben una determinada cantidad de hormigón, muy fluido, y que al girar el mismo durante un periodo de tres a cinco minutos, a gran velocidad (1200 r.p.m. para los pequeños diámetros. Las tuberías que se fabrican por este método pueden llevar armaduras de refuerzo en el caso de grandes diámetros, en cambio para abastecimientos de agua y para alcantarillado en pequeños diámetros no se requiere tales armaduras. 4) Juntas en tuberías de hormigón En la unión de tuberías de hormigón se distinguen dos tipos de acoplamiento que son los más usados: - Junta espiga – campana - Junta machihembrada En los dos tipos las juntas pueden ser rígidas o elásticas. En todo caso, es aconsejable la utilización de juntas elásticas por distintas razones de tipo técnico que deben ser especificadas con prioridad. 5) Ventajas del uso de tubos de concreto Las principales ventajas son: - Bajo coeficiente de rugosidad - Pueden ser fabricados para una amplia gama de resistencias, variando únicamente el espesor de las paredes. - Tienen la posibilidad de ser fabricados en el mismo lugar de las obras
15.
Tubos no metálicos: Tubos cerámicos.
Los tubos cerámicos son químicamente inertes, y a través de los años la arcilla natural ha sido convenientemente tratada para la fabricación de los mismos, lográndose una calidad apta, no solo para resistir los ataques químicos corrosivos de las aguas domésticas e industriales sino también para los aspectos estructurales requeridos en su instalación, además, poseen una buena resistencia a la abrasión. Las tuberías de arcilla son lisas, con bajo coeficiente de fricción, impermeables y poco atacables por ácidos; sin embargo las que más se deben controlar y comprobar debido a su fragilidad, permeabilidad por fisuras y por la dificultad de ejecución de sus juntas La tubería de arcilla, la cual es hecha en arcilla o esquisto que se ha molido, humedecido, moldeado, secado y quemado en un horno. El quemado produce fusión y vitrificación de la arcilla, haciéndola muy dura y densa y resistente al ataque químico y biológico. Anteriormente, la tubería de arcilla era barnizada, produciéndose una superficie similar al vidrio, pero dicho proceso ya no se suministra más debido a que contribuía a la contaminación del aire. Los accesorios están disponibles en las formas ilustradas en la Figura 6.1. Los yees y las tees deben ser usadas para unir alcantarillas domésticas a alcantarillas públicas y deben ser instaladas en la alcantarilla cuando ésta es construida, aun sí la propiedad vecina no esta desarrollada todavía. Los extremos abiertos de las conexiones no usadas pueden ser cerradas con tapones o mortero hasta que se necesiten. La tabla 6.1 detalla la resistencia mínima al aplasta en las tuberías de arcilla.
Tabla 6.1 Resistencia mínima al aplastamiento de tuberías de arcilla
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30
Figura 6.1. Secciones de accesorios de campana y espigo para tubería de arcilla vitrificada a) Yee, b) Yee doble, c) Tee, d) Reducción, e) Ampliación, f) Bifurcación, g) Codo 1/8, h) Silla para Yee, i) Silla para Tee, j) Codo de ¼ , k) Trampa transportadora
1) Principales características técnicas Las principales características más importantes de los tubos cerámicos son: - Resistencia al ataque de compuestos orgánicos como ser ácidos, sales y bases con excepción del ácido fluorhídrico y sus compuestos. - Resistencia a la agresión de compuestos orgánicos y agentes biológicos destructores. - Bajo coeficiente de dilatación térmica (K=5.10-6 m/°C). - Estanqueidad inferior a 0.03 en 15 minutos. - Buena resistencia mecánica
2) Juntas en tubos de arcilla En procura de que las mismas reúnan las condiciones esenciales, existen varios tipos de juntas: - juntas plásticas. - Juntas previamente preparadas y fijadas en la espiga y la campana que se sueldan por simple presión. - Juntas especiales.
TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES INTRODUCCION: El desarrollo del curso de “Tecnología de lo materiales”, está dirigido hacia tres objetivos simultáneos. 1.- Proporcionar los conocimientos técnicos referentes a la constitución física y propiedades mecánicas de cada uno de los elementos con los cuales se ejecutan las llamadas “OBRAS DE FÁBRICAS” y “OBRAS ESTRUCTURALES”. 2.- Iniciar el estudio de la tecnología de esos materiales y su aplicación a la ciencia y arte del Ingeniero y Arquitecto. 3.- Estudiar la terminología de los materiales, ó sea las expresiones empleadas en el lenguaje de la Ingeniería. PROGRAMA DE ESTUDIO DE CADA MATERIAL: a) Presentación del material: Definición.- Descripción.- Caracteres.- Clases.- Historia. b) Tecnología: Obtención.- Preparación.- Manufactura. c) Conocimientos Técnicos: Propiedades físicas y mecánicas.- Empleo en Ingeniería y Arquitectura.- Especificaciones. d) Economía: Datos del mercado Peruano.- Precios y Costos. OBSERVACIONES DE CARÁCTER GENERAL: 1.- Todas las temperaturas dadas en el curso, están expresadas en grados Centígrados (ºC). 2.- Los coeficientes de resistencia a los esfuerzos exteriores, comprenden siempre “a la rotura”, salvo indicación especial. 3.- El peso específico de los materiales, está dado deduciendo los poros físicos (La densidad de los cuerpos se expresan sin deducir los poros macroscópicos). 4.- Todas las medidas y dimensiones, se dan en el sistema métrico; solo se emplean las medidas inglesas cuando su uso es muy general en el pais, sobre todo en las operaciones mercantiles. 5.- En la denominación de las mallas o cedazos, para los ensayos granulométricos, se sigue la nomenclatura norteamericana, según la cual el número de la malla, es el correspondiente al de su número de agujeros ó vacios por pulgada cuadrada. EQUIVALENCIAS ENTRE LOS SISTEMAS INGLES Y METRICO QUE DEBEN SER MEMORIZADOS:
1” 1’ 1 lb 1 galón 2 1 lb/pulg 1.0 m.
= = = = = =
25.4 mm. 0.3048 m. 0.453 Kg. 3.8 lts. 2 0.07 Kg/cm 3.28’
MATERIALES DE CONSTRUCCION
Los Materiales de Construcción: Son los cuerpos que integran las obras de construcción, cualquiera que sea su naturaleza, composición y forma.
Comprenden un gran número y para su estudio hay que agruparlas, siguiendo diversos criterios, habiéndose propuesto varias clasificaciones.
31
CLASIFICACION DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION: 1.- SEGÚN LAS FUNCIONES QUE DESEMPEÑAN EN LAS OBRAS: Se pueden clasificar en: a) Principales ó resistentes: Las piedras, agregados, piedras, etc. b) Aglomerantes: La Cal, Cemento. c) Auxiliares: El vidrio, pintura, etc. 2.- SEGÚN EL ORDEN EN QUE INTERVIENEN EN LAS OBRAS:
Cimentación. Estructura. Cubiertas.
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Esta clasificación, como la anterior, tiene el inconveniente de la repetición, pues un mismo material interviene en una forma u otra.
3.- Lo que aceptamos, por creer la más pedagógica, es la genérica, que ordena los materiales según su origen ó clases a que pertenecen, pues permite estudiar sus propiedades y ensayos al mismo tiempo
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN 1.- NECESIDAD DE SU CONOCIMIENTO Es obvio que un adecuado conocimiento de las propiedades de los materiales a utilizar es de fundamental importancia en la construcción, mantenimiento o reparación de una obra de arquitectura o ingeniería. Pero no menos importante es este aspecto en la etapa de diseño y proyecto de la misma. El desconocimiento o conocimiento imperfecto de las posibilidades y limitaciones de los materiales a utilizar (es decir de sus propiedades) puede traducirse en una imposibilidad de ejecutar correctamente el diseño previsto y, por lo tanto, en el abandono parcial o total del proyecto. Por otra parte el desconocimiento o el conocimiento imperfecto de las propiedades de los materiales traen como consecuencia la limitación del proyectista para el desarrollo de su idea, dada su inseguridad sobre las posibilidades de realización de su concepción y la performance en servicio de la obra.
2.- CLASIFICACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Si consideramos la naturaleza de las magnitudes puestas en juego al momento de analizar las diferentes propiedades, podemos clasificarlas en físicas, químicas, mecánicas y tecnológicas, haciendo la salvedad que las propiedades a estudiar en esta cátedra, son las que interesan desde la perspectiva de la utilización de los materiales en arquitectura, ya que obviamente las propiedades de los materiales constituyen un número mayor, pero muchas de ellas carecen de importancia en el uso de los mismos en la construcción. Un resumen (al que podrían agregarse nuevas subdivisiones y casos particulares) es el que se indica a continuación: Propiedades físicas: o o o o o
Dimensiones, formas Densidad y/o peso específico Porosidad Permeabilidad Higroscopicidad
o o
Contenido de humedad Absorción
o o o o o o o o Propiedades
Propiedades térmicas Propiedades acústicas Propiedades ópticas Propiedades eléctricas Propiedades químicas: Composición química Resistencia a la corrosión y a la oxidación Estabilidad química mecánicas:
o o o o o o Propiedades
Resistencia a los esfuerzos Tenacidad y fragilidad Elasticidad y plasticidad Rigidez Dureza Isotropía tecnológicas:
o o o
33
Propiedades de separación Propiedades de agregación Propiedades de transformación
2.1.
Propiedades físicas
Pueden agruparse bajo esta denominación genérica aquellas propiedades cuya variación no va acompañada de una alteración del material, que se comporta generalmente en forma pasiva frente a la acción del medio que lo rodea. 2.1.1 Dimensiones y formas Con el término dimensiones nos referimos a las medidas que definen el tamaño de un cuerpo (por ejemplo: largo, ancho, espesor, etc.). En este aspecto suele tener importancia no sólo el valor mismo de estas dimensiones sino también la regularidad con que se presentan en un grupo de elementos supuestamente iguales.Por ejemplo, es importante especificar las dimensiones de una serie de piezas iguales a producir, pero también lo es la tolerancia que puede admitirse en las desviaciones con respecto a las dimensiones establecidas.La determinación de la forma implica la comprobación de que un cuerpo responde a un determinado modelo. Por ejemplo la planaridad de una superficie puede verse afectada por depresiones o protuberancias; la forma rectilínea, la perpendicularidad o el paralelismo pueden estar alterados por desviaciones, etc.
2.1.2 Densidad y/o peso específico A los fines prácticos de esta materia no haremos en adelante distinciones entre la masa (propiedad intrínseca de la materia, independiente del marco de referencia) y el peso de un cuerpo (fuerza correspondiente a la acción de un campo gravitatorio sobre la masa del mismo).Hecha esta salvedad, en lo sucesivo asumiremos como ―sinónimos‖ a los conceptos densidad y peso específico de un material.
Peso Específico
Peso del cuerpo Volúmen del cuerpo
Estrictamente densidad es el cociente entre masa y volumen del cuerpo. El peso específico se expresa en unidades de peso por unidad de volumen, por ejemplo: kg/m3, ton/m3, kg/dm3, kg/lt, g/cm3, etc. Para calcular la densidad de un material será necesario determinar sobre una porción del mismo el peso (con una balanza) y el volumen. Si el volumen responde a una forma geométrica conocida podemos medir sus dimensiones y calcular luego su volumen. Si, en cambio, la forma no es regular se determina su volumen mediante el desplazamiento de un líquido en aparatos llamados volumenómetroso mediante el principio de Arquímedes, pesando el cuerpo sumergido en agua u otro líquido. Es importante destacar que cuando el volumen es el de un material compacto, sin poros o vacíos (ej. aceros, vidrios, etc.) al mismo se lo llama volumen absoluto o real (Vabs), mientras que si se trata de un material poroso (ej. maderas, hormigones celulares, etc.) o materiales pulverulentos o disgregados ( ej. cementos, cales, arenas, piedra partida, etc.) se considera además del volumen absoluto, el volumen aparente o relativo (Vap) que es el que incluye a los poros o vacíos. Vabsoluto - V
aparente
-
Vvacios
De esta manera tenemos por consiguiente dos tipos de pesos específicos, el real o absoluto y el aparente o relativo.
Peso específicoabsoluto
Peso del cuerpo Volúmen en absoluto del cuerpo
Peso específicoaparente ap
Peso del cuerpo Volúmen aparente del cuerpo
Se reitera la utilidad del concepto de peso específico aparente el caso de los materiales porosos, pulverulentos o disgregados, ya que en caso de los materiales de estructura compacta ambos pesos específicos, el real y el aparente, son iguales. 2.1.3 Porosidad Es el cociente entre el volumen de poros de un sólido y su volumen aparente total. Los poros contenidos en un material son de dos clases: externos (en comunicación con el exterior) o internos (inaccesibles desde el exterior). En consecuencia pueden definirse dos tipos de porosidad: la aparente y la absoluta.
Porosidad
Volúmen de poros Volúmen en aparente
La porosidad se expresa generalmente en forma porcentual. 2.1.4 Contenido de humedad La cantidad de agua contenida en un cuerpo se expresa generalmente en forma porcentual con respecto a su peso seco:
Contenido de humedad (%)
Peso húmedo - Peso seco x100 Peso seco
34
En algunos casos se prefiere referir la cantidad de agua presente al volumen total del cuerpo (en vez de referirla al peso seco). El contenido de humedad influye considerablemente sobre las restantes propiedades del material (por ejemplo: en las maderas la resistencia mecánica disminuye a medida que aumenta el contenido de humedad). 2.1.5 Absorción Es la cantidad de agua que un material puede incorporar cuando se logra su saturación. Al igual que el contenido de humedad, se expresa en forma porcentual con respecto al peso seco:
Absorción (%)
Peso saturado - Peso seco x 100 Peso seco
2.1.6 Permeabilidad La permeabilidad indica la facilidad con que un material puede ser atravesado por los fluidos (líquidos y gases); siendo usual considerar, en el caso de materiales de construcción, la permeabilidad al agua y al vapor de agua. El paso del agua a través de un material puede producirse por capilaridad, por presión o por ambas causas combinadas. El concepto de permeabilidad no debe confundirse con el de porosidad, ya que un material puede ser muy poroso y no ser permeable, la condición para que un material poroso sea permeable es que los poros tengan comunicación entre sí. 2.1.7 Higroscopicidad Es la propiedad que tienen algunos materiales de absorber agua (generalmente en forma de vapor) del medio que los rodea y modificar su volumen. 2.1.8 Propiedades térmicas Dentro de estas propiedades estudiaremos solamente algunas que nos interesan desde la perspectiva de los materiales aplicados a la construcción, a saber:
Transmisión del calor Reflexión del calor Dilatación
2.1.9 Transmisión del calor El calor, que es una forma de energía, puede transmitirse por tres formas distintas: conducción,
convección o radiación. El fenómeno de transporte por conducción, es a nivel molecular, sin movimiento visible y se da exclusivamente en los sólidos. La cantidad de calor, que por ejemplo atraviesa un muro homogéneo durante un determinado tiempo, se expresa mediante la siguiente ecuación:
Q .
t . S . T e
Donde: Q : Cantidad de calor, expresado en kilocalorías (kcal) Ë : Coeficiente de conductibilidad térmica del material constitutivo del muro, expresado en Kcal/m.h.°C.
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Δt : Diferencia de temperatura entre ambas caras del muro, expresada en °C S : Superficie de la cara del muro, expresada en m2. T : Tiempo, expresado en horas. El coeficiente de conductibilidad térmica es un indicador de la capacidad de aislación térmica de los materiales. La convección se da en los fluidos (líquidos y gases) y es un fenómeno a nivel macroscópico caracterizado por el movimiento del fluido originado por las diferencias de densidades generadas por los cambios de temperatura, esto es lo que se denominan corrientes convectoras. Finalmente la transmisión por radiación se produce sin la intervención de medio material alguno y a través de ondas. 2.1.10 Reflexión del calor Los cuerpos pueden clasificarse según su permeabilidad al calor radiante, en atérmanos o sea impermeables en mayor o menor medida a las radiaciones caloríficas y en diatérmanos a los permeables al calor radiante. La energía absorbida se transforma en calor y aumenta la temperatura en los cuerpos atérmanos. El conocimiento del poder reflejante o de absorción del calor de los diversos materiales tiene gran importancia en la construcción, sobre todo de aquellos que constituyen la envolvente de un edificio (muros, cerramientos y techos) ya que influyen sobre las condiciones de habitabilidad higrotérmica del mismo. Finalmente es importante destacar que las condiciones de reflexión y absorción del calor de un material, se ven fuertemente influencias por las características superficiales del mismo (color, brillo, etc.)
2.1.11 Dilatabilidad La dilatabilidad térmicaes la propiedad de los materiales de modificar sus dimensiones con los cambios de temperatura a que se ve sometido, el indicador de esta propiedad es el coeficiente de dilatación de un material, el cual puede ser lineal, superficial o volumétrico, siendo el más usual el coeficiente de dilatación lineal, expresado en mm/mm.°C, o sea 1/°C. 2.1.12 Propiedades acústicas El sonido se origina por vibraciones que pueden propagarse en el aire o a través de los cuerpos. Al chocar contra un cuerpo puede ser reflejado, absorbido, o ambas cosas a la vez. La determinación del poder reflectante y la capacidad de disipación y transmisión sonora de los materiales se efectúan con el objeto de controlar y regular su intensidad en los ambientes. 2.1.13 Propiedades ópticas Mencionaremos aquí únicamente el comportamiento de los materiales en lo que respecta a la absorción de la luz (lo que define el color de los mismos) y a la transmisión de la luz (en materiales transparentes y traslúcidos). Este aspecto tiene una importancia predominantemente estética (y no técnica) en el diseño. 2.1.14 Propiedades eléctricas Mencionamos solamente la conductividad eléctrica (y por oposición la resistividad) como capacidad de los materiales de permitir el paso de la energía eléctrica a través de su masa, con lo cual se define a un determinado material como conductor o no de la energía eléctrica.
2.2.
Propiedades químicas
2.2.1 Composición química El conocimiento de la composición química de un determinado material tiene importancia ya que la presencia o ausencia de determinados compuestos, puede influir sobre sus propiedades o bien en su interrelación con otros materiales. Además de la composición cualitativa interesa en muchos casos conocer los porcentajes de cada elemento, ya que ello puede ser determinante para un uso específico. 2.2.2 Resistencia a la corrosión y a la oxidación
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Los materiales tienen la característica de deteriorarse por la acción del tiempo y de los agentes naturales o artificiales que los rodean. Esta acción hace que las propiedades originales del material vayan cambiando paulatinamente. Entre las causas de deterioro se destacan la oxidación y la corrosión. La oxidaciónes producida por la acción del oxígeno sobre los metales, fenómeno que se intensifica con la temperatura, o sea que la oxidación es un fenómeno químico. Se origina una película de óxido sobre la superficie del metal; si esta película es cerrada (no porosa) se transforma en una capa protectora que impide el avance de la oxidación: es lo que sucede con el aluminio. En cambio si la película de óxido es porosa, el oxígeno penetra carcomiendo los niveles interiores, como en el caso del hierro. La corrosiónse distingue de la oxidación por que el agente intensificador es la electrólisis (mecanismo que se desarrolla al entrar en acción el agua, generalmente proveniente de la humedad ambiente), con lo cual la corrosión es un fenómeno electroquímico. 2.2.3 Estabilidad química En general es una propiedad más importante que la anterior. Interesa la resistencia que opone un material al ataque de los agresivos químicos o de la acción ambiental, que pudieran alterar otras propiedades tales como la resistencia a los esfuerzos mecánicos, el pulimento, el color, etc. No siempre la inestabilidad química es distintiva de un proceso perjudicial, ya que precisamente la inestabilidad bajo ciertos estados es lo que caracteriza a determinados materiales de construcción como los aglomerantes. 2.3.
Propiedades mecánicas 2.3.1 Resistencia a los esfuerzos Se denomina resistencia mecánica de un material al mayor o menor grado de oposición que presenta a las fuerzas que tratan de deformarlo. Es importante destacar que cuando se habla de resistencia de un material es necesario indicar ante que esfuerzo se trata (tracción, compresión, corte, flexión, torsión). El grado de resistencia se define, para la mayoría de las solicitaciones, como el cociente entre el esfuerzo que se ejerce sobre el cuerpo y la sección (superficie) que soporta dicho esfuerzo. Las unidades, por lo tanto, son de fuerza por unidad de superficie. Por ejemplo: kg/cm2, ton/cm2, Pa (Pa = Pascal = Newton / m2), etc. 2.3.2 Tenacidad y fragilidad Se define como tenacidad a la medida de la energía requerida para hacer fallar un material. Difiere de la resistencia, que es la medida del esfuerzo requerido para alcanzar la rotura. Esta cantidad de energía está asociada con la deformación que sufre el material antes de romperse por lo que, a los fines prácticos, podemos decir que un material es tenaz cuando admite una gran deformación antes de la rotura. La capacidad de presentar gran deformación antes de la rotura suele expresarse usualmente además como ductilidad. Por el contrario, entendemos por fragilidad la propiedad de los materiales de romperse con una pequeña deformación (es decir cuando se requiere una menor cantidad de energía para alcanzar la rotura). 2.3.3 Elasticidad y plasticidad Los materiales sometidos a esfuerzos sufren deformaciones. Si al suprimirse el esfuerzo que produjo la deformación ésta desaparece, se dice que el material es elástico. Por lo tanto la elasticidad es la capacidad de un material de recuperar su forma inicial luego de sufrir una deformación. En rigor no existen materiales que sean perfectamente elásticos, ya que al recuperarse las deformaciones producidas queda una cierta parte llamada deformación permanente o residual. Sin embargo cuando estas deformaciones residuales son de magnitud suficientemente reducida el material es considerado elástico dentro de ciertos límites. La plasticidad es el concepto contrario al de elasticidad: un material es plástico cuando mantiene la deformación después de haber eliminado el esfuerzo que la produjo (sin que se note pérdida apreciable de cohesión en el material, es decir sin que sobrevenga la rotura). En función de los conceptos anteriores se habla de deformaciones elásticas y deformaciones plásticas. En general, en un proceso de carga continua de un material se presenta un período o zona de deformaciones elásticas seguido por un período plástico. 2.3.4 Rigidez La rigidez tiene que ver con la magnitud o importancia de la deformación que ocurre bajo la acción de los esfuerzos dentro del período de deformaciones elásticas. La rigidez se mide por el módulo de elasticidad; cuanto mayor es este coeficiente más rígido es el material (indica que se requiere un mayor esfuerzo para lograr una determinada deformación). No existe ninguna medida de la rigidez en el período plástico.
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2.3.5 Dureza Esta propiedad indica la resistencia a la penetración que tienen los materiales sólidos en su superficie. Existen diversos procedimientos de ensayo que permiten obtener un resultado expresado generalmente en función de una escala convencional (no se trata, por lo tanto de un valor absoluto como el de una resistencia a la tracción o a la compresión, sino de un valor relativo dentro de la escala adoptada). 2.3.6 Isotropía Esta propiedad, que en rigor no podemos considerarla sólo como una propiedad mecánica, indica que el material posee las mismas propiedades cualquiera sea la dirección en que se las considere, con lo cual se lo denomina isótropo. Por el contrario un material es anisótropo cuando sus propiedades varían conforme sea la dirección considerada, un ejemplo típico de material anisótropo lo constituye la madera. 2.4. Propiedades tecnológicas Estas propiedades, que no detallamos en particular por su gran número, son las que permiten a los materiales recibir las formas requeridas para su empleo, desde su elaboración hasta su posicionamiento definitivo en obra. En este procesamiento de los materiales entran en juego las propiedades de separación, agregación y transformación, asociadas a las respectivas operaciones. Operaciones de separación son aquellas destinadas a dar la forma y el tamaño requerido al material cortándolo, separándolo o dividiéndolo (por ejemplo: operaciones de corte, trituración, etc.). Las operaciones de agregación, por el contrario, están destinadas a la unión de materiales de la misma o distinta especie, por medios físicos, químicos o mecánicos (por ejemplo: los procesos de soldadura, pegado con adhesivos, etc.). Finalmente las operaciones de transformación consisten en modificar la forma del material sin agregados ni supresiones. Aquí entran en juego propiedades como la forjabilidad (facilidad con que puede conformarse un material mediante golpes), la maleabilidad (facilidad de reducir un material a láminas delgadas), la ductilidad (posibilidad de extender un material reduciéndolo a hilos), etc. Las propiedades tecnológicas se valoran generalmente con ensayos cualitativos, a diferencia de los ensayos mecánicos que son cuantitativos.
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LA NORMALIZACION INTRODUCCIÓN Los paises al incorporarse de manera definitiva al proceso de globalización de las economías que rigen al mundo actual, y las exigencias en materia de calidad y productividad se volvieron más importantes y apremiantes. Dentro de este contexto la importancia de la Implantación y Certificación de Sistemas de Calidad conforme a la Normativa ISO-9000, se debe principalmente al fuerte desarrollo de mercados compartidos, los cuales son tradicionalmente dominados por un reducido grupo de fabricantes y prestadores de servicios. Actualmente podemos percibir que existe una fuerte competencia en la cual los clientes y/o consumidores son los que definen que empresas son líderes y cuales se van del mercado, marcando la diferencia la Calidad de los productos y servicios. En 1987 la Organización Internacional de Normalización (ISO) publicó sus primeras cinco Normas Internacionales sobre Aseguramiento de la Calidad conocidas como las Normas de la serie ISO-9000. La serie ISO-9000 establece los elementos mínimos necesarios para establecer un Sistema de Aseguramiento de Calidad, la complejidad del Sistema depende de la selección de proveedores, el diseño, la fabricación, la instalación y hasta el servicio al cliente, bajo la filosofía de ISO9000 cada procedimiento de la empresa es el reflejo de un proceso de calidad. INTRODUCCIÓN A LA NORMALIZACIÓN Evolución Histórica de la Normalización La normalización, elemento intrínseco del trabajo en común y la organización colectiva es tan antigua como el hombre organizado. Los idiomas, las costumbres, la escritura, las monedas, las pesas y las medidas siempre han respondido a "normas". En el año de 1215 es firmada una carta Magna por el rey Juan de Inglaterra, en la cual normalizó las pesas y medidas para evitar las malas prácticas comerciales. En 1871 se establece el Sistema Métrico Decimal y con esto nace la Normalización y recibe un fuerte impulso como consecuencia de la revolución industrial. En 1886 las compañías de ferrocarriles de Norteamérica consiguieron normalizar los diferentes tipos de dimensiones de los carriles (ya que hasta entonces existían cincuenta y dos diferentes, lo cual implicaba un transbordo en cada cambio de ancho de vía). En 1890 Mr. Whitney de E.U.A., normalizó la fabricación de armas de fuego (fusiles), sin embargo el gran motor de la Normalización a nivel mundial fueron las dos grandes guerras, dadas las necesidades de estandarizar la fabricación de material bélico. El 14 de octubre de 1946 se promulgan las Normas Militares en Gran Bretaña. La utilización de vapor en 1950 como fuente de energía, trajo consigo un problema de seguridad (50,000 heridos y 2,000 pérdidas), derivado de esto se elaboraron especificaciones (Normas) para el diseño, construcción, ensayo e inspección de calderas. Todos estos elementos han cambiado y evolucionando con el tiempo, al igual que la normalización para mantenerse actualizada con el progreso tecnológico. Concepto y Definición de Normalización Siendo la Normalización un reflejo del avance industrial de un país, es imposible basarla en los principios rígidos establecidos superficialmente que le resten la flexibilidad necesaria para adaptarse a las condiciones de una determinada época, al avance tecnológico ó a la idiosincrasia de un país, así como a su propio desarrollo. La experiencia ha permitido establecer una serie de principios generales que aplicados con el rigor necesario no significan un obstáculo, sino una forma para garantizar el éxito de la aplicación en el contexto que se esté normalizando.
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Concepto Básico La Normalización es una disciplina que trata sobre el establecimiento, aplicación y adecuación de reglas destinadas a conseguir y mantener un orden dentro de un campo determinado con el fin de obtener beneficios para la sociedad, acordes con el desarrollo tecnológico, económico y social. Es una disciplina con base técnica y científica que permite formular reglas ó normas, cuyo ámbito no se limita únicamente al establecimiento de reglas, sino que comprende también su aplicación. El resultado de la Normalización surge de un balance técnico y socioeconómico propio de una etapa por lo cual no se considera estático. Definiciones Normalización El Organismo Internacional de Normalización, denominado "ISO", define a la normalización de la siguiente manera: La normalización es el proceso de formular y aplicar reglas con el propósito de realizar en orden una actividad específica para el beneficio y con la obtención de una economía de conjunto óptimo teniendo en cuenta las características funcionales y los requisitos de seguridad. Se basa en los resultados consolidados de la ciencia, la técnica y la experiencia. Determina no solamente la base para el presente sino también para el desarrollo futuro y debe mantener su paso acorde con el progreso. De acuerdo con la ISO la normalización es la actividad que tiene por objeto establecer, ante problemas reales o potenciales, disposiciones destinadas a usos comunes y repetidos, con el fin de obtener un nivel de ordenamiento óptimo en un contexto dado, que puede ser tecnológico, político o económico La normalización favorece el progreso técnico, el desarrollo económico y la mejora de la calidad de vida. .Se hace referencia, entonces, a una actividad que se plasma en un hecho práctico, que luego hay que concretar en un documento que se pone a disposición del público. La normalización implica la participación de personas que representan a distintas organizaciones de los tres sectores involucrados: productores, consumidores e intereses generales. Estos representantes aportan su experiencia y sus conocimientos para establecer soluciones a problemas reales o potenciales. ¿Cuales son sus beneficios? Los beneficios de la normalización son múltiples, y apuntan, básicamente, a crear criterios mínimos operativos para un producto, proceso o servicio. La normalización promueve la creación de un idioma técnico común a todas las organizaciones y es
una contribución importante para la libre circulación de los productos industriales. Además, tanto en el mercado local como a nivel global, fomenta la competitividad empresarial, principalmente en el ámbito de las nuevas tecnologías. La participación de los distintos sectores en las actividades de normalización contribuye con la industria, con las distintas actividades y, por ende, con nuestro país. La industria para desarrollarse y crecer, independientemente de lo económico-financiero, debe apoyarse en la normalización en todos sus ámbitos dado que cuando un determinado sector industrial no dispone de normas nacionales, dependerá de la tecnología de los países que sí las tienen, debiendo adecuarse a sus requerimientos técnico-comerciales. Es una herramienta de intercambio dado que permite: o El desarrollo de mercados en armonización con las reglas y prácticas tendientes a la reducción de las barreras técnicas al comercio. o La clarificación de las transacciones ayudando a la definición de necesidades, tendiendo a optimizar las relaciones entre clientes y fabricantes y a la elaboración de un
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referencial para la valorización de los productos y servicios y economizando en ensayos suplementarios. Es una herramienta para el desarrollo de la economía dado que permite: o La racionalización de la producción a través del dominio de las características técnicas de los productos, la satisfacción de los clientes, la validación de los métodos de producción y la obtención de ganancias en tornouna mayor productividad y la garantía de la seguridad de los operadores e instaladores o La transferencia de nuevas tecnologías dentro de los dominios esenciales para la empresa y la comunidad: nuevos materiales, sistemas de información, tecnología de vigilancia, electrónica, producción, etc. Con relación al usuario: o Le ayuda a elegir los productos más aptos de acuerdo al uso al que están destinados. o Contribuye a su protección. La normalización garantiza la concepción y fabricación de productos seguros. Con relación a la empresa y a los actores económicos: o La normalización permite innovar, anticipar y mejorar los productos. o Permite ser más competitivo contando con las mejores armas para conquistar los mercados, conociendo mejor tanto a los mercados como a sus tendencias. La normalización es también una herramienta para la política pública dado que constituye un complemento de la reglamentación y una referencia para la apertura y la transparencia de los mercados públicos.
¿Qué es un Consenso? El consenso es uno de los conceptos básicos de la normalización. Según la ISO, se define el consenso como "el acuerdo general al que se llega mediante un proceso en el que se han tenido en cuenta todos los sectores interesados, sin que haya habido una oposición firme y fundada, y en el que se hayan salvado posiciones eventualmente divergentes. No implica necesariamente unanimidad". ¿Qué es una Norma? La norma, que surge como resultado de la actividad de normalización, es un documento que establece las condiciones mínimas que debe reunir un producto o servicio para que sirva al uso al que está destinado. Por definición, según la norma IRAM 50-1:1992 basada en la Guía ISO/IEC 2:1991 una norma es:
"Un documento establecido por consenso y aprobado por un organismo reconocido que establece, para usos comunes y repetidos, reglas, criterios o características para las actividades o sus resultados, que procura la obtención de un nivel óptimo de ordenamiento en un contexto determinado". Las normas son un instrumento de transferencia de tecnología, aumentan la competitividad de las empresas y mejoran y clarifican el comercio internacional. Documento establecido por consenso y aprobado por un organismo reconocido, que proporciona para uso común y repetido, reglas directrices o características para ciertas actividades o sus resultados, con el fin de conseguir un grado óptimo en un contexto dado Niveles de Normas Dentro del contexto de la normalización podemos mencionar que existen diferentes niveles de normas de acuerdo a su alcance, las cuales se describen a continuación: Empresarial: Son normas editadas e implantadas en una compañía gubernamental o de iniciativaprivada,originadas y reconocidas por el cuerpo directivo, en las que se establece una serie de características o directrices particulares relacionadas con el giro o actividad de la
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misma, con el fin de hacer más efectiva su tarea a través del control y simplificación de actividades y procesos. Sectorial: Son normas editadas y reconocidas por un conjunto de empresas relacionado en algúncampo industrial determinado. El objeto primordial de estas normas es de evitar competencias desleales entre los fabricantes, y se formulan por un grupo representativo de estos aprovechando las experiencias comunes al sector industrial. Nacional: Las normas nacionales son promulgadas después de consultar a todos los intereses afectados en un país, esto es en los sectores productores, consumidores, centros de investigación, gobierno de interés general, a través de una organización Nacional de Normalización, que puede ser privada ó gubernamental. En algunas ocasiones los países desarrollados son los que emiten dichas normas y posteriormente los países en vías de desarrollo adoptan homologan y validan las mismas. En la actualidad, la responsabilidad de la Normalización en el Perú, se encuentra en el Instituto Nacional de Defensa de la Competencia y de la Protección de la Propiedad Intelectual (INDECOPI), creado por Ley Nº 25868, promulgada el 18/11/92. la dación de normas se encuentra dentro de las atribuciones de una de las secretarías de INDECOPI, denominada Comisión de Reglamentos Técnicos y Comerciales. El INDECOPI, como los organismos que lo antecedieron y la práctica internacional, efectúa la normalización por intermedio de comités técnicos tripartitos que congregan a especialistas de la producción, el consumo y la tecnología. Internacional: Es el nivel de Normalización que presenta el esquema de aplicación más amplia y cuyas normas son el resultado, en muchas ocasiones de arduas sesiones para conciliar los intereses de todos los países que intervienen en el proceso, actualmente el organismo que agrupa la gran mayoría de los países del orbe (82) es la ISO (International Standard Organization). Estas Normas facilitan el comercio Internacional a medida que dicha actividad adopta formas más complejas de realización, la importancia de las normas se acrecienta; hoy en día no podríamos pensar en un mercado común sin Normalizar los productos a intercambiar. Características de una Norma. Las características generales de una norma deben ser las siguientes: Debe ser un documento que contenga especificaciones técnicas, accesible al público, elaborada con el apoyo y consenso de los sectores clave que intervienen en esta actividad que son: fabricantes, consumidores, organismos de investigación científica y tecnológica y asociaciones profesionales. Las normas son documentos que contienen: - La denominación de la norma, su clave, y en su caso, la medición a las normas en que se basa. · - La identificación del producto, servicio, método, proceso, instalación. · - Las especificaciones y características que correspondan al producto, servicio, método, proceso, instalación o establecimiento que se establezcan en razón de su finalidad. Los métodos de prueba aplicables en relación con la norma y en su caso, los de muestreo. · Los datos y demás información que deban contener los productos o, en su defecto, sus envases o empaques, así como el tamaño y características de las diversas indicaciones. El grado de concordancia con normas y recomendaciones internacionales cuando existan. · La bibliografía que corresponda a la norma. · La mención de la(s) dependencia(s) que vigilara(n) el cumplimiento de las normas, cuando exista concurrencia de competencias. Las otras menciones que se consideren convenientes para la debida comprensión y alcance de la norma.
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Elementos que podemos normalizar: Es muy extenso el campo factible de normalizar ya que en toda actividad humana se requiere de alguno o varios elementos en los que interviene una metodología o un proceso además de una secuencia de pasos a seguir, sin embargo en la tabla siguiente se presenta una clasificación y ejemplificación de algunos elementos que se normalizan:
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¿Cómo se utiliza una Norma? La norma es un documento público y, por lo tanto, puede ser consultada, referenciada y usada por quienes lo deseen. Su aplicación es voluntaria pero, en algunos casos, las autoridades pueden dictar reglamentos obligatorios que hacen referencia a las normas. Las normas ayudan a mejorar la calidad, la seguridad y la competitividad industrial. ¿Cómo es el proceso de estudio de una norma? El estudio está a cargo de un Organismo de Estudio conformado por representantes del área específica con la premisa de nuclear a los diversos sectores involucrados. Se comienza evaluando los antecedentes, si existiesen, y se redacta un esquema denominado A, el cual se trata en las reuniones técnicas en las que se analiza y se le introducen modificaciones. Los textos corregidos dan origen a sucesivos esquemas: A.1, A.2, A.3, etc. Logrado el primer consenso, el último esquema pasa a denominarse esquema 1. Este documento se envía a Discusión Pública durante un período de 30 a 180 días; cumpliendo de esta forma con uno de los principios fundamentales de la tarea de normalización, es decir que su tarea resulte de unas democracias participativas en la que todas puedan emitir su opinión. La Discusión Pública es un período de difusión amplia en la que el esquema se envía a entidades y personas relacionadas con el tema, solicitándoles el envío de observaciones fundamentadas y por escrito, si las hubiese. Finalizado el plazo, se trata nuevamente el esquema en las reuniones del Organismo de Estudio, conjuntamente con las observaciones que hubiesen llegado. Dichas observaciones son analizadas, para lo cual se invita a participar a los que las formularon, y se decide acerca de ellas, si se aceptan o no. Una vez logrado el consenso final, se aprueba el documento como proyecto y se eleva al Comité General de Normas quien lo revisa desde el punto de vista formal y lo remite a la Dirección General del IRAM para que lo sancione como norma. Las normas están en constante revisión y este proceso se reinicia cada vez que se formulen observaciones a las normas, sólidamente fundamentadas o bien cuando la norma se torna obsoleta debido a los avances científico - tecnológicos en el tema.
RUTA DE DESTINO DE UNA NORMA
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¿Qué es ASTM Internacional? Creada en 1898, ASTM Internacional es una de las mayores organizaciones en el mundo que desarrollan normas voluntarias por consenso, que brinda un foro para el desarrollo y publicación de normas voluntarias aplicables a los materiales, productos, sistemas y servicios.
¿Qué es una norma ASTM? Como se usa en ASTM, una norma es un documento que ha sido desarrollado y establecido dentro de los principios de consenso de la organización, y que cumplen los requisitos de los procedimientos y regulaciones de ASTM. NORMAS INTERNACIONALES Y DE ALGUNOS PAISES. ACI.
"American Concrete Institute" (Instituto Americano del Concreto) Instituto Americano del Concreto. Organización internacional principal del concreto. AISC. "American Institute of Steel Construction" (Instituto Americano de la Construcción de Acero) Organización principal para las estructuras de acero, con normas, manuales y publicaciones especiales usados en todo el mundo, fundada en ANSI. "American NationalStandardsInstitute" (Instituto de Normas Nacionales de los Estados Unidos de Norteamérica) ASTM. "American SocietyforTesting and Materials" (Sociedad Americana de Ensayos y Materiales) Primera organización de normas técnicas AWS. "American WeldingSociety" (Sociedad Americana de la Soldadura) ISO. "International OrganizationforStandardization" (Organización Internacional para la Normalización, con sede en Ginebra, Suiza) ASCE. "American Society of Civil Engineers", Sociedad Americana de Ingenieros Civiles. DIN. Alemania(DeutschesInstituteFϋrNormung) ABNT. Brasil (Asociacion Brasilera de Normas Técnicas) ICONTEC. Colombia (Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación) AENOR. España (Asociación Española de Normalización y Certificación) BSI. Inglaterra (British Standards Institution) UNI. Italia(Ente Nazionale Italiano di Unificacione) JIS. Japón(Japanese Industrial Standard) AFNOR. Francia (AssociationFrancaise de Normalization) GOST. Rusia(Agencia Federal para la Regulación Técnica y la Metrología)
Las especificaciones técnicas son los documentos en los cuales se definen las normas, exigencias y procedimientos a ser empleados y aplicados en todos los trabajos de construcción de obras, elaboración de estudios, fabricación de equipos, etc. Especificaciones técnicas para obras de ingeniería. En el caso de la realización de estudios, o construcción de obras forman parte integral del proyecto y complementan lo indicado en los planos respectivos, y en el contrato. Son muy importantes para definir la calidad de los acabados. En general las Especificaciones Técnicas hacen referencia a:
Especificaciones nacionales oficiales de cada país; Reglamentos nacionales de construcciones de cada país; Manual de NormasASTM (American Society for Testing and Materials) Manual de Normas ACI (American Concrete Institute); y, Dependiendo del tipo de obra hacen referencia también a:
Manual de NormasAASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) Manual de NormasAISC (American Institute of Steel Construction) Standard Specifications for Construction of Roads and Bridges on Federal Highway Projects del Departamento de Transportes de los E.U.A. Manuales y normas propias de cada pais en particular (IRAM; DOCS, etc).
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MATERIALES PETREOS NATURALES DEFINICION: Son los materiales naturales, o estas adaptadas por el hombre, que sirven como base para elaborar elementos componentes de una obra civil o arquitectónica. Los materiales pétreos, son aquellos materiales inorgánicas, naturales o procesados por el hombre que derivan de la roca o poseen una calidad similar a la de esta, siendo usados casi exclusivamente en el sector de la construcción. Los pétreos corresponden a una de las formas de clasificación de los materiales en general. Estos pueden ser pétreos naturales extraídos directamente de la naturaleza o pétreos artificiales procesados e industrializados por el hombre. PIEDRAS DE CONSTRUCCION: GENERALIDADES. DEFINICION: Bajo el nombre de piedras de construcción se consideran todos los materiales de esta clase que se emplean tal como se encuentran en la naturaleza, es decir, sin otra manipulación que las operaciones relacionadas con su extracción, corte, y a veces pulido de su superficie. También se les define diciendo que son aquellas rocas que se emplean en trabajos de albañilería. CUALIDADES: Las que deben de poseer las piedras de construcción son: Durabilidad Aspecto ornamental Resistencia Baratura. Desde el punto de vista estructural, las mejores son las más duras, densas, compactas y de textura uniforme. Las cualidades de una piedra de construcción, pueden ser previstas, como primera información, examinando la textura de la fractura de un trozo recién desprendido. De acuerdo con este examen, las cualidades más importantes se dan a continuación: Estructura cristalina. Proporciona una fractura uniforme con superficies de rotura bien marcadas. Estructura granular. O granuda, da una fractura desigual con los elementos o puntas salientes. Estructura pizarrosa. Origina una fractura según planos paralelos a los de la laminación, muy uniforme, y cantos muy desiguales en las otras direcciones. Estructura dura y compacta. Da fractura denominada concoidal o concoidea que ofrece cavidades y convexidades de superficie muy uniforme parecidas al exterior e interior de conchas. Estructuras suaves y quebradizas. Proporciona una fractura de aspecto terroso y áspero. Una indicación de carácter general es aquella de que las piedras no deberán presentar ojos o venas que no estén fuertemente cementadas en la masa. CLASIFICACIONES: Las rocas se clasifican desde distintos puntos de vista, la más importantes son: Clasificación geológica: 1. Ígneas. (granito.) 2. Sedimentarias. (Areniscas, Calizas, Arcillas.). 3. Metamórficas. (Mármoles, Pizarras.).
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Clasificación por caracteres físicos: 1. Estratificadas. 2. No estratificadas. Clasificación química: 1. Silicosas. 2. Arcillosas. 3. Calcáreas.
(Mármoles, Calizas, Pizarras.). (Granitos.)
(Granitos, Areniscas.). (Arcillas, Pizarras.). (Calizas, Mármoles.).
ALGUNAS PROPIEDADES FISICAS DE LAS ROCAS: Exfoliación.- Es la facilidad con que un mineral se rompe en uno o mas planos definidos; o sea que su masa presenta menos cohesión en estas determinadas direcciones. Se le distingue con los siguientes calificativos: Perfecto. Distintivo. Imperfecto. Indistinto. Bueno. Fácil. Lustre.-Es el aspecto de la superficie del mineral al reflejo de la luz. Puede ser: Metálico. No metálico. Y entre estos últimos se tiene: Vítreo Sedoso. Resinoso. Adiamantino. Craso. Opaco. Perlino. Color.Caracteriza también las rocas y se les aprecia en su aspecto aparente; y también, como importante, en el que toma el mineral reducido a polvo. Densidad y Peso específico.Como se sabe, se les determina pesando las probetas de roca al aire y sumergidas en agua. Para pesar las probetas dentro de agua se les aplica exteriormente una ligera capa de cera o se les barniza con material aislante al agua. Las probetas generalmente son de forma cúbica. Se acepta como resultado el promedio de 10 ensayos. En la determinación del peso específico de las rocas se pueden emplear también volumenómetros, como el de Le Chatelier. En este caso, las rocas ensayadas se reducen a polvo fino. Dilatación.La dilatación de las rocas por el calor es muy pequeña. A continuación se dan algunos índices de dilatación lineal, aceptados generalmente y que corresponden a los incrementos de dilatación en mm., y por grado de elevación de temperatura. Granito. 0.002681 mm/grado Areniscas 0.003666 Mármoles y calcáreas 0.005362 Dureza.Es la resistencia que ofrece un mineral a ser rayado por otro. Como patrón se emplea la conocida escala de Mohs.
Resistencias Mecánicas.-
Las rocas están consideradas entre aquellos materiales que sometidos a esfuerzos de compresión se quiebran o resquebrajan, pero sin perder previamente y en forma ostensible su aspecto externo, es decir, que son agrios. Como se estudia en Resistencia de materiales, el ángulo de ruptura por compresión, es igual a 45º mas el ángulo de reposo del material; y este último es igual al coeficiente de fricción de la roca que se opone a la fractura. Así por ejemplo, el ángulo de reposo para los calcáreos es de 33º 30‘.
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A continuación se dan algunas resistencias a la rotura de algunas rocas típicas.
Arenisca, muy resistente. 1,500 a 2,000 Kg/cm2 Granito compacto, pulimentable 1,200 a 2,000 Sienita 800 a 2,000 Mármol 500 a 1,800 Caliza compacta 200 a 2,600 Granito corriente, no pulimentable 450 a 800 Caliza porosa 200 a 600 Arenisca, muy floja 200 a 600 En construcción, es usual considerar las cargas sobre la mejor albañilería a razón de 45 Kg/cm 2., y sobre albañilería ciclópeo, de 10 a 15 Kg/cm2.; siendo casi siempre, como se puede comprobar la resistencia de las piedras 10 veces mayor y aun mas tratándose de rocas compactas. Por esta circunstancia, se recomienda tener muy en cuenta la resistencia de los morteros que une las piedras. Cuando el mortero cede ante la presión, se tiende a producir un esfuerzo de tracción perpendicular a la dirección de la compresión. Intemperismo.- Bajo esta denominación se comprende la cualidad que deben poseer las piedras de construcción, expuestas a la intemperie, de resistir la acción del calor o frío, de las lluvias y heladas, y la acción química del aire, sobre todo el de las ciudades y centros industriales. En términos generales, se debe poder decir que la roca que se emplea en determinada construcción es externa, o que es capaz de soportar, sin desagregarse, centenares de años, para que se le considere apta para ser empleada en aquella industria. Es indudable que aquellas rocas que han sido desprendidas en las canteras con el empleo de explosivos suaves y que no han sido exageradamente martilladas en su labrado, tienen probabilidades de mayor duración. La mejor manera de predecir la durabilidad de una clase de roca es la observación de piedras similares empleadas en épocas anteriores, y de allí la importancia de desarrollar este hábito en los Ingenieros constructores. Para ensayar la piedra a la acción de las heladas, se prescribe sumergir probetas constituidas por pequeños cubos de piedra en agua pura por 24 horas, y después someterlas a temperaturas de 10 a 24º, durante 4 horas o mas; repitiéndose este ciclo 20 ó mas veces hasta que se produzca algún efecto sobre la muestra. Después de realizado el ensayo, se seca la probeta se constata la pérdida en peso que ha sufrido, y la alteración en su apariencia. Como una orientación diremos que se han comprobado las siguientes pérdidas en peso: Granitos y riolitas menos de 0.03 % Calizas 0.30 Areniscas 0.62 PIEDRAS GRANDES DE RIO Así se denominan los guijarros o piedras rodadas de dimensiones apreciables, de constitución silicosa, que se encuentran en los cauces de los ríos actuales o pretéritos. Son, pues, geológicamente hablando, material de acarreo o de tránsito.Se emplean en albañilería ciclópea, en cimentaciones y en rellenos de albañilería. También se le usa en la construcción de los denominadores muros de piedra secaópircas, que están formados por piedras simplemente apiladas o yuxtapuestas, sin mortero alguno. El principal uso de estas pircas o pilcas en el país, es en muros de sostenimiento provisionales para caminos y ferrocarriles; también se emplean en muros de defensa o encauces de los ríos, en javas de fibra vegetales o alambrados, y en cercos, en general. PIEDRAS GRANDES DE CERRO Es un sustituto del material anterior. Como su nombre lo indica, proviene de canteras. Se emplea en la misma forma que las piedras grandes de río. PIZARRAS Son rocas arcillosas que pueden obtenerse en hojas delgadas. Se presentan de color verde, gris o negro, así como en tonos intermedios. En otros países se usan muchísimos para coberturas, y en arquitectura funeraria; la que se emplea entre nosotros, sobre todo para esta última aplicación, es importada, pues aunque en nuestro país existen yacimientos de pizarras, hasta la fecha no se explotan para emplear la roca en construcción.
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LOS AGREGADOS INTRODUCCION: Los agregados, constituyen alrededor del 75 % en volumen, de una mezcla típica de concreto. El término agregados comprende las arenas, gravas naturales y la piedra triturada utilizada para preparar morteros de concreto. La limpieza, sanidad, resistencia, forma y tamaño de las partículas son importantes en cualquier tipo de agregado. CONCEPTO: Los agregados, son componentes derivados de la trituración natural ó artificial de diversas piedras, y pueden tener tamaños que van desde partículas casi invisibles hasta pedazos de piedras. Junto con el agua y el cemento, conforman el tipo de ingredientes necesarios para la fabricación del concreto. El agregado, es el material granular, generalmente inerte, resultante de la desintegración natural, desgaste ó trituración de rocas, de escorias siderúrgicas convenientemente preparadas para tal fin ó de otros materiales suficientemente duros, que permiten obtener partículas de forma y tamaños estables, destinadas a ser empleadas en hormigones. Bajo el nombre de Áridos, se comprenden a los materiales inertes que entran en la composición de morteros y concretos; pero que no experimentan cambios de estructura química ó mineralógica, al formar parte de aquellos compuestos. ARENAS: Se les llama arenas al conjunto de partículas o granos de rocas, reducidas por fenómenos mecánicos o químicos naturales acumulados por los ríos y corrientes acuíferas en estados – aluviales y médanos o que se forman in situ por descomposición; y al conjunto de piedras producidas por acción mecánica artificial. Las primeras son las arenas naturales y la segunda las arenas artificiales. CLASIFICACION QUIMICA: Según el predominio de la composición de los minerales, las arenas pueden ser: Silíceas, Silicosas o cuarzosa, graníticas. Calizas o calcáreas; y arcillosas. Las mejores arenas son las Silíceas por su pureza y estabilidad química; son aquellas en las que predomina el silicio. Las graníticas provienen de las rocas de esta especie y en general son buenas cuando presentan abundancia de cuarzo; son poco homogéneas y cuando son predominantes las micas, las arenas se llaman micáceas y son objetables, porque las laminillas siempre son blandas y desintegrables. Cuando en la descomposición de las arenas predominan el carbonato cálcico, entonces se les llama calizas o calcáreas. Estas arenas son buenas siempre que sean suficientemente duras. Las arenas arcillosas solo pueden usarse cuando la cantidad de arcilla es inferior al 6 % en peso. CLASIFICACIONES GRANULOMETRICAS: En Ingeniería no hay un criterio uniforme para la clasificación de las arenas desde el punto de vista del tamaño de los granos, y se prefiere usar normas propias de acuerdo con la aplicación o campo en que se va a emplearse la arena: construcción general, concreto de cemento Pórtland, Ingeniería sanitaria (filtros), Ingeniería del suelo, agrología, etc. La siguiente es la clasificación propuesta por la ―Comisión de Normalización‖ de la Sociedad de Ingenieros del Perú. Arena flor de roca 0,005 a 0,05 mm Arena fina 0,5 a 0,5 Arena media 0,5 a 2,00 Arena gruesa 2,0 a 5,05
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Todo material de dimensiones inferiores a 0,005 mm. Está constituido por sedimentos finos ferrosos, cienos y arcillas. En los análisis granulométricos de las arenas se dibujan curvas referidas a coordenadas rectangulares, en las cuales las abscisas representan los diámetros de las aberturas de las cribas y las ordenadas, los porcentajes en peso que pasan el diámetro correspondiente. En estos análisis se llama coeficiente de uniformidad, la relación del diámetro de las partículas que pasan por la ordenada 60 % al diámetro de las partículas que pasan por la ordenada 19 %. Según lo anterior se acepta lo siguiente: Arena gruesa 5,2 ó más de coeficiente de uniformidad Arena media 4,2 de coeficiente de uniformidad Arena fina 2,2 de coeficiente de uniformidad Para poder apreciar la resistencia de los aglomerantes y comparar los resultados tanto entre los distintos lugares del país, como entre países diferentes se emplea una calidad de arena modelo, que se llama arena normal. En el Perú se usa la arena normal Ottawa, obtenida en el estado de Illinois, EEUU, que es la recomendada por la American Society of Civil Engineers, y otras entidades técnicas. Esta arena es eminentemente cuarzosa de mina de granos redondeados y de tamaño uniforme pasa la criba Nº 20 y es retenida en la criba Nº 30, su porcentaje de vacíos es alrededor de 37 % y su peso es de 1670 Kg/cm3. su peso específico es de 2,4. Una de las clasificaciones mas usadas para el diámetro efectivo, es la debida a Hazen: Arena muy fina 0,10 mm.de diámetro efectivo Arena fina 0,20 mm.de diámetro efectivo Arena media 0,30 mm.de diámetro efectivo Arena gruesa 0,40 mm.de diámetro efectivo Arena muy gruesa 0,50 mm.de diámetro efectivo Grava menuda 0,80 mm.de diámetro efectivo PROPIEDADES FISICAS DE LAS ARENAS: a) Forma y tamaño. Para morteros y concretos de cemento Pórtland, el agregado fino debe consistir en una mezcla de granos duros, compactos y de diferentes tamaños. Si los granos fueran de las mismas dimensiones, aproximadamente, son preferibles los redondeados a los de forma alargada, porque aquellos a igualdad de tamaño producen mezclas mas compactas, conteniendo menos vacíos que los de forma alargada. La experiencia nos muestra que los morteros preparados con arenas finas son menos densos que aquellos hechos con arenas gruesas. La forma de los granos influye, pues, mucho en la resistencia de los morteros. Los granos de superficie áspera y que forman ángulos se adhieren mejor y dan mas resistencia que los de superficie lisa y formas redondeadas; pero los primeros necesitan mas agua que los segundos para la misma consistencia. Los granos en forma de agujas o lajas son objecionables. b) Pesos. El peso específico de la arena varia según su composición mineralógica entre 2,50 a 2,80 En la práctica se usan las siguientes cifras como pesos unitarios de las arenas: Arenas secas de 1400 a 1700 Kg/m3. Arenas húmedas de 1700 a 1900 Kg/m3.
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Estos pesos son para arenas compactas; pero la arena seca y suelta puede disminuir en peso hasta un 20 % para el mismo volumen. La arena mojada, suelta, pesa menos que seca. El porcentaje de absorción de la arena rara vez pasa de 3 %. c) Composición Química de las arenas: Es ventajosa la presencia en el agregado fino de una proporción apreciable de partículas minerales densas, e inalterables a la acción de los agentes atmosféricos. Estos materiales no deberán ser fácilmente rayados con su cortaplumas. Como consecuencia de lo anterior, los mejores minerales en la composición de las arenas son el cuarzo, dolomita y hornblenda; y los objecionables, la mica, talco, pirita de fierro, pizarra, limonita, ocre, hematina y las calizas absorbentes. SUSTANCIAS NOCIVAS EN LAS ARENAS: Se consideran perjudiciales por retardar el fraguado y debilitar las resistencias, las arcillas, limos y sustancias análogas; puede admitirse y se consideran adheridos a las arenas cuando su proporción sea inferior al 3 % en peso porcentual del árido. Son también perjudiciales los carbones, sobre todo los lignitos, las escorias de los altos hornos y los productos que contienen azufre. Es también muy perjudicial la materia orgánica. A continuación se dan los porcentajes de los máximos permisibles de materias nocivas que se aceptan en las arenas. Materias nocivas por decantación 3 % en peso Materias orgánicas 1 Carbón 1 Álcali, granos sucios, terrones de arcilla, Granos fiables, partículas escamosas o Laminadas y fragmentos alargados 5 Total de materias nocivas permisibles 10 % en peso GRAVAS: La grava es el conjunto de fragmentos pequeños de piedras provenientes de rocas disgregadas por la acción del hielo y otros agentes y que han sido arrastrados por los ventisqueros o por las corrientes de agua; cada fragmento ha perdido sus aristas vivas y se presentan con formas más o menos redondeadas. Las gravas pueden obtenerse directamente del lecho de los ríos y esteros de las playas de los grandes lagos o de los mares y de los depósitos abiertos en zonas de la época glacial o en lechos de antiguos cursos de agua. Caracteres: Las características de las gravas de un mínimo depósito natural varían no solo en cuanto a su tamaño, sino en su composición química y estructura mineralógica. La composición mineralógica de las gravas es semejante a las de las arenas, es decir que pueden ser: cuarzosas, graníticas, calcáreas y arcillosas. En sus características físicas las gravas deben ser duras y resistentes, capaces de soportar la acción de los agentes atmosféricos y ser perfectamente insolubles. Las gravillas y gravas pesan de 1600 a 1700 Kg/m3., llamándose gravillas, las gravas de dimensiones menores. Granulometría: La siguiente es la clasificación recomendada por la dimensión peruana ya nombrada: Gravilla o garbancillos de 5,0 a 10,0 mm. Grava fina 10,0 20,0 Grava media 20,0 40,0 Grava gruesa, balasto o lastre 40,0 75,0 Cantos rodados, cascajos gruesos mas de 75,0
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Sustancias Perjudiciales: El porcentaje de sustancias perjudiciales en las gravas es mayor que en las arenas. - Removidas por decantación 1,5 % en peso - Materias orgánicas 1,0 - Carbón 1,0 - Terrones 0,5 - Segmentos friables 5,0 - Álcalis, grava sucia, fragmentos Alargados o astillas, fragmentos Laminados 5,0 - Esquistos 1,0 15,0 % en peso Empleo: Las gravas se usan en construcción, como agregado grueso en la preparación de concreto; en caminos, en la ejecución de calzadas, en ferrocarriles, como balastros o lastre, para rellenos en general, etc. En todos los casos se emplean después de pasarlas por cribas para graduar convenientemente sus dimensiones. PIEDRA PARTIDA: La piedra partida es el material que se obtiene triturando mecánicamente rocas duras y tenaces. En ingeniería son múltiples los usos que se hace de la piedra partida, pero solo lo veremos como un material desde el punto de vista de su empleo como agregado grueso en la preparación de concreto de cemento. Características: Para ser un agregado grueso debe ser limpia y durable y de alta resistencia determinándose lo siguiente: Para estructura de cemento armado se debe de usar piedra partida de ½‖, ¾‖, ¼‖, y 1 ½‖ de dimensión siendo la última de poco uso. En concreto simple o con refuerzo metálico escaso se emplea de 2 ½‖ y 3‖. Dimensiones menores a las que se acaban de indicar solo se emplean en concreto ciclópeo. Propiedades Físicas: La piedra partida se estima en 1450 a 1500 Kg/m3. Promedio de varios de 30 a 55 %. ROCAS EMPLEADAS: Para la obtención de la piedra partida son: 1. Rocas Diabasas: que son pocas de origen ígneo más densas y de grano fino que las graníticas. 2. Grupo del Granito: Roca profunda, se compone de cuarzo, feldespato y micas, hornblenda, augita, turmalina, circón, magnetita, son cristalinos y de grano fino o grueso, pueden ser granito beotílico, granito micáceo, granito anfibólico. 3. Grupo de las calcáreas: Calcita, que es un carbonato cálcico incoloro y transparente u opaco, siendo granudo fibroso, compacto, dureza 3, pero específico de 2,6 – 2,8 a este grupo también pertenece la dolomita. 4. Grupo de las Areniscas: Procedente de la cementación de la arena, su dureza y color depende del elemento cohesionante. Se tiene la arenisca caliza es arena de cuarzo cohesionada por un cemento calizo, la arenisca cuarzosa unido por cemento silíceo férrica tiene cemento ferruginoso.
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LOS AGREGADOS PARA CONCRETO CLASIFICACION: De acuerdo con sus dimensiones, especialmente en concretos, se les clasifica y se les denomina: 1.- Por su Densidad: a).- Normales:- Son los agregados de uso más generalizado y en el 90 % de las construcciones se les utiliza. El peso unitario está comprendido entre 1000 a 1800 Kg/m3. b).- Livianos:- Su peso unitario está por debajo de los 1000 Kg/m 3 (700 a 800 Kg/m3) y con su uso se obtienen hormigones livianos. c).- Pesados:- Tienen un peso unitario superior a los 2000 Kg/m3 y provienen de rocas que contienen elementos pesados, por ejemplo, hierro, Bario, Plomo. Se lees emplea para la elaboración de hormigones pesados para pantallas contra radiaciones. 2.-Por el método de Extracción: Según el procedimiento de producción, los agregados pueden clasificarse como: a) Naturales. d) Trituración. b) Artificiales. e) Reciclado c) Minerales tratados térmicamente. 3.- Por su tamaño: a).- Agregado grueso.- Es el agregado que de acuerdo con su tamaño nominal, queda retenido en el tamiz Nº 4. b).- Agregado fino.Es el agregado que pasa por lo menos el 95 % el tamiz Nº 4 y queda retenido en el tamiz Nº 200 MINERALES
ROCAS IGNEAS
ROCAS METAMORFICAS
SILICE
Granulo
Mármol
Cuarzo
Sienita
Metacuarcita
Ópalo
Diorita
Pizarra Filita
Calcedonia
Gabro
Esquisto
Tridimita
Pendotila
Antibolita
Custobalita
Pegmatita
Hornfelsa Honfelsa
SILICATOS Feldespatos Ferromagnesianos
Vidrio volcánico Obsidiana Pumicita
Hornblenda
Tufo
Angita
Escoria
Arcillas
Perlita
Gneiss Serpentina
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Hitas
Fetsita
Caolinas
Basalto
Metmollonita Mica
ROCAS SEDIMENTARIAS
Zeolita Conglomerados arenas CARBONATOS
Cuarcita
Calcita
Arenisca
Dolmita
Piedra arcillosa Piedra aluvional
SULFATOS
Argillita y Pizarra
Yeso
Carbonatos
Anhidrita
Calizas Dolomitas
SULFUROS DE HIERRO
Marga
Pirita
Tiza
Marcasita
horsteno
Pirotita
OXIDOS DE HIERRO Magnetita Hematita Gcol… Hm.. Limonita
OBTENCION DE AGREGADOS a).- Canteras: Voladuras. Selección por tamaños. Ejemplo: piedra partida granítica.
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b).- Depósitos naturales: Extracción con cucharas ó dragados Selección por tamaños. Ejemplo: arena, cantos rodados. c).- Subproductos industriales: Trituración. Selección por tamaños. Ejemplo: Escoria de alto horno. d).- Artificiales: Fabricación. Ejemplo: Arcilla expandida (leca). e).- Reciclado: Recuperación. Selección por tamaños. Ejemplo: hormigón reciclado, escombro. PROPIEDADES DE LOS AGREGADOS: Los requisitos de calidad establecidos para los agregados se pueden separar en dos grupos: Grupo A: Las partículas deben ser duras, resistentes y durables. Resistencia: Puede evaluarse en dos formas. Ensayos sobre probetas cúbicas ó cilíndricas. Ensayos de resistencia estructural. Grupo B:
Partículas blandas: Son partículas que poseen fisuras o se encuentran alterados sus minerales. Dureza:- Desgaste: Esta propiedad cobra importancia en obras como conductos, canales, vertederos, playas industriales, pavimentos, etc. Durabilidad: Es la capacidad de resistir las acciones del medio ambiente. Congelamiento y deshielo. Alteración de basaltos. Presencia de Sílice reactiva.
Las partículas deben estar limpias, libres de impurezas, de tamaño y forma adecuadas. El polvo se adhiere a la superficie de las partículas de agregados: Si el material en estudio no reúnen algunas de las características del Grupo A, no podrá ser empleado como agregados para hormigón, por ser éstas características determinantes, y no es posible modificarlas. Si en cambio no se cumplen las condiciones del Grupo B, las mismas se pueden corregir, por lavado o cribado.
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LOS AGLOMERANTES Definición de materiales aglomerantes.Se llaman materiales aglomerantes, aquellos materiales que, en estado pastoso y con consistencia variable, tienen la propiedad de poderse moldear, de adherirse fácilmente a otros materiales, de unirlos entre sí, protegerlos, endurecerse y alcanzar resistencias mecánicas considerables. Estos materiales son de vital importancia en la construcción, para formar parte de casi todos los elementos de la misma. Clasificación de materiales aglomerantes.Los materiales aglomerantes se clasifican en: - Materiales aglomerantes pétreos.- como pueden ser: yeso, cal, magnesia, etc. - Materiales aglomerantes hidráulicos.- como pueden ser: el cemento, cal hidráulica, hormigón, baldosa hidráulica, etc. - Materiales aglomerantes hidrocarbonatos: como pueden ser: alquitrán, betún, etc. -Materiales aglomerantes aéreos.- Yeso - cal EL YESO.Definición yeso: Es el producto resultante de la deshidratación total o parcial del aljez o piedra pómez. Esta piedra se muele y se lleva a un horno giratorio en cuyo interior se deshidrata, calcina y cristaliza entre 400º y 500º C, con posterioridad el producto obtenido se enfría y se reduce a polvo en molinos de bolas. Este polvo amasado con agua fragua y endurece con extraordinaria rapidez (mortero de yeso). Proceso de obtención del yeso: La fabricación del yeso consta de cuatro fases importantes: 1º Extracción o arranque de piedra. Se extrae fácilmente con la ayuda de barrenos de pólvora de mina. Según la situación del filón, la cantera puede ser a cielo abierto o en galerías. 2º Fragmentación y trituración de la piedra de yeso. Para esto, se emplean molinos de martillos. Se introducen en ellos la roca fragmentada y es triturada al golpeo de los martillos. Se emplean también las chancadoras de mandíbula, que consisten en una gruesa placa de acero fija y otra móvil, accionada por una biela-manivela. La apertura de estas mandíbulas es graduable, con lo que se consigue una granulometría diferente de la roca triturada. 3º Deshidratación y cocción de la piedra. Primitivamente se realizaba formando montones de piedras de yeso, en capas alternas de combustible y piedra, o, también, colocándola en unos huecos en las laderas de los montes, y empleando, con material de combustible, madera de los bosques próximos. El yeso así obtenido contiene las cenizas del combustible y muchas impurezas, por lo que se llama yeso negro; se emplea para construcciones no vistas.
Procedimientos de cocción del yeso: Actualmente existen procedimientos para conseguir una perfecta cocción del aljez, sin riesgo de que se mezclen impurezas. Entre ellos están: *Sistema de horno giratorio. El cuerpo principal de este horno está formado por un cilindro de palastro, de 8 a12 m de longitud y 1.50m de diámetro. Este cilindro se calienta exteriormente y, por no estar revestido interiormente de material refractario, su pérdida de calor es ínfima. La piedra de yeso se introduce reducida al tamaño de la gravilla fina, por lo que se evita una deshidratación rápida. El cilindro tiene, interiormente soldada, una chapa en forma de hélice, que es la encargada de ir sacando la piedra de yeso al exterior. *Sistema de caldera.Esta formado por una caldera de palastro, de diámetro aproximado a dos metros, en cuyo interior giran unas paletas que hacen de amasadoras y rascadoras. Esta caldera cubre la parte superior de un hogar, alimentado normalmente con carbón de hulla.
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La masa de piedra de yeso, al ser calentada y mezclada, ofrece el aspecto de hervir y, cuando el vapor a cesado, se da por terminada la operación de cocción. Acabada esta, el material se trasvasa automáticamente a un silo, situado junto a la caldera. *Operación de molienda. Es una fase cargada dificultades por la gran elasticidad de la piedra de yeso característica esta que aumenta la cuantía económica de la operación. Para realizarla, se emplean unos molinos formados por dos muelas de piedra, colocadas en posición horizontal, sobre otra. Normalmente, la superior esta en posición fija, y la inferior en posición móvil, para graduarla según el grado de finura. Este sistema de molienda se completa con el tamizado a través de un cedazo de 144 mallas por centímetro cuadrado. Todo el material que pasa es envasado, y el retenido se somete nuevamente a molienda. Modernamente hay instalaciones que efectúan la molienda y tamizado automáticamente, basándose en separadores de aire, basado en la fuerza centrifuga. Clasificación de los yesos: *Yeso gris o negro. Se obtiene calcinando la piedra algez en contacto con los combustibles. Los humos y las impurezas (cenizas, carbón, etc.), aparte de las que lleva consigo la piedra de yeso (se emplea un algez con muchas impurezas), ennegrecen el producto. La finura de molido es muy deficiente. Resulta el yeso de peor calidad, por lo que solo se emplea en obras no vistas. *Yeso blanco. Se obtiene a partir de un algez con pequeñas proporciones de impurezas, después de calcinado y vitrificado es finamente molido hasta el punto de no quedar retenido mas de un 10% en un tamiz de dos décimas de mm. Es muy blanco y en mortero se utiliza para el enlucido de paredes y techos de interiores. *Yeso escayola. Es un yeso blanco de la mejor calidad, tanto en purezas como en fineza del grano, no quedando retenido mas del 1% En un tamiz de 0.2 mm. Dadas sus características, la escayola se emplea en la fabricación de molduras y placas para la formación de cielos razos, que a su vez suelen ir decoradas. Ningún tipo de yeso o escayola puede ser utilizado en exteriores por ser solubles en agua. El yeso es el aglomerante artificial más antiguo fue utilizado por egipcios, griegos y romanos. *Yeso hidráulico. Si, en la operación de cocción, se calienta la piedra de yeso hasta una temperatura entre 800º y 1000º C, se producirá una disociación del sulfato cálcico, y aparecerá cierta cantidad de cal que actúa como acelerador de fraguado. Así se tiene un yeso que fragua debajo del agua, llamado yeso hidráulico. La cocción de la piedra algez, para la obtención del yeso hidráulico, se realiza en hornos verticales continuos, que consta de un cilindro revestido interiormente de material refractario, que se carga en capas alternadas de piedra de yeso y carbón de cok. Características del yeso: Los ensayos mecánicos más característicos que se realizan con el yeso son los de compresión y flexión. Las normas españolas fijan los mínimos de la tabla 9.5
Yeso negro
Yeso blanco
Yeso escayola
Resistencia a flexión
30 Kgf/cm2
40 Kgf/cm2
70 Kgf/cm2
Resistencia a compresión
73Kgf/cm2
100Kgf/cm2
150Kgf/cm2
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Fragua del yeso: La fragua, es la propiedad que tienen todos los aglomerantes por la cual, amasados con proporción conveniente de agua, forman, en un tiempo masó menos variable, pero relativamente corto, una masa sólida dotada de coherencia suficiente para ser aprovechada con determinados fines. La fragua del yeso vivo, es un proceso complejo que se inicia desde el momento en que se vierte agua para amasarlo, y que pasa sucesivamente por los fenómenos de disolución, transformación química, saturación, y finalmente, cristalización. Estos fenómenos se producen sobre fracciones parciales de la masa, en primer lugar, y después toda ella queda comprometida en esta etapa. Debe llamarse la atención sobre otros dos fenómenos concurrentes con la fragua del yeso; el primero es que ésta se produce con un aumento de temperatura, que puede alcanzar hasta 20º, ó sea desprendimiento de calor; y el segundo, que el yeso aumenta de volumen al fraguar. La fragua del yeso se puede retardar agregándole algunos productos orgánicos tales como glicerina, harinas, azúcar, alcohol, sangre y cola de carpintero. En la industria se usa un retardador a base de pelos, soda cáustica y cal viva; la soda cáustica reduce el pelo de cola, y la cal actúa como secante. Como acelerador de la fragua se emplean el alumbre y la sal de cocina. Usos de la pasta de yeso: Llamamos pasta a la mezcla de un aglomerante con agua; pero ésta mezcla debe tener cierta consistencia, porque cuando el agua está en gran exceso, entonces se produce lo que se llama lechada. El empleo mas importante, en construcción, de la pasta de yeso, está en los estucados, de la pasta de yeso, está en los estucados de los muros y techos a cielo-rasos; éstos estucados se conocen con los nombres de empastadosóenlucidos. Se usa generalmente, en la construcción de tabiques y estructuras similares, formados por encañados de caña guayaquil, ó de tirillas de madera. Debe advertirse que, como el yeso oxida el hierro, para asegurar la caña ó material similar, deben emplearse clavos de encañar, que son clavos galvanizados, ó clavos de zinc. El yeso con el calor despide vapor de agua, ó agua, y por ésta razón se le considera como material incombustible, utilizándose en rellenos de bóvedas y de cajas de seguridad. El desprendimiento de vapor de agua se aumenta agregándole alumbre. Como el soporte ómateriales de cuerpo, se pueden usar la viruta y el aserrín de madera, fibras vegetales y pelos. Estos materiales agregados al yeso, no le quitan su propiedad de ser incombustible, y le dan, en cambio, cualidades de aislante acústico, y de opacidad ó absorción de ruidos. Tiempo de fragua: de16 a 20 minutos. Volumen de agua: el necesario para preparar la pasta, es el 60 % del volumen del yeso vivo. Volumen de la pasta: 95 % del volumen del yeso vivo. LA CAL.- Definición de cal: Es un producto resultante de la descomposición de las rocas calizas por la acción del calor. Estas rocas calentadas a mas de 900º C producen o se obtienen el óxido de calcio, conocido con el nombre de cal viva, producto sólido de color blanco y peso especifico de 3.4 kg./dm. Esta cal viva puesta en contacto con el agua se hidrata (apagado de la cal) con desprendimiento de calor, obteniéndose una pasta blanda que amasada con agua y arena se confecciona el mortero de cal o estupo, muy empleado en enfoscado de exteriores. Esta pasta limada se emplea también en imprimación o pintado de paredes y techos de edificios y cubiertas.
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Obtención de la cal: Se puede obtener mediante las fases siguientes: 1º. - Extracción de la roca. El arranque de la piedra caliza puede realizarse a cielo abierto o en galería y por distintos medios, según la disposición del frente. Los bloques obtenidos se fragmentan para facilitar la cocción. 2º. - Cocción o calcinación. El carbonato de calcio (CO2Ca), componente principal de las calizas, al someterlo a la acción del calor se descompone en anhídrido carbónico y oxido de calcio o cal viva, produciéndose la reacción química: CO3Ca+calorCO2+OCa Para lograr la reacción de descomposición es necesario que la temperatura del horno sea superior a 900ºC. Tipo de hornos para la cocción: Horno de campana. Horno intermitente de cuba. Horno continuo. 3º. - Apagado de la cal. El oxido cálcico, o cal viva, no se puede emplear en la construcción de forma directa: es necesario hidratarla. Para ello, se la pone en contacto con el agua, operación que se llama apagado de la cal. Esta operación se puede efectuar por uno de los métodos siguientes: Por aspersión. Se extienden los terrones de cal viva sobre una superficie plana; seguidamente, se les riega con una cantidad de agua que oscile entre un 25% y un 50% con relación al peso; se cubren con arpilleras o capas de arena, para que se efectúe un apagado lento y completo. Y se obtiene cal en polvo. Por inmersión. Se reducen los terrones de cal al tamaño de grava. Esa grava se coloca en unos cestos de mimbre o de otro material y se introducen en agua, durante 1 minuto aproximadamente. A continuación, se vierten en un sitio preservado de corrientes de aire, donde la cal se va convirtiendo en polvo, a medida que se forma el apagado. Por fusión. Se introducen los terrones de cal en unos depósitos o recipientes que, a continuación, se llenan de agua. Cuando se ha efectuado el apagado, se obtiene una pasta blanda y untuosa, lo cual se cubre con una capa de arena para evitar su carbonatación. Clases de cal: Las rocas calizas casi nunca se encuentran puras (CO3Ca) en la naturaleza, sino que van acompañadas de materias orgánicas, arcilla u óxidos, impurezas que, al no volatilizarse en el proceso de calcinación, comunican a la cal distintas propiedades. La proporción de estas impurezas produce distintos tipos de cal. Las distintas clases de cal se pueden agrupar en la forma siguiente: Por la acción del agua en: Cal viva Cal apagada Por su grosura: Cal aérea o grasa. Si la piedra caliza es pura o tiene un contenido máximo en arcilla de un 5%, produce una clase de cal muy blanca, que forma una pasta muy fina y untuosa cuando se apaga Cal magra o ácida. Si la cal no supera el 5% de la arcilla, pero contiene mas de un 10% de magnesia (Oxido de magnesio, sustancia terrosa, etc.), se tiene una cal de características ácidas. La pasta que se forma al mezclarla con agua es de color grisáceo. Esta cal no se emplea en construcción, porque la pasta se disgrega al secarse.
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Cal dolomítica Por sus características químicas: Cal dolomítica. Cuando la proporción de óxido de Magnesio es superior al 25 % Cal hidráulica. Que es la proveniente de la calcinación de calizas que tienen mas del 5 % de arcilla y que dá un producto que además de los caracteres que poseen las cales grasas, puede endurecerse y consolidarse bajo el agua. Por refinamiento industrial: Cemento Grappier. Formados por trozos sumamente calcinados, obtenidos después del apagado de la cal hidráulica, los cuales son molidos constituyendo un material de cementación gracias al silicato de cal que contienen, en grado mayor ó menor. Cemento Lafarge. Usado en EE. UU., siendo un producto similar al anterior En el mercado nacional se encuentran las siguientes clases de cal: De Obra.La mas barata, contiene impurezas y de color no blancos. Fina.De color blanco, por la ausencia de impurezas. Tamizada.- Exenta de grumos ó granos gruesos. Hidráulica.- Preparada para endurecerse en presencia del agua. Blanca fina.- Usada en la preparación de revestimientos decorativos. Cal viva.Ya descrita. APAGADO DE LA CAL: En Ingeniería Civil, la cal se usa apagada, es decir, hidratada, ésta hidratación se realiza con un fuerte desprendimiento de calor, que a veces llega a 160º, y se produce además un ruido característico, consistente en una especie de silbido ó crepitar agudo. Teóricamente, el apagado de la cal viva solo requiere un volumen de agua equivalente al 35 % del peso de la cal. En la práctica, se emplea mayor cantidad de agua que la indicada, y es usual que los albañiles apaguen un volumen de cal 1 ½ a 2 volúmenes de agua. Materiales aglomerantes hidráulicos. Cemento. EL CEMENTO.- Definición del cemento: Es el material aglomerante más importante de los empleados en la construcción. Se presenta en estado de polvo, obtenido por cocción a 1550º C una mezcla de piedra caliza y arcilla, con un porcentaje superior al 22% en contenido de arcilla. Estas piedras, antes de ser trituradas y molidas, se calcinan en hornos especiales, hasta un principio de fusión o vitrificación. Proceso de obtención del cemento: La piedra caliza en una proporción del 75% en peso, triturada y desecada, junto a la arcilla en una proporción del 25% se muele y mezclan homogéneamente en molinos giratorios de bolas. El polvo así obtenido es almacenado en silos a la espera de ser introducidos en un horno cilíndrico con el eje ligeramente inclinado, calentado a 1600º C por ignición de carbón pulverizado, donde la mezcla caliza arcilla, sufre sucesivamente un proceso de deshidratación, otro de calcinación y por ultimo el de vitrificación. El producto vitrificado es conducido, a la salida del horno a un molino-refrigerador en el que se obtiene un producto sólido y pétreo conocido con el nombre de clinker, que junto a una pequeña proporción o pequeña cantidad de yeso blanco o escayola es reducido a un polvo muy fino, homogéneo y de tacto muy suave en molinos de bolas giratorias, como es el cemento, que es almacenado en silos para su posterior envasado y transporte. Cemento natural y sus clases: El cemento natural, llamado romano, atendiendo a su principio y fin de fraguado, se divide en: Cemento rápido. De aspecto y color terroso, por su alto contenido en arcilla (del 26% al 40%), es un aglomerante obtenido por trituración, cocción y reducción a polvo de
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margas calizas que, en la fase de cocción, ha sido sometido a una temperatura entre 1000º y 2000º C. El principio de fraguado se origina entre los 3 y 5 minutos después de amasado, y se termina antes de los 50 minutos. Se designa con las letras NR, seguidas de un número, que expresa la resistencia a la compresión. Por ser la temperatura de cocción muy baja no llegan a formarse algunos silicatos, por lo que resulta un aglomerante de baja resistencia mecánica. Normalmente, con este tipo de cemento no se hace mortero, aunque admite una cierta cantidad de arena. Se emplea en forma de pasta para usos similares a los del yeso, con la ventaja de fraguar en ambientes húmedos y de resistir a las aguas, en general. Cemento lento. Es de color gris, porque el contenido de arcillas de estas calizas esta comprendido entre el 21% y el 25%. El fraguado se inicia transcurrido unos 30 minutos después de su amasado, y termina después de varias horas. Para obtener esta clase de cemento, se calcinan las rocas calizas a una temperatura comprendida entre 1200º y 1400ºC. Se designa con las letras NL, seguidas de un numero, que expresan su resistencia a la compresión. El empleo de este tipo de cemento es cada vez mas reducido, porque sus propiedades y características han sido superadas por los cementos artificiales. Cemento artificial y sus clases: Es el que se obtiene mezclando piedra caliza con arcilla, en proporciones convenientes; la mezcla obtenida se calcina en hornos giratorios, hasta su principio de fusión (aprox. 1500ºC); este producto llamado clinker, de color grisáceo-verdoso, se mezcla con otros materiales diversos, según la clase de aglomerante que se desea obtener, y se reduce a polvo. Cemento Pórtland. Llamado así a su color, semejante al de la piedra de las canteras inglesas de Pórtland, es un conglomerante hidráulico, obtenido por la pulverización del clinker, y sin más adición que la piedra de yeso natural, en un porcentaje no superior al 5%, para retrasar el fraguado de los silicatos y aluminatos anhidros, que forman el clinker. Su color es gris, mas o menos oscuro, según la cantidad de oxido férrico. Denominación. Eventualmente puede darse la denominación comercial del cemento Pórtland a aquel que, además de los componentes principales, clinker y piedra de yeso, contenga otras adiciones no nocivas, en proporción inferior al 10%, con objeto de mejorar algunas cualidades. Se fabrican varias clases de cemento, las cuales se determinan con unas siglas, compuestas de letras, que son las iniciales de su nombre y un numero indicador de la resistencia mínima a la compresión, en kilogramos por centímetro cuadrado, que, a los 28 días, debe alcanzar el mortero confeccionado con tres partes de arena normal (97% de sílice, procedente de Segovia y de granulometría fijada) y una de cemento. Normalmente, se encuentran las siguientes categorías de cementos Pórtland: Pórtland 250
(Designación P-250)
Pórtland 350
(Designación P-350)
Pórtland 450
(Designación P-450)
Los aditivos normalizados por ASTM C-494 son de los siguientes tipos: Acelerador: Aditivo que acelera el fraguado y el desarrollo de la resistencia inicial del concreto Retardador: Aditivo que retarda el fraguado del concreto
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Reductor de agua: Aditivo que reduce la cantidad de agua de mezcla necesaria para producir concreto de una consistencia dada. Reductor de agua y acelerador: Aditivo que reduce la cantidad de agua de mezcla necesaria para producir concreto de una consistencia dada, y que acelera el fraguado de la resistencia temprana. Reductor de agua y retardador: Aditivo que reduce la cantidad de agua de mezcla necesaria dada y que retarda el fraguado del mismo. Reductor de agua, de alto rango: Aditivo que reduce en 12% o más, la cantidad de agua de mezcla necesaria para producir concreto de consistencia dada. TIPOS DE CEMENTOS: La ficha inicial del Cemento Pórtland, fue trabajada de acuerdo a la norma técnica, en la cual se manifiesta que el cemento presenta los siguientes tipos: Tipo I.- para uso general, no requiere propiedades de otro tipo. Tipo II.para uso general y para cuando se desea moderar la resistencia a los sulfatos o moderado calor de hidratación. Tipo III.para ser utilizado se requiere de altas resistencias iniciales. Tipo IV.utilizado cuando se desea bajo calor de hidratación. Tipo V.- para emplearse cuando se desea alta resistencia a los sulfatos. Tipos de cementos en el mercado nacional La industria de cemento en el Perú produce los tipos y clases de cemento que son requeridos en el mercado nacional, según las características de los diferentes procesos que comprende la construcción de la infraestructura necesaria para el desarrollo, la edificación y las obras de urbanización que llevan a una mejor calidad de vida. Los diferentes tipos de cemento que se encuentran en el mercado cumplen estrictamente con las normas nacionales e internacionales Cemento Pórtland Un cemento hidráulico producido mediante la pulverización del clinker, compuesto esencialmente de silicatos de calcio hidráulicos y que contiene generalmente una o más de las formas de sulfato de calcio, como una adición durante la molienda. Cemento Pórtland tipo 1, normal es el cemento Pórtland destinado a obras de concreto en general, cuando en las mismas no se especifique la utilización de otro tipo. Cemento Pórtland tipo 2, de moderada resistencia a los sulfatos es el cemento Pórtland destinado a obras de concreto en general y obras expuestas a la acción moderada de sulfatos o donde se requiera moderado calor de hidratación, cuando así sea especificado. Cemento Pórtland tipo 5, resistente a los sulfatos es el cemento Pórtland del cual se requiere alta resistencia a la acción de los sulfatos. Cemento PórtlandPuzolánico El cemento que contiene puzolana se obtiene por la pulverización conjunta de una mezcla de clinkerPórtland y puzolana con la adición eventual de sulfato de calcio. El contenido de puzolana debe estar comprendido entre 15% y 40% en peso del total. La puzolana será un material silicoso o silico-aluminoso, que por si misma puede tener poca o ninguna actividad hidráulica pero que, finamente dividida y en presencia de humedad, reacciona químicamente con el hidróxido de calcio a temperaturas ordinarias para formar compuestos que poseen propiedades hidráulicas.
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Cemento PórtlandPuzolánico Tipo IP.- Para usos en construcciones generales de concreto. El porcentaje adicionado de puzolana se encuentra entre 15% y 40%. Cemento PórtlandPuzolánico Modificado Tipo IPM.- Cemento PórtlandPuzolánico modificado para uso en construcciones generales de concreto. El porcentaje adicionado de puzolana es menor de 15%. Cemento Pórtland de escoria de alto horno El cemento que contiene escoria de alto horno se obtiene por la pulverización conjunta de una mezcla de clinkerPórtland y escoria granulada de alto horno, con la adición eventual de sulfato de calcio. El contenido de escoria granulada de alto horno debe estar comprendido entre 25% y 65% en peso del total. El cemento Pórtland de escoria modificado tiene un contenido de escoria granulada menor que el 25%. La escoria granulada de alto horno, es el subproducto del tratamiento de minerales de hierro en el alto horno, que para ser usada en la fabricación de cementos, debe ser obtenida en forma granular por enfriamiento rápido y además debe tener una composición química conveniente. Cemento Tipo MS Que corresponde a la norma de performance de cementos Pórtland adicionados, en el tipo de moderada resistencia a los sulfatos. Cemento Pórtland Compuesto Tipo 1Co, Es un cemento adicionado obtenido por la pulverización conjunta de clinkerPórtland, materias calizas como travertino y/o hasta un máximo de 30% de peso. Cemento de Albañilería El cemento de albañilería es el material obtenido por la pulverización conjunta de clinkerPórtland y materiales que aún careciendo de propiedades hidráulicas o puzolánicas, mejoran la plasticidad y la retención de agua, haciéndolos aptos para trabajos generales de albañilería. Cemento Pórtland Tipo I Especificaciones Técnicas Norma Técnica: ASTM C-150 y Norma Técnica Peruana 334.009 Marca Comercial: SOL Presentación: Bolsas de 42.5 Kg./Granel Fecha revisión: Enero 2005 Informe técnico Características Producto obtenido de la molienda conjunta de clinker y yeso. Ofrece un fraguado controlado. Por un buen desarrollo de resistencias a la compresión a temprana edad, es usado en concretos de muchas aplicaciones. Es versátil para muchos usos. Su comportamiento es ampliamente conocido por el sector de construcción civil. Usos y Aplicaciones Para las construcciones en general y de gran envergadura cuando características especiales no sean requeridas o no se especifique otro tipo de cemento. El acelerado desarrollo de sus resistencias iniciales permite un menor tiempo de desencofrado. Pre-fabricados de hormigón. Fabricación de bloques, tubos para acueducto y alcantarillado, terrazos, adoquines. Mortero para el asentado de ladrillos, tarrajeos, enchapes de mayólicas y otros materiales.
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Cemento Portland Tipo I-BA Especificaciones Técnicas Norma Técnica: ASTM C-150 y Norma Técnica Peruana 334.009 Presentación: Granel Fecha revisión: Enero 2005. Informe técnico Características Producto obtenido de la molienda conjunta de clinker de bajo álcali y yeso. Ofrece un fraguado controlado. Por un buen desarrollo de resistencias a la compresión a temprana edad, es usado en concretos de muchas aplicaciones. Su resistencia a compresión es mayor que el cemento Pórtland normal. Es versátil para muchos usos. Su comportamiento es ampliamente conocido por el sector de construcción civil en el Perú y en el extranjero. Usos y Aplicaciones Para las construcciones en general y de gran envergadura cuando características especiales no sean requeridas o no se especifique otro tipo de cemento. El acelerado desarrollo de sus resistencias iniciales permite un menor tiempo de desencofrado. Hormigones aligerados, densos y normales. Pre-fabricados de hormigón (Pre y Post tensado), fabricaciones de bloques, tubos para acueducto y alcantarillado, terrazos, adoquines. Mortero para el asentado de ladrillos, tartajeos, enchapes de mayólicas y otros materiales. Consejos
Cemento Puzolánico Tipo IP (Supercemento ATLAS) Especificaciones Técnicas Norma Técnica: ASTM C-595 y Norma Técnica Peruana 334.090.2001. Marca Comercial: ATLAS Presentación: Bolsas de 42.5 Kg. / Granel Fecha revisión: Enero 2005. Informe técnico Características Producto obtenido de la molienda conjunta de clinker, yeso y puzolana. Debido al contenido de fierro en la composición química de la puzolana tiene una coloración rojiza. La resistencia a la compresión a tempranas edades es igual que el Cemento Pórtland Tipo I La resistencia a los 28 días es igual al Cemento Pórtland tipo I Desprende menor calor de hidratación, lo que reduce la retracción térmica. Por ser un cemento mas finamente molido, mejora la impermeabilidad favoreciendo una mejor conservación del concreto. Su resistencia a la acción de los sulfatos es mejor en comparación al Cemento Pórtland Tipo I. Una mayor trabajabilidad en morteros y revestimientos. Usos y Aplicaciones Macizos de hormigón en grandes masas. Para cimentaciones de todo terreno, aplicable a suelos salitrosos por presentar un mejor comportamiento que el Cemento Pórtland a estos tipos de terrenos. Obras marítimas. Obras sanitarias. Albañilería (fábrica de ladrillos y mampostería) Sellados. Baldosines hidráulicos. Pre-fabricados curados por tratamientos térmicos.
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Mortero para el asentamiento de ladrillos, tarrajeos, enchapes de mayólicas y otros materiales. Fabricación de bloques, tubos para acueducto y alcantarillado, terrazos, adoquines, etc. Cementos Pórtland Tipo II-BA Especificaciones Técnicas Norma Técnica: ASTM C-150 y Norma Técnica Peruana 334.009 Presentación: Granel Fecha revisión: Enero 2005 Informe técnico Características Bajo contenido de álcalis. Se logran altas resistencias a tempranas edades y son mayores que la del cemento Pórtland tipo I. Por su buen desarrollo las resistencias a la compresión, es usado en muchas aplicaciones, además de los variados diseños de mezclas del concreto que se requiera. Sus cualidades son ampliamente conocidas por el sector construcción civil y requerido en el Perú y en el extranjero. Presenta mayor resistencia a los sulfatos que el cemento Pórtland tipo I Usos y Aplicaciones Para las construcciones en general y de gran envergadura, especial para cuando se desea una resistencia a la acción de los sulfatos y un moderado calor de hidratación. Cemento resistente a la reacción álcali/ agregado. Cementos Pórtland Tipo V-BA Especificaciones Técnicas Norma Técnica: ASTM C-150 y Norma Técnica Peruana 334.009 Presentación: Granel Fecha revisión: Enero 2005 Informe técnico Características Bajo álcali. Se logran altas resistencias a tempranas edades. Por su buen desarrollo las resistencias a la compresión, es usado en muchas aplicaciones, además de los variados diseños de mezclas del concreto que se requiera. Sus cualidades son ampliamente conocidas por el sector construcción civil y requerido en otros Países. Presenta buena resistencia a los sulfatos. Usos y Aplicaciones Para las construcciones en general y de gran envergadura, especial para cuando se desea una resistencia moderada a la acción de los sulfatos y un moderado calor de hidratación. Cemento resistente a la reacción álcali/ agregado. Clínker Tipo I Especificaciones Técnicas Norma Técnica: ASTM C-150 Presentación: Granel Fecha revisión: Enero 2005 Producto intermedio usado para fabricar Cemento Pórtland Tipo I y Cemento Pórtland Tipo IP. Informe técnico Características Silicato Tricálcico (C3S): mínimo 50 % - máximo 60 % Silicato Bicálcico (C2S): mínimo 07 % - máximo 25 % C3S + C2S: mínimo 70 % Cal Libre: máximo 1.50%
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Residuo Insoluble: máximo 0.65 % Por su composición química le confiere al cemento un desarrollo alto en las resistencias iniciales.
Clinker Tipo I-BA Especificaciones Técnicas Norma Técnica: ASTM C-150 Presentación: Granel Fecha revisión: Enero 2005 Producto intermedio usado para fabricar Cemento Pórtland Tipo I y Cemento Pórtland Tipo IP. Informe técnico Características Silicato Tricálcico (C3S): mínimo 56 % - máximo 73 % Silicato Bicálcico (C2S): mínimo 06 % - máximo 23 % Aluminato tricálcico (C3A): mínimo 8.00 % Cal Libre: máximo 1.50 % Residuo Insoluble: máximo 0.50 % Por su composición química le confiere al cemento un desarrollo alto en las resistencias iniciales. Clínker Tipo II-BA Especificaciones Técnicas Norma Técnica: ASTM C-150 Presentación: Granel Fecha revisión: Enero 2005 Producto intermedio usado para fabricar Cemento Pórtland Tipo I y Cemento Pórtland Tipo IP. Informe técnico Características Silicato Tricálcico (C3S): mínimo 50 % Aluminato tricálcico (C3A): máximo 08 % C3S + C3A : máximo 58 % ( Solamente para Clinker tipo II de bajo calor de hidratación) Álcalis Totales: máximo 0.60% ( Cinker de tipo II de bajo alcali) Cal Libre: máximo 1.50 % Residuo Insoluble: máximo 0.65 % Por su composición química le confiere al cemento un desarrollo alto en las resistencias iniciales. Clinker Tipo V-BA Especificaciones Técnicas Norma Técnica: ASTM C-150 Presentación: Granel Fecha revisión: Enero 2005 Producto intermedio usado para fabricar Cemento Pórtland Tipo I y Cemento Pórtland Tipo IP. Informe técnico Características Oxido de Magnesio (MgO): máximo 4.50 % Trióxido de Azufre (SO3): máximo 1.00 % Silicato Tricálcico (C3S): mínimo 48.0 % Aluminato Tricálcico (C3A): máximo 5.0 % ) C4AF + 2 C3A (máximo 25.0 % ) Álcalis Totales: máximo 0.60 % ( Opcional) Cal Libre ( máximo 1,50% ) Residuo Insoluble ( máximo 0,65% ) Por su composición química le confiere al cemento un desarrollo alto en las resistencias iniciales.
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FRAGUA DEL CEMENTO: Amasado el cemento con agua se produce su endurecimiento ó petrificación, en un periodo de tiempo masó menos corto. Este endurecimiento es debido principalmente a la hidratación y consecue3ntemente la cristalización de los componentes. En el proceso de petrificación del cemento, se pueden distinguir dos etapas perfectamente marcadas. La primera se llama fragua y la segunda, endurecimiento. La fragua, es la pérdida de plasticidad ó de fluidez que sufre la pasta de cemento y que hace que ésta soporte, sin dejar huellas aparentes, la presión suave de un objeto exterior. El endurecimiento, es la mayor resistencia estructural que va adquiriendo el cemento con el transcurso del tiempo. En esta parte del curso. Se estudia de preferencia la fragua, dejando el endurecimiento para tratarlo al estudiar los morteros y el concreto. En el fraguado, hay que distinguir dos periodos: el principio de la fragua; y el final óconclusión de la
fragua.
El principio de la fragua, es el tiempo transcurrido desde el momento en que se vierte el agua del amasado, hasta aquel en que la pasta pierde parcialmente la plasticidad El finaldelfraguado, es el tiempo transcurrido desde que la pasta ha comenzado a perder plasticidad, hasta que adquiere suficiente consistencia para resistir determinada presión.
EL AGUA PARA CONCRETOS Y MORTEROS USOS DEL AGUA: En relación con su empleo en el concreto. El agua tiene dos diferentes aplicaciones: Como ingrediente en la elaboración de las mezclas y como medio de curado de las estructuras recién construidas. En el primer caso es de ISO interno como agua de mezclado, y en el segundo se emplea exteriormente igual cuando el concreto se cura con agua, aunque en éstas aplicaciones las características del agua tienen efectos de diferente importancia sobre el concreto, es usual que se recomiende emplear igual de una sola calidad en ambos casos. Así, normalmente, en las especificaciones para concreto se hace referencia en primer término a los requisitos que debe cumplir el agua para elaborar el concreto, porque sus efectos son más importantes, y después se indica que el agua que se utilice para curarlo debe ser del mismo origen, o similar, para evitar que se subestime ésta segunda aplicación y se emplee agua de curado con características inadecuadas. En determinados casos se requiere, con objeto de disminuir la temperatura del concreto al ser elaborado, que una parte del agua de mezclado se administre en forma de hielo molido o en escamas. En tales casos, el agua que se utilice para fabricar el hielo debe satisfacer las mismas especificaciones de calidad del agua de mezclado. Como componente del concreto convencional, el agua suele representar aproximadamente entre 10 y 25 por ciento del volumen del concreto recién mezclado, dependiendo del tamaño máximo de agregado que se utilice y del revenimiento que se requiera. Esto le concede una influencia importante a la calidad del agua de mezclado en el comportamiento y las propiedades del concreto, pues cualquier sustancia dañina que contenga, aún en proporciones reducidas, puede tener efectos adversos significativos en el concreto. Una práctica bastante común consiste en utilizar el agua potable para fabricar concreto sin ninguna verificación previa, suponiendo que toda agua que es potable también es apropiada para elaborar concreto; sin embargo, hay ocasiones en que esta presunción no se cumple, porque hay aguas potables aderezadas con citratos o con pequeñas cantidades de azúcares, que no afectan su potabilidad pero pueden hacerlas inadecuadas para la fabricación de concreto. En todo caso,
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la consideración contraria pudiera ser más conveniente, es decir, que el agua para la elaboración del concreto no necesariamente requiere ser potable, aunque sí debe satisfacer determinados requisitos mínimos de calidad. REQUISITOS DE CALIDAD Los requisitos de calidad del agua de mezclado para concreto no tienen ninguna relación obligada con el aspecto bacteriológico (como es el caso de las aguas potables), sino que básicamente se refieren a sus características físico-químicas ya sus efectos sobre el comportamiento y las propiedades del concreto. 1. Características físico-químicas Refiriéndose a las características físico-químicas del agua para concreto, no parece haber consenso general en cuanto a las limitaciones que deben imponerse a las substancias e impurezas cuya presencia es relativamente frecuente, como puede ser el caso de algunas sales inorgánicas (cloruros, sulfatos), sólidos en suspensión, materia orgánica, di óxido de carbono disuelto, etc. Sin embargo, en lo que sí parece haber acuerdo es que no debe tolerarse la presencia de substancias que son francamente dañinas, como grasas, aceites, azúcares y ácidos, por ejemplo. La presencia de alguna de estas substancias, que por lo demás no es común, debe tomarse como un síntoma de contaminación que requiere eliminarse antes de considerar la posibilidad de emplear el agua. Cuando el agua de uso previsto es potable, cabe suponer en principio que sus características físico-químicas son adecuadas para hacer concreto, excepto por la posibilidad de que contenga alguna sustancia saborizante, lo cual puede detectarse fácilmente al probarla. Así, por ejemplo, el USBR considera que si el agua es clara, y no tiene sabor dulce, amargo o salobre, puede ser usada como agua de mezclado o de curado para concreto, sin necesidad de mayores pruebas. Si el agua no procede de una fuente de suministro de agua potable, se puede juzgar su aptitud como agua para concreto mediante los requisitos físico-químicos contenidos en la Norma Oficial, recomendados especialmente para aguas que no son potables. Para el caso especifico de la fabricación de elementos de concreto preesforzado, hay algunos requisitos que son más estrictos en cuanto al límite tolerable de ciertas sales que pueden afectar al concreto y al acero de preesfuerzo. 2. Efectos en el concreto En diversas especificaciones y prácticas recomendadas, al establecer la calidad necesaria en el agua de mezclado, se pone más énfasis en la valuación de los efectos que produce en el concreto, que en la cuantificación de las substancias indeseables e impurezas que contiene. Esto aparentemente se justifica porque tales reglamentaciones están dirigidas principalmente a construcciones urbanas, industriales o similares, cuyo concreto se produce en localidades donde normalmente se dispone de suministro de agua para uso industrial o doméstico. No siempre ocurre así durante la construcción de las centrales eléctricas, particularmente de las hidroeléctricas, en donde es necesario acudir a fuentes de suministro de agua cuya calidad es desconocida y con frecuencia muestra señales de contaminación. En tal caso, es prudente determinar en primer término las características físico-químicas del agua y, si estas son adecuadas, proceder a verificar sus efectos en el concreto. Los efectos indeseables que el agua de mezclado de calidad inadecuada puede producir en el concreto, son a corto, mediano y largo plazo. Los efectos a corto plazo normalmente se relacionan con el tiempo de fraguado y las resistencias iniciales, los de mediano plazo con las resistencias posteriores (a 28 días o más) y los de largo plazo pueden consistir en el ataque de
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sulfatos, la reacción álcali-agregado y la corrosión del acero de refuerzo. La prevención de los efectos a largo plazo se consigue por medio del análisis químico del agua antes de emplearla, verificando que no contenga cantidades excedidas de sulfatos, álcalis, cloruros y di óxido de carbono disuelto, principalmente. Para prevenir los efectos a corto y mediano plazo, se acostumbra precalificar el agua mediante pruebas comparativas de tiempo de fraguado y de resistencia a compresión a 7 y 28 días. En estas pruebas se comparan especimenes elaborados con mezclas idénticas, en las que sólo cambia la procedencia del agua de mezclado: agua destilada en la mezcla-testigo y el agua en estudio en la mezcla de prueba. Las pruebas de tiempo de fraguado pueden efectuarse en pasta de cemento, según los métodos (ASTM C 266 o C 191), o bien en mezclas de concreto conforme al método (ASTM C 403). Para llevar a cabo las pruebas de resistencia a compresión, se emplean normalmente especimenes de mortero, elaborados y ensayados de acuerdo con el método (ASTM C 109), aunque también es posible utilizar especimenes de concreto, elaborados y ensayados conforme a los métodos (ASTM C 192 y C 39). VERIFICACION DE CALIDAD La verificación de la calidad del agua de uso previsto para elaborar el concreto, debe ser una práctica obligatoria antes de iniciar la construcción de obras importantes, como es el caso de las centrales para generar energía eléctrica. Sin embargo, puede permitirse que esta verificación se omita en las siguientes condiciones: 1) El agua procede de la red local de suministro para uso doméstico y no se le aprecia olor, color ni sabor; no obstante que no posea antecedentes de uso en la fabricación de concreto. 2) El agua procede de cualquier otra fuente de suministro que cuenta con antecedentes de uso en la fabricación de concreto con buenos resultados, y no se le aprecia olor, color ni sabor. Por el contrario, la verificación de calidad del agua, previa a su empleo en la fabricación de concreto, debe ser un requisito ineludible en los siguientes casos: 3)
El agua procede de la red local de suministro para uso doméstico y, aunque posee antecedentes en la fabricación del concreto, se le aprecia cierto olor, color o sabor. 4) El agua procede de cualquier fuente de suministro sin antecedentes de uso en la fabricación de concreto, aunque no manifieste olor, color ni sabor. Cuando la obra se localiza en las inmediaciones de un centro de población, es muy probable que exista abastecimiento de agua en la localidad, del cual pueda disponerse para fabricar el concreto. Al referirse a ésta red de suministro público, es pertinente distinguir entre el agua para uso doméstico y para uso industrial. La primera por lo general reúne condiciones físico-químicas de potabilidad, salvo eventuales fallas en el aspecto bacteriológico que pueden hacerla impropia para el consumo humano, pero no afectan al concreto. El agua para uso industrial por lo común no es potable, no sólo en el aspecto bacteriológico sino también en el aspecto físico-químico, pues frecuentemente proviene del tratamiento de aguas negras o es agua reciclada de procesos industriales, por lo cual puede contener sustancias dañinas al concreto. Por tal motivo, siempre es necesario verificar la calidad del agua de uso industrial, a menos que tenga antecedentes de uso con buen éxito en la fabricación de concreto. Hay otras fuentes de suministro de agua para elaborar el concreto en sitios alejados de los centros de población, como son los pozos, manantiales corrientes superficiales (arroyos y ríos), almacenamientos naturales (lagos lagunas) y almacenamientos creados artificialmente (vasos de presas). Salvo que existan antecedentes de uso del agua en la fabricación de concreto con buenos resultados, debe verificarse invariablemente su calidad antes d emplearla. En cuanto al agua de mar, su principal inconveniente al ser juzgada como agua de mezclado para concreto, consiste en su elevado contenido de cloruros (más de 20000 ppm) que la convierten en un medio altamente corrosivo para el acero de refuerzo, y esto la hace inaceptable para su empleo en el concreto reforzado. No obstante, en determinados casos se ha llegado a emplear agua de mar para la elaboración de concreto destinado a elementos no reforzados Un ejemplo local de ello lo constituyen las escolleras de algunas centrales termoeléctricas situadas a la orilla del mar, construidas mediante el apilamiento de grandes bolsas de plástico rellenas in situ con un mortero fluido bombeable, hecho a base de arena,
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cemento Pórtland tipo 110 tipo V y eventualmente, agua de mar en vez de agua dulce. En casos así, es necesario verificar si el tiempo de fraguado del mortero o del concreto, con el cemento de uso previsto, es adecuado para las condiciones de obra ya que el exceso de cloruros en el agua de mar tiende a acelerar el fraguado. En la construcción de centrales eléctricas, y en especial hidroeléctricas, es bastante común disponer del agua procedente de corrientes fluviales que pueden contener substancias contaminantes de diversa índole. La manera recomendable de proceder en estos casos, consiste en obtener muestras del agua con suficiente anticipación al inicio de las obras, con objeto de verificar sus características físico-químicas y sus efectos en el concreto. Estas muestras deben colectarse en diversas épocas del año, para abarcar todas las posibles condiciones de suministro, y del resultado de su verificación debe poder concluirse si el agua es aceptable en su estado original, o si requiere ser sometida a algún tratamiento previo de sedimentación, filtración, etc. Posteriormente, en el curso del suministro, debe implantarse un plan de verificación rutinaria, mediante muestreo y ensayo periódico, de acuerdo con los programas de construcción.
AGUA DE MEZCLADO PARA EL CONCRETO Casi cualquier agua natural que sea potable y que no tenga sabor u olor pronunciado, se puede utilizar para producir concreto. Sin embargo, algunas aguas no potables pueden ser adecuadas para el concreto. Se puede utilizar para fabricar concreto si los cubos de mortero (Norma ASTM C109), producidos con ella alcanzan resistencia a los siete días iguales a al menos el 90% de especimenes testigo fabricados con agua potable o destilada. Las impurezas excesivas en el agua no solo pueden afectar el tiempo de fraguado y la resistencia del concreto, si no también pueden ser causa de eflorescencia, manchado, corrosión del esfuerzo, inestabilidad volumétrica y una menor durabilidad. El agua que contiene menos de 2,000 partes de millón (ppm) de sólidos disueltos totales generalmente pueden ser utilizadas de manera satisfactoria para elaborar concreto. El agua que contenga más de 2,000 ppm de sólidos disueltos deberá ser ensayada para investigar su efecto sobre la resistencia y el tiempo de fraguado. CARBONATOS Y BICARBONATOS ALCALINOS El carbonato de sodio puede causar fraguados muy rápidos, en tanto que lo bicarbonatos pueden acelerar o retardar el fraguado. En concentraciones fuertes estas sales pueden reducir de manera significativa la resistencia del concreto. Cuando la suma de las sales disueltas exceda 1,000 ppm, se deberán realizar pruebas para analizar su efecto sobre el tiempo de fraguado y sobre la resistencia a los 28 días. También se deberá considerar la posibilidad que se presenten reacciones álcali-agregado graves. CLORUROS La inquietud respecto a un elevado contenido de cloruros en el agua de mezclado, se debe principalmente al posible efecto adverso que lo iones de cloruro pudieran tener en la corrosión del acero de refuerzo, o de los torones del preesfuerzo. Los iones cloruro atacan la capa de oxido protectora formada en el acero por el medio químico altamente alcalino (pH 12.5) presente en el concreto. Los cloruros se pueden introducir en el concreto, ya sea con los ingredientes separados aditivos, agregados, cemento, y agua o a través de la exposición a las sales anticongelantes, al agua de mar, o al aire cargado de sales cerca de las costas. El agua que se utilice en concreto preforzado o en un concreto que vaya a tener embebido aluminio no deberá contener cantidades nocivas de ion cloruro. Las aportaciones de cloruros de los ingredientes distintos al agua también se deberán tomar en consideración. Los aditivos de cloruro de calcio se deberán emplear con mucha precaución. El Reglamento de Construcción del American Concrete Institute, ACI 318, limita el contenido de ion cloruro soluble al agua
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en el concreto, a los siguientes porcentajes en peso del cemento. Concreto preforzado. Concreto reforzado expuesto a cloruros durante su servicio. Los agregados finos y gruesos ocupan comúnmente de 60% a 75% del volumen del concreto (70% a 85% en peso), e influyen notablemente en las propiedades del concreto recién mezclados y endurecidos, en las proporciones de la mezcla, y en la economía. Los agregados finos comúnmente consisten en arena natural o piedra triturada siendo la mayoría de sus partículas menores que 5mm. Los agregados gruesos consisten en una grava o una combinación de grava o agregado triturado cuyas partículas sean predominantemente mayores que 5mm y generalmente entre 9.5 mm y 38mm. Algunos depósitos naturales de agregado, a veces llamados gravas de mina, rió, lago o lecho marino. El agregado triturado se produce triturando roca de cantera, piedra bola, guijarros, o grava de gran tamaño. La escoria de alto horno enfriada al aire y triturada también se utiliza como agregado grueso o fino. Un material es una sustancia sólida natural que tiene estructura interna ordenada y una composición química que varía dentro de los límites muy estrechos. Las rocas (que dependiendo de su origen se pueden clasificar como ígneas, sedimentarias o metamórficas), se componen generalmente de varios materiales. Por ejemplo, el granito contiene cuarzo, feldespato, mica y otros cuantos minerales; la mayor parte de las calizas consisten en calcita, dolomita y pequeñas cantidades de cuarzo, feldespato y arcilla. El intemperismo y la erosión de las rocas producen partículas de piedra, grava, arena, limo, y arcilla. El concreto reciclado, o concreto de desperdicio triturado, es una fuente factible de agregados y una realidad económica donde escaseen agregados de calidad. Los agregados de calidad deben cumplir ciertas reglas para darles un uso ingenieril optimo: deben consistir en partículas durables, limpias, duras, resistentes y libres de productos químicos absorbidos, recubrimientos de arcilla y otros materiales finos que pudieran afectar la hidratación y la adherencia la pasta del cemento. Las partículas de agregado que sean desmenuzables o susceptibles de resquebrajarse son indeseables. Los agregados que contengan cantidades apreciables de esquistos o de otras rocas esquistosas, de materiales suaves y porosos, y ciertos tipos de horsteno deberán evitarse en especial, puesto que tiene baja resistencia al intemperismo y pueden ser causa de defectos en la superficie tales como erupciones. AGUA DE MAR Aun cuando un concreto hecho con agua de mar puede tener una resistencia temprana mayor que un concreto normal, sus resistencias a edades mayores (después de 28 días) pueden ser inferiores. Esta reducción de resistencia puede ser compensada reduciendo la relación agua – cemento. El agua de mar no es adecuada para producir concreto reforzado con acero y no deberá usarse en concreto preforzados debido al riesgo de corrosión del esfuerzo, particularmente en ambientes cálidos y húmedos. El agua de mar que se utiliza para producir concreto, también tiende a causar eflorescencia y humedad en superficies de concreto expuestas al aire y al agua. AGUAS ACIDAS En general, el agua de mezclado que contiene ácidos clorhídrico, sulfúrico y otros ácidos inorgánicos comunes en concentraciones inferiores a 10,000 ppm no tiene un efecto adverso en la resistencia. Las aguas acidas con valores pH menores que 3.0 pueden ocasionar problemas de manejo y se deben evitar en la medida de lo posible. AGUAS ALCALINAS Las aguas con concentraciones de hidróxido de sodio de 0.5% el peso del cemento, no afecta en gran medida a la resistencia del concreto toda vez que no ocasionen un fraguado rápido. Sin embargo, mayores concentraciones pueden reducir la resistencia del concreto. El hidróxido de potasio en concentraciones menores a 1.2% por peso de cemento tiene poco efecto en la resistencia del concreto desarrollada por ciertos cementos, pero la misma concentración al ser usada con otros cementos puede reducir sustancialmente la resistencia a los 28 días.
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AGUAS DE ENJUAGUE La Agencia de Protección Ambiental y las agencias estatales de los EEUU prohíben descargar en las vías fluviales, aguas de enjuague no tratadas que han sido utilizadas para aprovechar la arena y la grava de concretos regresados o para lavar las mezcladoras. AGUAS DE DESPERDICIOS INDUSTRIALES La mayor parte de las aguas que llevan desperdicios industriales tienen menos de 4,000 ppm de sólidos totales. Cuando se hace uso de esta agua como aguas de mezclado para el concreto, la reducción en la resistencia a la compresión generalmente no es mayor que del 10% al 15%. AGUAS NEGRAS Las aguas negras típicas pueden tener aproximadamente 400 ppm de materia orgánica. Luego que estas aguas se han diluido en un buen sistema de tratamiento, la concentración se ve reducida aproximadamente 20 ppm o menos. Esta cantidad es demasiado pequeña para tener efecto de importancia en la resistencia. AGUA DE MEZCLADO PARA EL CONCRETO Casi cualquier agua natural que sea potable y que no tenga sabor u olor pronunciado, se puede utilizar para producir concreto. Sin embargo, algunas aguas no potables pueden ser adecuadas para el concreto. Se puede utilizar para fabricar concreto si los cubos de mortero (Norma ASTM C109), producidos con ella alcanzan resistencia a los siete días iguales al menos el 90% de especimenes testigo fabricados con agua potable o destilada. Las impurezas excesivas en el agua no solo pueden afectar el tiempo de fraguado y la resistencia de el concreto, si no también pueden ser causa de eflorescencia, manchado, corrosión del esfuerzo, inestabilidad volumétrica y una menor durabilidad. El agua que contiene menos de 2,000 partes de millón (ppm) de sólidos disueltos totales generalmente pueden ser utilizada de manera satisfactoria para elaborar concreto. El agua que contenga más de 2,000 ppm de sólidos disueltos deberá ser ensayada para investigar su efecto sobre la resistencia y el tiempo de fraguado. ABSORCIÓN Y HUMEDAD SUPERFICIAL La absorción y humedad superficial de los agregados se debe determina de acuerdo con las normas ASTM C 70, C 127, C128 y C 566 de manera que se pueda controlar el contenido neto de agua en el concreto y se puedan determinar los pesos correctos de cada mezcla. PROPORCIONAMIENTO DE MEZCLAS DE CONCRETO NORMAL El objetivo al diseñar una mezcla de concreto consiste en determinar la combinación más práctica y económica de los materiales con los que se dispone, para producir un concreto que satisfaga los requisitos de comportamiento bajo las condiciones particulares de su uso. Para lograr tal objetivo, una mezcla de concreto Ben proporcionada deberá poseer las propiedades siguientes: 1): En el concreto fresco, trabajabilidad aceptable. 2): En el concreto endurecido, durabilidad, resistencia y presentación uniforme. 3): Economía. ELECCION DE LAS CARACTERISTICAS DE LA MEZCLA En base al uso que se propone dar al concreto, a las condiciones de exposición, al tamaño y forma de lo miembros, y a las propiedades físicas del concreto (tales como la resistencia), que se requieren para la estructura. RELACIÓN ENTRE LA RELACIÓN AGUA – CEMENTO Y LA RESISTENCIA A pesar de ser una característica importante, otras propiedades tales como la durabilidad, la permeabilidad, y la resistencia al desgaste pueden tener igual o mayor importancia. El concreto se vuelve más resistente con el tiempo, siempre y cuando exista humedad disponible y se tenga una temperatura favorable. Por tanto, la resistencia a cualquier edad particular no s tanto función de la relación agua – cemento como lo es del grado de hidratación que alcance el cemento.
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EL CONCRETO ANTECEDENTES HISTORICOS DEL CONCRETO. La historia del cemento es la historia misma del hombre en la búsqueda de un espacio para vivir con la mayor comodidad, seguridad y protección posible. Desde que el ser humano supero la época de las cavernas, ha aplicado sus mayores esfuerzos a delimitar su espacio vital, satisfaciendo primero sus necesidades de vivienda y después levantando construcciones con requerimientos específicos. Templos, palacios, museos son el resultado del esfuerzo que constituye las bases para el progreso de la humanidad. El pueblo egipcio ya utilizaba un mortero – mezcla de arena con materia cementosa – para unir bloques y lozas de piedra al elegir sus asombrosas construcciones. Los constructores griegos y romanos descubrieron que ciertos depósitos volcánicos, mezclados con caliza y arena producían un mortero de gran fuerza, capaz de resistir la acción del agua, dulce o salada. Un material volcánico muy apropiado para estas aplicaciones lo encontraron los romanos en un lugar llamado Pozzuoli con el que aun actualmente lo conocemos como pozoluona. Investigaciones y descubrimientos a lo largo de miles de años, nos conducen a principios del año pasado, cuando en Inglaterra fue patentada una mezcla de caliza dura, molida y calcinada con arcilla, al agregársele agua, producía una pasta que de nuevo se calcinaba se molía y batía hasta producir un polvo fino que es el antecedente directo de nuestro tiempo. El nombre del cemento Pórtland le fue dado por la similitud que estetenia con la piedra de la isla de Pórtland del canal ingles. La aparición de este cemento y de su producto resultante el concreto a sido un factor determinante para que el mundo adquiere una fisonomía diferente. Edificios, calles, avenidas, carreteras, presas y canales, fabricas, talleres y casas, dentro del mas alto rango de tamaño y variedades nos dan un mundo nuevo de comodidad, de protección y belleza donde realizar nuestros mas ansiados anhelos, un mundo nuevo para trabajar, para crecer, para progresar, para vivir. 1824: - James Parker, Joseph Aspdin patentan al Cemento Pórtland, materia que obtuvieron de la calcinación de alta temperatura de una Caliza Arcillosa. 1845: - Isaac Johnson obtiene el prototipo del cemento moderno quemado, alta temperatura, una mezcla de caliza y arcilla hasta la formación del "clinker". 1868: - Se realiza el primer embarque de cemento Pórtland de Inglaterra a los Estados Unidos. 1871: - La compañía CoplayCement produce el primer cemento Pórtland en lo Estados Unidos. 1904: - La American Standard ForTestingMaterials (ASTM), publica por primera ves sus estándares de calidad para el cemento Pórtland. 1906: - En C.D. Hidalgo Nuevo León se instala la primera fabrica para la producción de cemento en Mexico, con una capacidad de 20,000 toneladas por año. 1992: - CEMEX se considera como el cuarto productor de cemento a nivel MUNDIAL con una producción de 30.3 millones de toneladas por año.
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FUNDAMENTOS SOBRE EL CONCRETO. El concreto es básicamente una mezcla de dos componentes: Agregado y pasta.-La pasta, compuesta de Cemento Pórtland y agua, une a los agregados (arena y grava o piedra triturada) para formar una masa semejante a una roca pues la pasta endurece debido a la reacción química entre el Cemento y el agua. Los agregados generalmente se dividen en dos grupos: finos y gruesos. Los agregados finos consisten en arenas naturales o manufacturadas con tamaños de partícula que pueden llegar hasta 10mm; los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla No. 16 y pueden variar hasta 152 mm. El tamaño máximo de agregado que se emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 25 mm. La pasta esta compuesta de Cemento Pórtland, agua y aire atrapado o aire incluido intencionalmente. Ordinariamente, la pasta constituye del 25 al 40 % del volumen total del concreto. El contenido de aire y concretos con aire incluido puede llegar hasta el 8% del volumen del concreto, dependiendo del tamaño máximo del agregado grueso. Como los agregados constituyen aproximadamente el 60 al 75 % del volumen total del concreto, su selección es importante. Los agregados deben consistir en partículas con resistencia adecuada así como resistencias a condiciones de exposición a la intemperie y no deben contener materiales que pudieran causar deterioro del concreto. Para tener un uso eficiente de la pasta de cemento y agua, es deseable contar con una granulometría continua de tamaños de partículas. La calidad del concreto depende en gran medida de la calidad de la pasta. En un concreto elaborado adecuadamente, cada partícula de agregado esta completamente cubierta con pasta y también todos los espacios entre partículas de agregado. Para cualquier conjunto especifico de materiales y de condiciones de curado, la cantidad de concreto endurecido está determinada por la cantidad de agua utilizada en la relación con la cantidad de Cemento. A continuación se presentan algunas ventajas que se obtienen al reducir el contenido de agua:
Se incrementa la resistencia a la compresión y a la flexión. Se tiene menor permeabilidad, y por ende mayor hermeticidad y menor absorción. Se incrementa la resistencia al intemperismo. Se logra una mejor unión entre capas sucesivas y entre el concreto y el esfuerzo. Se reducen las tendencias de agregamientos por contracción.
Entre menos agua se utilice, se tendrá una mejor calidad de concreto – a condición que se pueda consolidar adecuadamente. Menores cantidades de agua de mezclado resultan en mezclas mas rígidas; pero con vibración, aun las mezclas mas rígidas pueden ser empleadas. Para una calidad dada de concreto, las mezclas más rígidas son las más económicas. Por lo tanto, la consolidación del concreto por vibración permite una mejora en la calidad del concreto y en la economía. Las propiedades del concreto en estado fresco ( plástico) y endurecido, se puede modificar agregando aditivos al concreto, usualmente en forma liquida, durante su dosificación. Los aditivos se usan comúnmente para (1) ajustar el tiempo de fraguado o endurecimiento, (2) reducir la demanda de agua, (3) aumentar la trabajabilidad, (4) incluir intencionalmente aire, y (5) ajustar otras propiedades del concreto. Después de un proporcionamiento adecuado, así como, dosificación, mezclado, colocación, consolidación, acabado, y curado, el concreto endurecido se transforma en un material de construcción resistente, no combustible, durable, resistencia al desgaste y prácticamente impermeable que requiere poco o nulo mantenimiento. El concreto también es un excelente
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material de construcción porque puede moldearse en una gran variedad de formas, colores y texturizados para ser usado en un numero ilimitado de aplicaciones. CONCRETO RECIEN MEZCLADO El concreto recién mezclado debe ser plástico o semifluido y capaz de ser moldeado a mano. Una mezcla muy húmeda de concreto se puede moldear en el sentido de que puede colocarse en una cimbra, pero esto no entra en la definición de " plástico " aquel material que es plegable y capaz de ser moldeado o formado como un terrón de arcilla para moldar. En una mezcla de concreto plástico todos los granos de arena y las piezas de grava o de piedra que eran encajonados y sostenidos en suspensión. Los ingredientes no están predispuestos a segregarse durante el transporte; y cuando el concreto endurece, se transforma en una mezcla homogénea de todos los componentes. El concreto de consistencia plástica no se desmorona si no que fluye como liquido viscoso sin segregarse. El revenimiento se utiliza como una medida de la consistencia del concreto. Un concreto de bajo revenimiento tiene una consistencia dura. En la practica de la construcción, los elementos delgados de concreto y los elementos del concreto fuertemente reforzados requieren de mezclas trabajables, pero jamás de mezclas similares a una sopa, para tener facilidad en su colocación. Se necesita una mezcla plástica para tener resistencia y para mantener su homogeneidad durante el manejo y la colocación. Mientras que una mezcla plástica es adecuada para la mayoría con trabajos con concreto, se puede utilizar aditivos superfluidificantes para adicionar fluidez al concreto en miembros de concretos delgados o fuertemente reforzados. TRABAJABILIDAD La facilidad de colocar, consolidar y acabar al concreto recién mezclado. se denomina trabajabilidad. El concreto debe ser trabajable pero no se debe segregar excesivamente. El sangrado es la migración de el agua hacia la superficie superior del concreto recién mezclado provocada por el asentamiento de los materiales Sólidos – Cemento, arena y piedra dentro de la masa. El asentamiento es consecuencia del efecto combinado de la vibración y de la gravedad. Un sangrado excesivo aumenta la relación Agua - Cemento cerca de la superficie superior, pudiendo dar como resultado una capa superior débil de baja durabilidad, particularmente si se lleva acabo las operaciones de acabado mientras esta presente el agua de sangrado. Debido a la tendencia del concreto recién mezclado a segregarse y sangrar, es importante transportar y colocar cada carga lo más cerca posible de su posición final. El aire incluido mejor a la trabajabilidad y reduce la tendencia del concreto fresco de segregarse y sangrar. CONSOLIDACIÓN La vibración pone en movimiento a las partículas en el concreto recién mezclado, reduciendo la fricción entre ellas y dándole a la mezcla las cualidades móviles de un fluido denso. La acción vibratoria permite el uso de la mezcla dura que contenga una mayor proporción de agregado grueso y una menor proporción de agregado fino. Empleando un agregado bien graduado, entre mayor sea el tamaño máximo del agregado en el concreto, habrá que llenar pasta un menor volumen y existirá una menor área superficial de agregado por cubrir con pasta, teniendo como consecuencia que una cantidad menor de agua y de cemento es necesaria con una consolidación adecuada de las mezclas mas duras y ásperas pueden ser empleadas, lo que tiene como resultado una mayor calidad y economía. Si una mezcla de concreto es lo suficientemente trabajable para ser consolidada de manera adecuada por varillado manual, puede que no exista ninguna ventaja en vibrarla. De hecho, tales mezclas se pueden segregar al vibrarlas. Solo al emplear mezclas mas duras y ásperas se adquieren todos los beneficios de l vibrado.
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El vibrado mecánico tiene muchas ventajas. Los vibradores de alta frecuencia posibilitan la colocación económica de mezclas que no son facilites de consolidar a mano bajo ciertas condiciones. HIDRATACIÓN, TIEMPO DE FRAGUADO, ENDURECIMIENTO La propiedad de liga de las pastas de cemento Pórtland se debe a la reacción química entre el cemento y el agua llamada hidratación. El cemento Pórtland no es un compuesto químico simple, sino que es una mezcla de muchos compuestos. Cuatro de ellos conforman el 90% o masde el peso del cemento Pórtland y son: el silicato tricalcico, el silicato dicalcico, el aluminato tricalcico y el aluminio ferrito tetracalcico. Además de estos componentes principales, algunos otros desempeñan papeles importantes en el proceso de hidratación. Los tipos de cemento Pórtland contienen los mismos cuatro compuestos principales, pero en proporciones diferentes. Cuando el Clinker (el producto del horno que se muele para fabricar el cemento Pórtland) se examina al microscopio, la mayoría de los compuestos individuales del cemento se pueden identificar y se puede determinar sus cantidades. Sin embargo, los granos más pequeños evaden la detección visual. El diámetro promedio de una partícula de cemento típica es de aproximadamente 10 micras, o una centésima de milímetro. Si todas las partículas de cemento fueran las promedio, el cemento Pórtland contendría aproximadamente 298,000 millones de granos por kilogramo, pero de hecho existen unos 15 billones de partículas debido al alto ronago de tamaños de partícula. Las partículas en un kilogramo de cemento Pórtland tienen una área superficial aproximada de 400 metros cuadrados. Los dos silicatos de calcio, los cuales constituyen cerca del 75% del peso del cemento Pórtland, reaccionan con el agua para formar dos nuevos compuestos: el hidróxido de calcio y el hidrato de silicato de calcio. Este último es con mucho el componente cementante más importante en el concreto. Las propiedades ingenieriles del concreto, - fraguado y endurecimiento, resistencia y estabilidad dimensional - principalmente dependen del gel del hidrato de silicato de calcio. Es la medula del concreto. La composición química del silicato de calcio hidratado es en cierto modo variable, pero contiene cal (CaO) y sílice (Si02), en una proporción sobre el orden de 3 a 2. el área superficial del hidrato de silicato de calcio es de unos 3000 metros cuadrados por gramo. Las partículas son tan diminutas que solamente ser vistas en microscopio electrónico. En la pasta de cemento ya endurecida, estas partículas forman uniones enlazadas entre las otras fases cristalinas y los granos sobrantes de cemento sin hidratar; también se adhieren a los granos de arena y a piezas de agregado grueso, cementando todo el conjunto. La formación de esta estructura es la acción cementante de la pasta y es responsable del fraguado, del endurecimiento y del desarrollo de resistencia. Cuando el concreto fragua, su volumen bruto permanece casi inalterado, pero el concreto endurecido contiene poros llenos de agua y aire, mismos que no tienen resistencia alguna. La resistencia esta en la parte sólida de la pasta, en su mayoría en el hidrato de silicato de calcio y en las faces cristalinas. Entre menos porosa sea la pasta de cemento, mucho mas resistente es el concreto. Por lo tanto, cuando se mezcle el concreto no se debe usar una cantidad mayor de agua que la absolutamente necesaria para fabricar un concreto plástico y trabajable. A un entonces, el agua empleada es usualmente mayor que la que se requiere para la completa hidratación del cemento. La relación mínima Agua – Cemento (en peso) para la hidratación total es aproximadamente de 0.22 a 0.25. El conocimiento de la cantidad de calor liberan do a medida de que el cemento se hidrato puede ser útil para planear la construcción. En invierno, el calor de hidratación ayudara a proteger el
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concreto contra el daño provocado por temperaturas de congelación. Sin embargo, el calor puede ser en estructuras masivas, tales como presas, porque puede producir esfuerzos indeseables al enfriarse luego de endurecer. El cemento Pórtland tipo 1 un poco mas de la mitad de su calor total de hidratación en tres días. El cemento tipo 3, de alta resistencia temprana, libera aproximadamente el mismo porcentaje de su calor en mucho menos de tres días. El cemento tipo 2, un cemento de calor moderado, libera menos calor total que los otros y deben pasar mas de tres días para que se libere únicamente la mitad de ese calor. El uso de cemento tipo 4, cemente Pórtland de bajo calor de hidratación, se debe de tomar en consideración donde sea de importancia fundamental contar con un bajo calor de hidratación. Es importante conocer la velocidad de reacción entre el cemento y el agua porque la velocidad de terminada el tiempo de fraguado y de endurecimiento. La reacción inicial debe ser suficientemente lenta para que conceda tiempo al transporte y colocación del concreto. Sin embargo, una vez que el concreto ha sido colocado y terminado, es deseable tener un endurecimiento rápido. El yeso, que es adicionado en el molino de cemento durante la molienda del Clinker, actua como regulador de la velocidad inicial de hidratación del cemento Pórtland. Otros factores que influyen en la velocidad de hidratación incluyen la finura de molienda, los aditivos, la cantidad de agua adicionada y la temperatura de los materiales en el momento del mezclado. CONCRETO ENDURECIDO CURADO HUMEDO El aumento de resistencia continuara con la edad mientras este presente algo de cemento sin hidratar, a condición de que el concreto permanezca húmedo o tenga una humedad relativa superior a aproximadamente el 80% y permanezca favorable la temperatura del concreto. Cuando la humedad relativa dentro del concreto cae aproximadamente al 80% o la temperatura del concreto desciende por debajo del punto de congelación, la hidratación y el aumento de resistencia virtualmente se detiene. Si se vuelve a saturar el concreto luego de un periodo de secado, la hidratación se reanuda y la resistencia vuelve a aumentar. Sin embargo lo mejor es aplicar el curado húmedo al concreto de manera continua desde el momento en que se ha colocado hasta cuando haya alcanzado la calidad deseada debido a que el concreto es difícil de restaurar. VELOCIDAD DE SECADO DEL CONCRETO El concreto ni endurece ni se cura con el secado. El concreto (o de manera precisa, el cemento en el contenido) requiere de humedad para hidratarse y endurecer. El secado del concreto únicamente esta relacionado con la hidratación y el endurecimiento de manera indirecta. Al secarse el concreto, deja de ganar resistencia; el hecho de que este seco, no es indicación de que haya experimentado la suficiente hidratación para lograr las propiedades físicas deseadas. El conocimiento de la velocidad de secado es útil para comprender las propiedades o la condición física del concreto. Por ejemplo, tal como se menciono, el concreto debe seguir reteniendo suficiente humedad durante todo el periodo de curado para que el cemento pueda hidratarse. El concreto recién colado tiene agua abundante, pero a medida de que el secado progresa desde la superficie hacia el interior, el aumento de resistencia continuara a cada profundidad únicamente mientras la humedad relativa en ese punto se mantenga por encima del 80%. En tanto que la superficie del concreto se seca rápidamente, al concreto en el interior le lleva mucho mas tiempo secarse.
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Note que luego de 114 días de secado natural el concreto aun se encuentra muy húmedo en su interior y que se requiere de 850 días para que la humedad relativa en el concreto descendiera al 50%. El contenido de humedad en elementos delgados de concreto que han sido secados al aire con una humedad relativa de 50% a 90% durante varios meses es de 1% a 2% en peso del concreto, del contenido original de agua, de las condiciones de secado y del tamaño del elemento de concreto. El tamaño y la forma de un miembro de concreto mantienen una relación importante como la velocidad de secado. Los elementos del concreto de gran área superficial en relación a su volumen (tales como losas de piso) se secan con mucho mayor rapidez que los grandes volúmenes de concreto con ares superficiales relativamente pequeñas (tales como los estribos de puentes). Muchas otras propiedades del concreto endurecido se ven también afectadas por su contenido de humedad; en ellas incluye la elasticidad, flujo plástico, valor de aislamiento, resistencia al fuego, resistencia al desgaste, conductividad eléctrica, durabilidad. PESO UNITARIO El concreto convencional, empleado normalmente en pavimentos, edificios y en otras estructuras tiene un peso unitario dentro del rango de 2,240 y 2,400 kg por metro cúbico (kg/m3). El peso unitario (densidad) del concreto varia, dependiendo de la cantidad y de la densidad relativa del agregado, de la cantidad del aire atrapado o intencionalmente incluido, y de los contenidos de agua y de cemento, mismos que a su vez se ven influenciados por el tamaño máximo del agregado. Para el diseño de estructuras de concreto, comúnmente se supone que la combinación del concreto convencional y de las barras de refuerzo pesa 2400 kg/m3. El peso del concreto seco iguala al peso del concreto recién mezclado menos el peso del agua evaporable. Una parte del agua de mezclado se combina químicamente con el cemento durante el proceso de hidratación, transformando al cemento en gel de cemento. También un poco de agua permanece retenida herméticamente en poros y capilares y no se evapora bajo condiciones normales. La cantidad de agua que se evapora al aire a una humedad relativa del 50% es de aproximadamente 2% a 3% del peso del concreto, dependiendo del contenido inicial de agua del concreto, de las características de absorción de los agregados, y del tamaño de la estructura. Además del concreto convencional, existe una amplia variedad de otros concretos para hacer frente a diversas necesidades, variando desde concretos aisladores ligeros con pesos unitarios de 240 kg/m3, a concretos pesados con pesos unitarios de 6400 kg/m3, que se emplean para contrapesos o para blindajes contra radiaciones. RESISTENCIA A CONGELACION Y DESHIELO Del concreto utilizado en estructuras y pavimentos, se espera que tenga una vida larga y un mantenimiento bajo. Debe tener buena durabilidad para resistir condiciones de exposición anticipadas. El factor de intemperismomas destructivo es la congelación y el deshielo mientras el concreto se encuentra húmedo, particularmente cuando se encuentra con la presencia de agentes químicos descongelantes. El deterioro provocado por el congelamiento del agua en la pasta, en las partículas del agregado o en ambos. Con la inclusión de aire es sumamente resistente a este deterioro. Durante el congelamiento, el agua se desplaza por la formación de hielo en la pasta se acomoda de tal forma que no resulta perjudicial; las burbujas de aire en la pasta suministran cámaras donde se introduce el agua y así se alivia la presión hidráulica generada.
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Cuando la congelación ocurre en un concreto que contenga agregado saturado, se pueden generar presiones hidráulicas nocivas dentro del agregado. El agua desplazada desde las partículas del agregado durante la formación del hielo no puede escapar lo suficientemente rápido hacia la pasta circundante para aliviar la presión. Sin embargo, bajo casi todas las condiciones de exposición, una pasta de buena calidad (de baja relación Agua – Cemento) evitara que la mayor parte de las partículas de agregado se saturen. También, si la pasta tiene aire incluido, acomodara las pequeñas cantidades de agua en exceso que pudieran ser expulsadas por los agregados, protegiendo así al concreto contra daños por congelación y deshielo. (1): El concreto con aire incluido es mucho mas resistente a los ciclos de congelación y deshielo que el concreto sin aire incluido, (2): el concreto con una relación Agua – Cemento baja es mas durable que el concreto con una relación Agua – Cemento alta, (3) un periodo de secado antes de la exposición a la congelación y el deshielo beneficia sustancialmente la resistencia a la congelación y deshielo beneficia sustancialmente la resistencia a la congelación y el deshielo del concreto con aire incluido , pero no beneficia de manera significativa al concreto sin aire incluido. El concreto con aire incluido con una relación Agua – Cemento baja y con un contenido de aire de 4% a 8% soportara un gran número de ciclos de congelación y deshielo sin presentar fallas. La durabilidad a la congelación y deshielo se puede determinar por el procedimiento de ensaye de laboratorio ASTM C 666, " Estándar Test MethodforResistance of Concrete to Rapid Freezing and Thawing". A partir de la prueba se calcula un factor de durabilidad que refleja el numero de ciclos de congelación y deshielo requeridos para producir una cierta cantidad de deterioro. La resistencia al descascaramiento provocado por compuestos descongelantes se puede determinar por medio del procedimiento ASTC 672 "Estándar Test MethodforScalingResistance of Concrete SurfaceExposedtoDeicingChemicals". PERMEABILIDAD Y HERMETICIDAD El concreto empleado en estructuras que retengan agua o que estén expuestas a mal tiempo o a otras condiciones de exposición severa debe ser virtualmente impermeable y hermético. La hermeticidad se define a menudo como la capacidad del concreto de refrenar o retener el agua sin escapes visibles. La permeabilidad se refiere a la cantidad de migración de agua a través del concreto cuando el agua se encuentra a presión, o a la capacidad del concreto de resistir la penetración de agua u atrás sustancias (liquido, gas, iones, etc.). Generalmente las mismas propiedades que convierten al concreto menos permeable también lo vuelven mas hermético. La permeabilidad total del concreto al agua es una función de la permeabilidad de la pasta, de la permeabilidad y granulometría del agregado, y de la proporción relativa de la pasta con respecto al agregado. la disminución de permeabilidad mejora la resistencia del concreto a la restauración, a l ataque de sulfatos y otros productos químicos y a la penetración del Ion cloruro. La permeabilidad también afecta la capacidad de destrucción por congelamiento en condiciones de saturación. Aquí la permeabilidad de la pasta es de particular importancia porque la pasta recubre a todos los constituyentes del concreto. La permeabilidad de la pasta depende de la relación Agua – Cemento y del agregado de hidratación del cemento o duración del curado húmedo. Un concreto de baja permeabilidad requiere de una relación Agua – Cemento baja y un periodo de curado húmedo adecuado. Inclusión de aire ayuda a la hermeticidad aunque tiene un efecto mínimo sobre la permeabilidad aumenta con el secado. La permeabilidad de una pasta endurecida madura mantuvo continuamente rangos de humedad de 0.1x10E- 12cm por seg. para relaciones Agua – Cemento que variaban de 0.3 a 0.7. La permeabilidad de rocas comúnmente utilizadas como agregado para concreto varia desde
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aproximadamente 1.7 x10E9 hasta 3.5x10E-13 cm por seg. La permeabilidad de un concreto maduro de buena calidad es de aproximadamente 1x10E- 10cm por seg. Los resultados de ensayes obtenidos al sujetar los discos de mortero sin aire incluido de 2.5cm de espesor a una presión de agua de 1.4 kg/cm cuadrado. En estos ensayes, no existieron fugas de agua a través del disco de mortero que tenia relación Agua – Cemento en peso iguales a 0.50 o menores y que hubieran tenido un curado húmedo de siete días. Cuando ocurrieron fugas, estas fueron mayores en los discos de mortero hechos con altas relaciones Agua – Cemento. También, para cada relación Agua – Cemento, las fugas fueron menores a medida que se aumentaba el periodo de curado húmedo. En los discos con una relación agua cemento de 0.80 el mortero permitía fugas a pesar de haber sido curado durante un mes. Estos resultados ilustran claramente que una relación Agua - cemento baja y un periodo de curado reducen permeabilidad de manera significativa. Las relaciones Agua – Cemento bajas también reducen la segregación y el sangrado, contribuyendo adicionalmente a la hermeticidad. Para ser hermético, el concreto también debe estar libre de agrietamientos y de celdillas. Ocasionalmente el concreto poroso – concreto sin finos que permite fácilmente el flujo de agua a través de si mismo – se diseña para aplicaciones especiales. En estos concretos, el agregado fino se reduce grandemente o incluso se remueve totalmente produciendo un gran volumen de huecos de aire. El concreto poroso ha sido utilizado en canchas de tenis, pavimentos, lotes para estacionamientos, invernaderos estructuras de drenaje. El concreto excluido de finos también se ha empleado en edificios a sus propiedades de aislamiento térmico. RESISTENCIA AL DESGASTE Los pisos, pavimentos y estructuras hidráulicas están sujetos al desgaste; por tanto, en estas aplicaciones el concreto debe tener una resistencia elevada a la abrasión. Los resultados de pruebas indican que la resistencia a la abrasión o desgaste esta estrechamente relacionada con la resistencia la compresión del concreto. Un concreto de alta resistencia a compresión tiene mayor resistencia a la abrasión que un concreto de resistencia a compresión baja. Como la resistencia a la compresión depende de la relación Agua – Cemento baja, así como un curado adecuado son necesarios para obtener una buena resistencia al desgaste. El tipo de agregado y el acabado de la superficie o el tratamiento utilizado también tienen fuerte influencia en la resistencia al desgaste. Un agregado duro es mas resistente a la abrasión que un agregado blando y esponjoso, y una superficie que ha sido tratada con llana de metal resistente mas el desgaste que una que no lo ha sido. Se pueden conducir ensayes de resistencia a la abrasión rotando balines de acero, ruedas de afilar o discos a presión sobre la superficie (ASTM 779). Se dispone también de otros tipos de ensayes de resistencia a la abrasión (ASTM C418 y C944). ESTABILIDAD VOLUMÉTRICA El concreto endurecido presenta ligeros cambios de volumen debido a variaciones en la temperatura, en la humedad en los esfuerzos aplicados. Estos cambios de volumen o de longitud pueden variar de aproximadamente 0.01% hasta 0.08%. En le concreto endurecido los cambios de volumen por temperatura son casi para el acero. El concreto que se mantiene continuamente húmedo se dilatara ligeramente. Cuando se permite que seque, el concreto se contrae. El principal factor que influye en la magnitud de la contracción por el secado aumenta directamente con los incrementos de este contenido de agua. La magnitud de la contracción también depende de otros factores, como las cantidades de agregado empleado, las propiedades del agregado, tamaño y forma de la masa de concreto, temperatura y humedad relativa del medio ambiente, método de curado, grado de hidratación,
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y tiempo. El contenido de cemento tiene un efecto mínimo a nulo sobre la contracción por secado para contenidos de cemento entre 280 y 450 kg por metro cúbico. Cuando el concreto se somete a esfuerzo, se forma elásticamente. Los esfuerzos sostenidos resultan en una deformación adicional llamada fluencia. La velocidad de la fluencia (deformación por unidad de tiempo) disminuye con el tiempo. CONTROL DE AGRIETAMIENTO Las dos causas básicas por las que se producen grietas en el concreto son (1) esfuerzos debidos a cargas aplicadas y (2) esfuerzos debidos a contracción por secado o a cambios de temperatura en condiciones de restricción La contracción por secado es una propiedad inherente e inevitable del concreto, por lo que se utiliza acero de refuerzo colocado en una posición adecuada para reducir los anchos de grieta, o bien juntas que predetermine y controlen la ubicación de las grietas. Los esfuerzos provocados por las fluctuaciones de temperatura pueden causar agrietamientos, especialmente en edades tempranas. Las grietas por contracción del concreto ocurren debido a restricciones. Si no existe una causa que impida el movimiento del concreto y ocurren contracciones, el concreto no se agrieta. Las restricciones pueden ser provocadas por causas diversas. La contracción por de secado siempre es mayor cerca de la superficie del concreto; las porciones húmedas interiores restringen al concreto en las cercanías de la superficie con lo que se pueden producir agrietamientos. Otras causas de restricción son el acero de refuerzo embebido e el concreto, las partes de una estructura interconectadas entre si, y la fricción de la subrasante sobre la cual va colocado el concreto. Las juntas son el método mas efectivo para controlar agrietamientos. Si una extensión considerable de concreto (una pared, losa o pavimento) no contiene juntas convenientemente espaciadas que alivien la contracción por secado y por temperatura, el concreto se agrietara de manera aleatoria. Las juntas de control se ranura, se Forman o se aserran en banquetas, calzadas, pavimentos, pisos y muros de modo que las grietas ocurran en esas juntas y no aleatoriamente. Las juntas de control permiten movimientos en el plano de una losa o de un muro. Se desarrollan aproximadamente a un cuarto del espesor del concreto. Las juntas de separación aíslan a una losa de otros elementos e otra estructura y le permiten tantos movimientos horizontales como verticales. Se colocan en las uniones de pisos con muros, columnas, bases y otros puntos donde pudieran ocurrir restricciones. Se desarrollan en todo el espesor de la losa e incluyen un relleno premoldeado para la junta. Las juntas de construcción se colocan en los lugares donde ha concluido la jornada de trabajo; separan áreas de concreto colocado en distintos momentos. En las losas para pavimentos, las juntas de construcción comúnmente se alinean con las juntas de control o de separación, y funcionan también como estas últimas. AGUA DE MEZCLADO PARA EL CONCRETO Casi cualquier agua natural que sea potable y que no tenga sabor u olor pronunciado, se puede utilizar para producir concreto. Sin embargo, algunas aguas no potables pueden ser adecuadas para el concreto. Se puede utilizar para fabricar concreto si los cubos de mortero (Norma ASTM C109), producidos con ella alcanzan resistencia a los siete días iguales a al menos el 90% de especimenes testigo fabricados con agua potable o destilada.
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Las impurezas excesivas en el agua no solo pueden afectar el tiempo de fraguado y la resistencia de el concreto, si no también pueden ser causa de eflorescencia, manchado, corrosión del esfuerzo, inestabilidad volumétrica y una menor durabilidad. El agua que contiene menos de 2,000 partes de millón (ppm) de sólidos disueltos totales generalmente pueden ser utilizada de manera satisfactoria para elaborar concreto. El agua que contenga mas de 2,000 ppm de sólidos disueltos deberá ser ensayada para investigar su efecto sobre la resistencia y el tiempo de fraguado. SEDIMENTOS O PARTÍCULAS EN SUSPENSION Se puede tolerar en el agua aproximadamente 2,000 ppm de arcilla en suspensión o de partículas finas de roca. Cantidades mayores podría no afectar la resistencia, pero bien podrían influir sobre otras propiedades de algunas mezclas de concreto. Antes ser empleada, cualquier agua lodosa deberá pasar a través de estanques de sedimentación o deberá ser clarificada por cualquier otro medio para reducir la cantidad de sedimentos y de arcilla agregada a la mezcla. Cuando se regresan finos de cemento al concreto en aguas de enjuague recicladas, se pueden tolerar 50,000 ppm. AGREGADO PARA CONCRETO Los agregados finos y gruesos ocupan comúnmente de 60% a 75% del volumen del concreto (70% a 85% en peso), e influyen notablemente en las propiedades del concreto recién mezclados y endurecidos, en las proporciones de la mezcla, y en la economía. Los agregados finos comúnmente consisten en arena natural o piedra triturada siendo la mayoría de sus partículas menores que 5mm. Los agregados gruesos consisten en una grava o una combinación de grava o agregado triturado cuyas partículas sean predominantemente mayores que 5mm y generalmente entre 9.5 mm y 38mm. Algunos depósitos naturales de agregado, a veces llamados gravas de mina, rió, lago o lecho marino. El agregado triturado se produce triturando roca de cantera, piedra bola, guijarros, o grava de gran tamaño. La escoria de alto horno enfriada al aire y triturada también se utiliza como agregado grueso o fino. 1): Un material es una sustancia sólida natural que tiene estructura interna ordenada y una composición química que varía dentro de los límites muy estrechos. Las rocas (que dependiendo de su origen se pueden clasificar como ígneas, sedimentarias o metamórficas), se componen generalmente de varios materiales. Por ejemplo, el granito contiene cuarzo, feldespato, mica y otros cuantos minerales; la mayor parte de las calizas consisten en calcita, dolomita y pequeñas cantidades de cuarzo, feldespato y arcilla. El intemperismo y la erosión de las rocas producen partículas de piedra, grava, arena, limo, y arcilla. El concreto reciclado, o concreto de desperdicio triturado, es una fuente factible de agregados y una realidad económica donde escaseen agregados de calidad. Los agregados de calidad deben cumplir ciertas reglas para darles un uso ingenieril optimo: deben consistir en partículas durables, limpias, duras, resistentes y libres de productos químicos absorbidos, recubrimientos de arcilla y otros materiales finos que pudieran afectar la hidratación y la adherencia la pasta del cemento. Las partículas de agregado que sean desmenuzables o susceptibles de resquebrajarse son indeseables. Los agregado que contengan cantidades apreciables de esquistos o de otras rocas esquistosas, de materiales suaves y porosos, y ciertos tipos de horsteno deberán evitarse en especial, puesto que tiene baja resistencia al intemperismo y pueden ser causa de defectos en la superficie tales como erupciones.
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GRANULOMETRIA La granulometría es la distribución de los tamaños de las partículas de un agregado tal como se determina por análisis de tamices (norma ASTM C 136). El tamaño de partícula del agregado se determina por medio de tamices de malla de alambre aberturas cuadradas. Los siete tamices estándar ASTM C 33 para agregado fino tiene aberturas que varían desde la malla No. 100(150 micras) hasta 9.52 mm. Los números de tamaño (tamaños de granulometría), para el agregado grueso se aplican a las cantidades de agregado (en peso), en porcentajes que pasan a través de un arreglo de mallas. Para la construcción de vías terrestres, la norma ASTM D 448 enlista los trece números de tamaño de la ASTM C 33, más otros seis números de tamaño para agregado grueso. La arena o agregado fino solamente tiene un rango de tamaños de partícula. La granulometría y el tamaño máximo de agregado afectan las proporciones relativas de los agregados así como los requisitos de agua y cemento, la trabajabilidad, capacidad de bombeo, economía, porosidad, contracción y durabilidad del concreto. GRANULOMETRIA DE LOS AGREGADOS FINOS Depende del tipo de trabajo, de la riqueza de la mezcla, y el tamaño máximo del agregado grueso. En mezclas mas pobres, o cuando se emplean agregados gruesos de tamaño pequeño, la granulometría que mas se aproxime al porcentaje máximo que pasa por cada criba resulta lo mas conveniente para lograr una buena trabajabilidad. En general, si la relación agua – cemento se mantiene constante y la relación de agregado fino a grueso se elige correctamente, se puede hacer uso de un amplio rango de granulometría sin tener un efecto apreciable en la resistencia. Entre mas uniforme sea la granulometría, mayor será la economía. Estas especificaciones permiten que los porcentajes mínimos (en peso) del material que pasa las mallas de 0.30mm (No. 50) y de 15mm (No. 100) sean reducidos a 15% y 0%, respectivamente, siempre y cuando: 1): El agregado que se emplee en un concreto que contenga mas de 296 Kg de cemento por metro cúbico cuando el concreto no tenga inclusión de aire. 2): Que el modulo de finura no sea inferior a 2.3 ni superior a 3.1, el agregado fino se deberá rechazar a menos de que se hagan los ajustes adecuados en las proporciones el agregado fino y grueso. Las cantidades de agregado fino que pasan las mallas de 0.30 mm (No. 50) y de 1.15 mm (No. 100), afectan la trabajabilidad, la textura superficial, y el sangrado del concreto. El modulo de finura (FM) del agregado grueso o del agregado fino se obtiene, conforme a la norma ASTM C 125, sumando los porcentajes acumulados en peso de los agregados retenidos en una serie especificada de mallas y dividiendo la suma entre 100. El modulo de finura es un índice de la finura del agregado entre mayor sea el modo de finura, mas grueso será el agregado. El modulo de finura del agregado fino es útil para estimar las proporciones de los de los agregados finos y gruesos en las mezclas de concreto. GRANULOMETRIA DE LOS AGREGADOS GRUESOS El tamaño máximo del agregado grueso que se utiliza en el concreto tiene su fundamento en la economía. Comúnmente se necesita mas agua y cemento para agregados de tamaño pequeño que para tamaños mayores, para revenimiento de aproximadamente 7.5 cm para un amplio rango de tamaños de agregado grueso. El numero de tamaño de la granulometría (o tamaño de la granulometría). El número de tamaño se aplica a la cantidad colectiva de agregado que pasa a través de un arreglo mallas.
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El tamaño máximo nominal de un agregado, es el menor tamaño de la malla por el cual debe pasar la mayor parte del agregado. La malla de tamaño máximo nominal, puede retener de 5% a 15% del agregado dependiendo del número de tamaño. Por ejemplo, el agregado de numero de tamaño 67 tiene un tamaño máximo de 25 mm y un tamaño máximo nominal de 19 mm. De noventa a cien por ciento de este agregado debe pasar la malla de 19 mm y todas sus partículas deberán pasar la malla 25 mm. Por lo común el tamaño máximo de las partículas de agregado no debe pasar: 1): Un quinto de la dimensión mas pequeña del miembro de concreto. 2): Tres cuartos del espaciamiento libre entre barras de refuerzo. 3): Un tercio del peralte de las losas. AGREGADO CON GRANULOMETRIA DISCONTINUA Consisten en solo un tamaño de agregado grueso siendo todas las partículas de agregado fino capaces de pasar a través de los vacíos en el agregado grueso compactado. Las mezclas con granulometría discontinua se utilizan para obtener texturas uniformes en concretos con agregados expuestos. También se emplean en concretos estructurales normales, debido a las posibles mejoras en densidad, permeabilidad, contracción, fluencia, resistencia, consolidación, y para permitir el uso de granulometría de agregados locales. Para un agregado de 19.0 mm de tamaño máximo, se pueden omitir las partículas de 4.75 mm a 9.52 mm sin hacer al concreto excesivamente áspero o propenso a segregarse. En el caso del agregado de 38.1 mm, normalmente se omiten los tamaños de 4.75 mm a 19.0 mm. Una elección incorrecta, puede resultar en un concreto susceptible de producir segregación o alveolado debido a un exceso de agregado grueso o en un concreto de baja densidad y alta demanda de agua provocada por un exceso de agregado fino. Normalmente el agregado fino ocupa del 25% al 35% del volumen del agregado total. Para un acabado terso al retirar la cimbra, se puede usar un porcentaje de agregado fino respecto del agregado total ligeramente mayor que para un acabado con agregado expuesto, pero ambos utilizan un menor contenido de agregado fino que las mezclas con granulometría continua. El contenido de agregado fino depende del contenido del cemento, del tipo de agregado, y de la trabajabilidad. Para mantener la trabajabilidad normalmente se requiere de inclusión de aire puesto que las mezclas con granulometría discontinua con revenimiento bajo hacen uso de un bajo porcentaje de agregado fino y a falta de aire incluido producen mezclas ásperas. Se debe evitar la segregación de las mezclas con granulometría discontinua, restringiendo el revenimiento al valor mínimo acorde a una buena consolidación. Este puede variar de cero a 7.5 cm dependiendo del espesor de la sección, de la cantidad de refuerzo, y de la altura de colado. Si se requiere una mezcla áspera, los agregados con granulometría discontinua podrían producir mayores resistencias que los agregados normales empleados con contenidos de cemento similares. Sin embargo, cuando han sido proporcionados adecuadamente, estos concretos se consolidan fácilmente por vibración. FORMA DE PARTÍCULA Y TEXTURA SUPERFICIAL Para producir un concreto trabajable, las partículas elongadas, angulares, de textura rugosa necesitan más agua que los agregados compactos, redondeados y lisos. En consecuencia, las partículas de agregado que son angulares, necesitan un mayor contenido de cemento para mantener la misma relación agua – cemento. La adherencia entre la pasta de cemento y un agregado generalmente aumenta a medida que las partículas cambian de lisas y redondeadas a rugosas y angulares.
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PESO VOLUMETRICO Y VACIOS El peso volumétrico (también llamado peso unitario o densidad en masa) de un agregado, es el peso del agregado que se requiere para llenar un recipiente con un volumen unitario especificado. PESO ESPECÍFICO El peso específico (densidad relativa) de un agregado es la relación de su peso respecto al peso de un volumen absoluto igual de agua (agua desplazada por inmersión). Se usa en ciertos cálculos para proporcionamiento de mezclas y control, por ejemplo en la determinación del volumen absoluto ocupado por el agregado. ABSORCIÓN Y HUMEDAD SUPERFICIAL La absorción y humedad superficial de los agregados se debe determina de acuerdo con las normas ASTM C 70, C 127, C128 y C 566 de manera que se pueda controlar el contenido neto de agua en el concreto y se puedan determinar los pesos correctos de cada mezcla. PROPORCIONAMIENTO DE MEZCLAS DE CONCRETO NORMAL El objetivo al diseñar una mezcla de concreto consiste en determinar la combinación mas practica y económica de los materiales con los que se dispone, para producir un concreto que satisfaga los requisitos de comportamiento bajo las condiciones particulares de su uso. Para lograr tal objetivo, una mezcla de concreto Ben proporcionada deberá poseer las propiedades siguientes: 1): En el concreto fresco, trabajabilidad aceptable. 2): En el concreto endurecido, durabilidad, resistencia y presentación uniforme. 3): Economía. ELECCION DE LAS CARACTERISTICAS DE LA MEZCLA En base al uso que se propone dar al concreto, a las condiciones de exposición, al tamaño y forma de lo miembros, y a las propiedades físicas del concreto (tales como la resistencia), que se requieren para la estructura. RELACIÓN ENTRE LA RELACIÓN AGUA – CEMENTO Y LA RESISTENCIA A pesar de ser una característica importante, otras propiedades tales como la durabilidad, la permeabilidad, y la resistencia al desgaste pueden tener igual o mayor importancia. El concreto se vuelve mas resistente con el tiempo, siempre y cuando exista humedad disponible y se tenga una temperatura favorable. Por tanto, la resistencia a cualquier edad particular no s tanto función de la relación agua – cemento como lo es del grado de hidratación que alcance el cemento. Clases de concreto Para su empleo en las distintas clases de obra y de acuerdo con su resistencia mínima a la compresión, determinada según la norma MTC E 704, se establecen las siguientes clases de concreto:
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Clase
Resistencia mínima a la compresión a 28 días
Concreto pre y post tensado A B
34,3 MPa (350 Kg/cm²) 31,4 Mpa (320 Kg/cm²)
Concreto reforzado C D E
27,4 MPa (280 Kg/cm²) 20,6 MPa (210 Kg/cm²) 17,2 MPa (175 Kg/cm²)
Concreto simple F
13,7 MPa (140 Kg/cm²)
Concreto ciclópeo G
13,7 MPa (140 Kg/cm²) Se compone de concreto simple Clase F y agregado ciclópeo, en proporción de 30% del volumen total, como máximo.
Al efectuar las pruebas de tanteo en el laboratorio para el diseño de la mezcla, las muestras para los ensayos de resistencia deberán ser preparadas y curadas de acuerdo con la norma MTC E 702 y ensayadas según la norma de ensayo MTC E 704. Se deberá establecer una curva que muestre la variación de la relación agua/cemento (o el contenido de cemento) y la resistencia a compresión a veintiocho (28) días. La curva se deberá basar en no menos de tres (3) puntos y preferiblemente cinco (5), que representen tandas que den lugar a resistencias por encima y por debajo de la requerida. Cada punto deberá representar el promedio de por lo menos tres (3) cilindros ensayados a veintiocho (28) días. La máxima relación agua/cemento permisible para el concreto a ser empleado en la estructura, será la mostrada por la curva, que produzca la resistencia promedio requerida que exceda la resistencia de diseño del elemento, según lo indica la Tabla N° 610-1.
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Tabla N° 610-1 Resistencia Promedio Requerida Resistencia Especificada a la Compresión Resistencia Promedio Requerida a la Compresión < 20,6 MPa (210 Kg/cm²)
f´c + 6,8 MPa (70 Kg/cm²)
20,6 – 34,3 MPa (210 – 350 Kg/cm²)
f´c + 8,3 MPa (85 Kg/cm²)
> 34,3 MPa (350 Kg/cm²)
f´c + 9,8 MPa (100 Kg/cm²)
Si la estructura de concreto va a estar sometida a condiciones de trabajo muy rigurosas, la relación agua/cemento no podrá exceder de 0,50 si va a estar expuesta al agua dulce, ni de 0.45 para exposiciones al agua de mar o cuando va a estar expuesta a concentraciones perjudiciales que contengan sulfatos. Cuando se especifique concreto con aire, el aditivo deberá ser de clase aprobada según se indica en la Subsección610.03(e). La cantidad de aditivo utilizado deberá producir el contenido de aire incorporado que muestra en la Tabla Requisitos Sobre Aire Incluido Resistencia de diseño a 28 días
Porcentaje aire incluido
280kg/cm² –350kg/cm² concreto normal
06 - 8
280kg/cm² -350kg/cm² concreto pre-esforzado
02 - 5
140kg/cm² -280kg/cm² concreto normal
03 - 6
La cantidad de aire incorporado se determinará según la norma de ensayo AASHTO-T152 o ASTM-C231. Tipos de Hormigón o Tipos de Concreto, en general los hormigones o concretos se clasifican por su uso: Hormigón Armado / Concreto estructural Hormigón de Cimentación / concreto de fundaciones Hormigón de Soleras / Concreto de Base
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MORTEROS Definiciones: La mezcla de un aglomerante y agua, se llama pasta, pero ésta debe ofrecer cierta consistencia, pues cuando el aglomerante está muy diluido, la mezcla se llama lechada. Mortero es la mezcla de un aglomerante y agregado fino, realizada por vía húmeda. Cuando el mortero se prepara con mas de un aglomerante, se denomina mortero bastardo. La aplicación de la pasta sobre una superficie se llama empastado; y tartajeadoó revoque, la de un mortero. El tartajeado puede ser primario ó enfoscado,
enlucidoó
tartajeo fino, etc.
88 Mortero para tomar las juntas entre hiladas de ladrillo.
El mortero es una mezcla de conglomerantesinorgánicos, árido fino (arena), agua y posibles aditivos y adiciones. Generalmente se utiliza para obras de albañilería, como material de agarre, revestimiento de paredes, etc. Generalidades: El papel que desempeña la arena en los morteros es múltiple. a) En el caso de los morteros de cal, es simplemente mecánico, pues sirve para separar los granos del aglomerante y evitar de ese modo las contracciones que se producen en el mortero como consecuencia de la evaporación del agua del amasado y a la que se absorbe en la hidratación del calcáreo. b) Cuando se emplean aglomerantes hidráulicos, ya no se originan contracciones, y entonces la arena sirve para disminuir la dosis de aglomerante. c) En todos los casos, los agregados desempeñan la función de dar resistencia a las masas, ó como se dice corrientemente, darles “cuerpo”. Teóricamente solo se necesitaría la cantidad de aglomerantes para cubrir con una película a los granos de arena, los cuales se pueden suponer tangentes entre sí; pero como además se desea obtener una masa compacta y casi siempre impermeable, se tendrá que llenar los vacíos con el aglomerante u otro material de precio más económico. Las dosificaciones se suelen expresar por la relación entre los volúmenes del aglomerante y de los agregados. Así, la expresión (1:3), significa un volumen de aglomerante por tres de agregado fino. La dosificación del agua, depende en primer lugar de la clase de aglomerante, y después del estado atmosférico, de la plasticidad deseada, y de la aplicación que se va a dar al mortero. Como regla general conviene amasar el mortero con la mínima cantidad de agua, pues el exceso retrasa la fragua y deja poros en la masa al evaporarse. Como consecuencia de los vacíos que poseen tanto los aglomerantes como los agregados, el volumen resultante de las mezclas es inferior a la suma de los volúmenes de los componentes. Si se conocen los pesos específicos y densidades de los componentes de un mortero, se puede determinar teóricamente el volumen resultante, de acuerdo con la dosificación; pero en la práctica se prefiere trabajar con datos experimentales.
Clasificación Según el tipo de conglomerante: Morteros de cal Morteros de cemento pórtland Morteros de cemento de aluminato de calcio. Morteros bastardos (1 parte cemento + 2 de cal + 3 de arena + 3 de agua) Morteros especiales: Morteros refractarios Morteros con aireante Morteros ignífugos Morteros de cemento cola Morteros aislados de finos Morteros aligerados Morteros no expansivos Morteros hidrófugos Morteros coloreados Mortero: Mortero, mezcla de cal o cemento con arena y agua que se utiliza para unir ladrillos o piedras y para enlucir paredes. Los morteros de cal están compuestos de arena, agua y cal apagada (Ca(OH)2), sustancia sólida de color blanco que se obtiene de la reacción de la cal con agua. Suele utilizarse una medida de cal apagada para tres o cuatro medidas de arena, y se añade agua hasta hacer una masa. Ésta se endurece en contacto con el aire porque absorbe dióxido de carbono, pero bajo el agua no se endurece y no es tan resistente como el mortero de cemento. El mejor tipo de mortero de cemento es una mezcla de cemento Portland, arena, agua y una pequeña cantidad de cal. Mortero de cal: Los morteros de cal son aquellos que están fabricados con cal, arena y agua. La cal puede ser aérea o hidráulica. Este tipo de morteros no se caracterizan por su gran dureza a corto plazo, sino por su plasticidad, color, y trabajabilidad en la aplicación. Dosificación: Las proporciones empleadas, en volumen, varían de 1 parte de pasta de cal por 2 a 4 de arena; siendo la más usadas de 1:3 y 1:3 – ½. Corrientemente se agrega la cal a la arena, en forma de pasta. Como orientación damos las cantidades de material empleados en la preparación de un mortero de cal de proporción 1:3. Cal 1.00 m3 = 25 qq. De 46 Kg. c/u. Arena 3.00 m3 Mortero resultante 3.20 m3 Preparación: Sobre una capa de pasta, de espesor uniforme, se echa también en capas de igual espesor, la arena. Y se revuelve todo hasta que el conjunto presente color uniforme; si es necesario se agrega másagua. Caracteres: La fragua de mortero se realiza lentamente, sobre todo si se ha empleado en capas gruesas; se ha observado que en ocasiones se han necesitado años para el endurecimiento total, o sea para la completa transformación de la cal hidratada en carbonato de calcio.
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En estos morteros, el exceso de pasta atrasa la fragua, aumenta la contracción, y las grietas consiguientes. De otro lado, el exceso de arena hace mas acelerada la fragua y proporciona un mortero difícil de trabajar con las herramientas de albañil. Resistencia: Depende principalmente de las cualidades de la cal y de la arena, influyendo el cuidado con que ha sido preparado el mortero. El exceso de cal disminuye la resistencia del mortero a la compresión. Son causas, además, de disminución de ésta resistencia: a) Un exceso de arena. b) La arcilla, limo y materiales similares. c) Los aceites, ácidos, álcalis y material vegetal que pudiera contener el agua. Mortero de yeso: No es muy usado porque la pasta de yeso admite poca arena como consecuencia de la debilidad de aquel material en su fragua. Las proporciones máximas que pueden emplearse son pues de 1:2 a 1:3. Además, como el fraguado del yeso es rápido, no da el tiempo a amasarlo. El amasado se hace vertiendo el yeso sobre el agua dispuesta en una batea, mezclando rápidamente y procurando que no se formen burbujas. Se prepara a medida que se necesita, pues el yeso empieza a fraguar a los tres ó cuatro minutos y termina a los quince ó veinte minutos. La pasta fraguada ó endurecida no puede empleársele agregándole mas agua, y debe ser desechada. A este yeso los albañiles llaman ―frío‖. Los morteros de yeso adquieren en un día la mitad de la resistencia que pueden tener en un mes, que se considera como el tiempo en el cual ha llegado prácticamente el límite de su resistencia. La lechada de yeso, solo sirve para blanqueos, debido a su poca resistencia. Mortero de cemento Pórtland. Dosificación: La dosificación de la arena y el cemento, en este mortero, se puede hacer por uno de los métodos siguientes: a) b) c)
Por peso. Por volúmenes conocidos de los envases de cemento y volúmenes medidos de arena. Por volúmenes medidos de cemento y arena.
El mejor sistema de dosificación es el primero de los señalados; y es el que se emplea, de preferencia en los laboratorios. La objeción que se le hace es que la humedad de la arena puede falsear. La dosificación teórica; pero como esta humedad no pasa nunca del 5 % en peso, éste es el error que se puede cometer. No se emplea en las obras, porque no es suficientemente práctico. El segundo método es el mas usado en los trabajos, y es casi universal. Para emplearlo se aprovecha del volumen conocido de las bolsas de cemento. La arena da distintos volúmenes según la compacidad resultante de la operación de llenar las cajas medidoras pudiéndose obtener variaciones hasta del 25 %, en volumen; es por consiguiente importante que las cajas medidoras de arena se llenen siempre de la misma manera. El tercer método, es decir, cubicando el cemento y la arena, en cajas, es el menos recomendable. El cemento suelto se esponja bastante, y toma distintos grados de compacidad según la altura a que se le deja caer sobre la medida, como ya hemos manifestado al ocuparnos de la densidad de este material; la dosificación quedaría entonces por completo al cuidado de los obreros.La dosificación mas usada en trabajos de albañilería, es de 1:2 a 1:6; morteros mas ricos se usan solo en enlucidos y en pocas ocasiones; morteros mas pobres no se usan sino raras veces.
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Las cantidades de cemento y arena para producir 1.00 m3 de mortero, son los siguientes: Mortero 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6
Cemento (blz.) 6.37 4.18 3.07 2.41 1.99 1.70
Arena (m3) 0.70 0.90 1.00 1.05 1.08 1.12
Para producir 1.00 m3 de pasta, se necesitan 9.8 blz. De cemento Características: La resistencia del mortero depende de: a) De la proporción de cemento empleado. b) Del tamaño de los granos de arena y de su graduación. c) De la cantidad de agua usada. d) Del grado de compacidad obtenido en la manipulación. En términos generales se puede decir que la resistencia del mortero depende: 1º. De la cantidad de cemento por unidad de volumen. 2º de su densidad. En cuanto a la influencia de la arena, se pueden puntualizar lo siguiente: 1- Cuando la arena está debidamente graduada, es decir, cuando sus granos son de diferentes dimensiones, ofrece el menor volumen de vacíos y proporcionará el mortero más denso; condición que se obtiene con la presencia de una cantidad de granos gruesos en la arena. 2- Con el mínimo porcentaje de vacíos se producirá un mortero más resistente, empleando arena de granos de superficie angulosa y granos gruesos, que si la arena fuera de granos redondeados y finos. 3- Por último, de dos arenas que tienen el mismo porcentaje de vacíos, proporcionará mejor mortero, en cuanto a densidad y resistencia, la arena gruesa porque para un determinado volumen de mezcla, se tendrá menos vacíos. El agua produce las siguientes acciones: El exceso de agua ejerce las siguientes influencias: a) Aumenta el tiempo de fragua. b) Disminuye la resistencia; teniendo mayor influencia en los ensayos a corto plazo que en los de largo plazo. c) Aumenta la cantidad de lechada, en la superficie libre del mortero. d) Aumenta la dificultad de trabazón entre el mortero viejo y uno nuevo. e) Tiende a producir la separación de la arena, del cemento. El defecto de agua produce por el contrario: a) Acortamiento en el tiempo de fragua. b) Incremento de la porosidad, y por consiguiente decrecimiento de la impermeabilidad. c) Decrecimiento de la resistencia.
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UNIDADES DE ALBAÑILERIA I.ASPECTOS GENERALES: 1.1. Aspectos Básicos: 1.1.1. Características Básicas: La albañilería es un material estructural compuesto que su forma tradicional, está integrado por unidades asentadas con mortero. En consecuencia es un material de unidades débilmente unidas ó pegadas. Este hecho permite afirmar que se trata de un material heterogéneo y anisotrópico, y que tiene, por naturaleza, una resistencia a la compresión elevada, dependiente principalmente de aquella de la propia unidad, mientras que la resistencia a la tracción es reducida y está controlada por la adhesión entre la unidad y el mortero. En las últimas décadas la albañilería se ha integrado tan bien con unidades huecas (asentadas con mortero ó apiladas sin utilizar mortero), que se llenan con concreto líquido. Las características antes señaladas de heterogeneidad, anisotrópica y debilidad en tracción se aplican igualmente en éstos casos. 1.1.2. Situación de la Albañilería en el Perú. Es evidente que la albañilería, hace relativamente pocos años, ha carecido de ingeniería. De un lado, la construcción de las edificaciones con muros excesivamente gruesos, ha conducido a elevar innecesariamente sus costos. De otro lado, la falta de conceptos claros, la ausencia de armadura, y la utilización de configuraciones incorrectas han elevado a coriducir edificaciones inseguras y graves desastres estructurales. La ingeniería busca el balance de seguridad y economía; con éste propósito es indispensable tener en cuenta lo siguiente. a)
b) c) d) e) f) g)
Determinar efectivamente, mediante ensayos adecuados, las propiedades reales de la albañilería. Minimizar la variabilidad de la misma. Definir configuraciones arquitectónicas y estructurales apropiadas. Definir modos de comportamiento, ante las diferentes acciones y cargas, compatibles con dichas configuraciones. Racionalizar los detalles constructivos y la integración de los otros sistemas (fenestración, tuberías y acabados, por ejemplo) que integran la construcción. Producir proyectos, planos y especificaciones compatibles con la realidad a la que están destinados. Aplicar conceptos válidos y procedimientos de ingeniería en todas las etapas de una obra, desde su concepción hasta su terminación.
Para muchos materiales estructurales basta adoptar, ó adoptar ligeramente, la tecnología desarrollada por otros países, aplicando los mismos procedimientos de diseño y de construcción y las mismas especificaciones de materiales, para producir estructuras seguras y económicas. Esto ocurre, por ejemplo, con el acero estructural y el concreto armado. II. 2.1.
UNIDAD DE ALBAÑILERIA Introducción. La unidad de albañilería es el componente básico para la construcción de la albañilería. Ella se elabora de materias primas diversas; la arcilla, el concreto de cemento Pórtland y la mezcla de sílice y cal son los principales. Se forma mediante moldeo, empleado en combinación con diferentes métodos de compactación, o por extrusión. Finalmente, se produce en condiciones extremadamente disímiles: en sofisticadas fábricas, bajo estricto control industrial, o en precarias canchas, muchas veces provisionales, incluso
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al pie de obra donde será utilizada, mediante procedimientos rudimentarios y sin ningún control de las unidades cubra todo el rango, desde pésimo hasta excelente. Las unidades de albañilería se denominan ladrillos ó bloques. Los ladrillos se caracterizan por tener dimensiones (particularmente el ancho) y pesos que lo hacen manejables con una sola mano en el proceso de asentado. El ladrillo tradicional es una pieza pequeña que usualmente no tiene un ancho mayor de 12 a14 cm., y cuyo peso no excede de cuatro kilos. Los bloques están hechos para manipularse con las dos manos, lo que ha determinado que en su elaboración se haya tomado en cuenta el que puedan pasar hasta unos quince kilos (en algunos casos mas), que el ancho no sea definido basándose en condiciones ergonómicas y que se provean, mas bien, alvéolos o huecos, que permitan asirlos y manipularlos sin maltratarse los dedos o la mano. Estos alvéolos, a su vez, sirven para permitir la colocación de armadura, y, luego, de concreto líquido. Los fabricantes proveen al mercado de la construcción, en una proporción muy importante del total, de unidades que no son identificables como ladrillos ni bloques, y para cuyo manejo no basta una mano y sobran los dos. Este hecho, por si solo, ha constituido un factor decisivo en la construcción de albañilería mal asentada y en la reducción de la productividad de la mano de obra, y ha provocado la pérdida de los valores y destrezas de la artesanía constructiva de la albañilería. 2.2. Tipos de unidades de albañilería. La tipología de las unidades de albañilería se realiza casi universalmente basándose en el área neta, medida en proporción a la superficie bruta de la cara de asiento, y en las características de los alvéolos. La tipología no tiene que ver con el tamaño de las unidades, es decir, para el mismo tipo pueden haber ladrillos o bloques, ni con la materia prima con que se elaboran. Los tipos de unidades de albañilería son los siguientes: a)
Unidades sólidas o macizas: En estas unidades los alvéolos necesariamente perpendiculares a la cara de asiento, no deben alcanzar mas del 25 % del area de la sección bruta. En otras palabras, las unidades sólidas no son solo aquellas que no tienen hasta un límite determinado. En la aplicación de este tipo de unidades se consideran, para todas las propiedades, las de la sección bruta; el área, el módulo resistente y el momento de inercia se calculan en función del espesor y el largo de la unidad, sin tener en cuenta los alvéolos. b) Unidades huecas. En la unidad hueca, el área alveolar excede el 25 % del área bruta, y los alvéolos tienen dimensiones tales que pueden llenarse con concreto líquido. En este caso todas las propiedades de la sección corresponden a las de la sección neta. Cuando los alvéolos de estas unidades, en su aplicación, se llenan íntegramente con concreto líquido, la albañilería pasa a ser tratada como sólida. c) Unidades perforadas. Las unidades perforadas tienen, como las unidades huecas, mas del 25 % del área bruta ocupada por alvéolos; se diferencian de ellas por el hecho de que los tamaños de los alvéolos son reducidos (menores de 4 x 5 cm), y, consecuentemente, no pueden alojar armadura y llenarse con concreto líquido. d) Unidades tubulares. En éstas unidades los alvéolos no son como en las unidades sólidas, huecas o perforadas, perpendiculares a la cara de asiento de la unidad, sino paralelos a la misma. El tamaño de los alvéolos y la proporción del área de los mismos con relación al área bruta de la cara lateral de la unidadvarían grandemente en la producción industrial. Al margen del valor de la resistencia a la compresión de las unidades de los diversos tipos, la diferencia del comportamiento radica en la fragilidad de la falla. Las unidades sólidas son las únicas que muestran un comportamiento razonablemente “dúctil”, sin fallas explosivas, mientras que todas las otras presentan, al ser rotas en compresión (ya sea como unidades individuales o como componentes de un muro) fallas explosivas frágiles. La consecuencia de este hecho es que las unidades huecas y perforadas son admitidas con condiciones y las tubulares no son admitidas PATRA la construcción de muros portantes, particularmente en zonas sísmicas. Los ladrillos son, en general, sólidos, perforados y tubulares y, en muy pocos casos, huecos. Los bloques son siempre huecos.
93
94
2.3.
Fabricación de las unidades de Albañilería. El formado de las unidades de albañilería se realiza para todas las materias primas (arcilla, concreto y sílice-cal) mediante moldeo, acompañado y asistido por algún método de compactación compatible con cada material. En el caso exclusivo de la arcilla se utiliza también la extrusión. El método de formado define decisivamente la calidad de la unidad de albañilería, la variabilidad de sus propiedades y su textura. Para la producción industrial controlada se tiene: a)
b)
c)
El formado mediante el moldeado con asistencia de presión elevada se emplea para las mejores arcillas y para la sílice-cal. Las unidades producidas son las mas perfiladas y de dimensiones y propiedades mas uniformes. La textura de estas unidades tiende a ser suave y de poro cerrado. Este método de formado produce unidades sólidas, huecas y perforadas. Las unidades moldeadas con asistencia de presión y vibración son de concreto. Si la graduación y dosificación del agregado es correcta, ellas serán bien perfiladas, con poca variación. Este método de formado produce unidades macizas y huecas. Las unidades extruidas son, como se ha dicho, siempre de arcilla. Dependiendo de la calidad de éstas, se puede obtener dimensiones de sección transversal con poca variación. Este método de formado produce unidades macizas, perforadas y tubulares.
Las unidades de arcilla son usualmente ladrillos, y se les llama ladrillos de arcilla o ladrillos cerámicos. Se fabrican ladrillos de arcilla sólidos, perforados y tubulares. El formado de las unidades de arcilla se realiza por todos los métodos de moldeo, con asistencia de presión (no es posible fabricar unidades de arcilla por moldeo asistido con vibración), y por extrusión. En consecuencia, la gama de productos, su calidad y su variabilidad son prácticamente ilimitadas. El color de las unidades de arcilla va normalmente del amarillo al rojo.
Fabricación de las unidades de concreto. Las unidades de concreto pueden ser ladrillos y bloques. Se producen en los tipos sólido y hueco. El formado de las unidades de concreto se hace exclusivamente por moldeo asistido por presión o vibración, o por una combinación de ambas. El color de las unidades es gris o gris verdoso. Las unidades se hacen casi exclusivamente de cemento Pórtland, agregados graduados y agua. Dependiendo de los requisitos específicos, las mezclas pueden contener también otros ingredientes, tales como pigmentos y agregados especiales. El arte de producir unidades de concreto consiste en obtener una resistencia adecuada con la misma densidad y con el mínimo contenido de cemento, de modo que sea posible reducir al mínimo el costo de los materiales y el riesgo de producir unidades con excesiva contracción de fragua. Unidades Apilables: La construcción convencional de albañilería utiliza unidades asentadas con mortero. Este cumple la función de asumir las inevitables irregularidades de las unidades y, sobre todo, de unir o adherir las unidades para formar un conjunto impermeable, con alguna resistencia a la tracción y con estabilidad en el proceso constructivo. La realidad es que el mortero es un adhesivo pobre y cumple mal dichos objetivos. Las unidades de albañilería apilables son aquellas que no requieren del uso de mortero. 2.6. Propiedades de las Unidades de Albañilería: Las propiedades principales de las unidades de albañilería deben entenderse en su relación con el producto terminado, que es la albañilería. En ese contexto las principales propiedades relacionadas con la resistencia estructural son: 1) Resistencia a la compresión. 2) Resistencia a la tracción, medida como resistencia a la tracción indirecta o a la tracción por flexión. 3) Variabilidad dimensional con relación a la unidad nominal, o mejor, con relación a la unidad promedio y, principalmente, la variabilidad de la altura de la unidad. 4) Alabeos, medidos como concavidades o convexidades en las superficies de asiento. 5) Succión o velocidad inicial de absorción en la cara de asiento. 6) Textura de la cara de asiento. Las principales relacionadas con la durabilidad son: a) Resistencia a la compresión. b) Absorción. c) Absorción máxima. d) Coeficiente de saturación. 2.6.1. Resistencia a la Compresión. La resistencia a la compresión es, por si sola, la principal propiedad de la unidad de la albañilería. Los valores altos de la resistencia a la compresión señalan buena calidad para todas las fines estructurales y de exposición. Los valores bajos, en cambio, son muestra de unidades que producirán albañilería poco resistente y poco durable. La resistencia a la compresión, tal como se mide actualmente en el ensayo de compresión estandar, es función no solo de la resistencia intrínseca de la masa, sino de la altura del testigo y de su forma. Consecuentemente, los valores obtenidos son solo indicativos generales del comportamiento estructural de diferentes unidades cuando integran la albañilería asentadas con mortero y/o llenas con concreto líquido.
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2.6.2. Resistencia a la Tracción. En un muro sometido a compresión, la falla ocurre por tracción transversal de la unidad de albañilería, mientras ella se encuentra en una situación de cargas triaxiales. Dos ensayos son usuales: el ensayo de tracción indirecta y el ensayo de tracción por flexión o de módulo de ruptura. 2.6.3. Variabilidad Dimensional. La variabilidad dimensional define la altura de las hiladas, ya que se manifiesta, con mayores variaciones, en la necesidad de aumentar el espesor de la junta de mortero por encima de lo estrictamente necesario por adhesión, que es de 9 a12 mm, conduciendo a una albañilería menos resistente en compresión.
96
2.6.4. Alabeo. El efecto es semejante al de la variación de dimensiones. 2.6.5. Succión. La succión es la medida de la avidez de agua de la unidad de albañilería en la cara de asiento y es la característica fundamental para definir la relación mortero-unidad en la interfase de contacto, y, por lo tanto, la resistencia a tracción de la albañilería. Cuando la succión es muy alta, el mortero, debido a la rápida pérdida del agua( que es absorbida por la unidad), se deforma y endurece lo que impide un contacto completo e íntimo con la cara de la siguiente unidad. El resultado es una adhesión pobre e incompleta, dejando uniones de baja resistencia y permeables al agua. Se considera que para succiones mayores de 40 gramos por minuto en un área de 200 cm2 es requisito indispensable del proceso constructivo que las unidades se humedezcan, siguiendo técnicas adecuadas, para modificar la succión de asentado. 2.6.6. Durabilidad. El efecto de la exposición a la intemperie de las unidades de albañilería es dependiente del índice de intemperismo, que equivale al producto del promedio anual de días con ciclos de congelamiento y el promedio anual de la precipitación invernal medida en pulgadas. La mejor manera de establecer la durabilidad para situaciones con intemperización severa es someter a las unidades de albañilería a ciclos alternados de hielo y deshielo. Para las zonas con intemperización moderada es suficiente determinar las características de absorción, en adición a la resistencia, de la unidad de albañilería.
2.7. Ensayos. 2.7.1. Ensayo de compresión. El ensayo de compresión se realiza usualmente en testigos de medias unidades secas. La carga de compresión se aplica perpendicular a las superficies de asiento. El testigo, si es muy irregular es rellenado o alisado con pasta de cemento Pórtland poco antes de colocar el recubrimiento (normalmente de azufre), para lograr el contacto uniforme con los cabezales de la máquina de compresión. El ensayo se realiza hasta la rotura. La resistencia a la compresión (f‘b) se determina dividiendo la carga de rotura (Pu) entre el área bruta (A) de la unidad cuando ésta es sólida o tubular y el área neta (A) cuando es hueca o perforada, obteniéndose el valor:
f'b
Pu A
2.7.2. Ensayo de Tracción indirecta. El ensayo de tracción indirecta se efectúa en la máquina de compresión sobre la unidad entera seca a la cual se ha fijado con precisión, arriba y abajo del plano de rotura, una barra de acero de pequeño diámetro. El resultado del ensayo de la resistencia a la tracción indirecta (f‘bt) se obtiene de la fórmula siguiente.
f' bt
2 Pu b tb
Donde Pu es la carga de rotura, b es el ancho de la unidad y tb su altura 2.8. Clasificación. La clasificación de las unidades de albañilería se hace con el propósito de racionalizar su aplicación. Las bases de la clasificación deben ser las propiedades estructurales y de la durabilidad. A continuación se presenta una tabla que muestra la clasificación del Reglamento Nacional. Se clasificará como Tipo de unidad de albañilería normalizada la que tenga las siguientes características: Materia tipo Variación de la Alabeo(máxim Resistencia a la Densida prima dimensión o en mm) compresión(mínim d 2 a en Kg/cm ) (mínima Hast Hast Ma (f‘b) en a 10 a 15 s g/cm2) cm cm de 15 cm Ladrill ±8 ±6 ±4 10 … 1.50 oI 60 … Arcilla o Ladrill ±7 ±6 ±4 8 … 1.60 SílicoCálcare o II 70 … o Ladrill ±5 ±4 ±3 6 95 … o III Ladrill ±4 ±3 ±2 4 130 … o IV Ladrill ±3 ±2 ±1 2 180 … oV Concreto Bloque ±4 ±3 ±2 4 140 1.70 I
97
III.
Bloque ±7 ±6 II FUNDAMENTO TEÓRICO
±4
3.1.
COMPONENTES DE LA ALBAÑILERÍA
8
60
1.60
Morteros En construcción se da el nombre de mortero a una mezcla de uno o dos conglomerantes y arena. Amasada con agua, la mezcla da lugar a una pasta plástica o fluida que después fragua y endurece a consecuencia de unos procesos químicos que en ella se producen. El mortero se adhiere a las superficies más o menos irregulares de los ladrillos o bloques y da al conjunto cierta compacidad y resistencia a la compresión. Los morteros se denominan según el conglomerante utilizado: mortero de cal, o de yeso. Aquellos en los que intervienen dos conglomerantes reciben el nombre de morteros bastardos. El RNE en su norma E. 070 de Diseño en Albañilería define el mortero como ―Adhesivo empleado para pegar unidades de albañilería‖, las proporciones de aglomerante y agregado indicado son: a) Cuando se emplee cemento Pórtland tipo I y cal Hidratada TIPO CEMENTO CAL ARENA P1 – C
1
1
4
P2 – C
1
1
5
NP – C
1
1
6
b) Cuando se emplee sólo cemento Pórtland tipo I TIPO CEMENTO
ARENA
P1
1
4
P2
1
5
NP
1
6
A estas proporciones indicadas se añadirá la cantidad máxima de agua que dé una mezcla trabajable con el badilejo, adhesiva y sin segregación de los constituyentes.
Mezcla el mortero.- Coloca los materiales en una carretilla y usa un azadón para revolver bien los ingredientes Unidades de Albañilería Son elementos prismáticos de pesos que permiten ser manejados por los trabajadores, pueden ser sílico calcáreos, arcilla cocida, bloques de concreto, adobe, etc. En el RNE se encuentran las siguientes definiciones: Ladrillos de arcilla calcinada Deben ser bloques prismáticos, con masa sólida del 15 % o más de su volumen nominal constituido por una mezcla, principalmente de arcilla o suelos arcillosos, con pequeña proporción de agregados finos debidamente dosificados; mezclada la masa con agua, compactada, moldeada y calcinada en forma integral. Clasificación Se reconocerá las siguientes clases: -según sus dimensiones: Tipo corriente (Perú) 24x12x6cm tipo bloque kingkong(Perú) 24x14x10cm
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-según su densidad y resistencia: Se especifica en el siguiente cuadro Clasificación por consistencia
Ladrillo tipo duro Ladrillo tipo medio duro Ladrillo tipo poroso o poco duro
Peso especifico
Resistencia mínima a la flexión Kg/cm2 30
Absorción de agua (máx. %)
Coeficiente de saturación
1.0 – 1.8
Resistencia mínima a compresión Kg/cm2 150 – 200
20
0.80
1.8 – 1.6
100 – 150
20
25
0.90
1.6 – 1.4
70 – 100
10
Sin limite
Sin limite
Ladrillos calcáreos Deben ser bloques prismáticos, constituidos por una mezcla de cal, arena y agua, debidamente dosificado, elaborado, prensado, secado y endurecido a vapor, bajo condiciones especiales y con las características siguientes: color blanco grisáceo; ángulos diedros rectos, aristas vivas; caras planas y dimensiones exactas.
Bloques de concreto Son elementos fabricados a base de cemento, arena y piedra chanchada moldeados en formas especiales, vibradas o a presión mecánica. Para el uso en el país se elaborara de acuerdo a las normas INANTIC N°s 339 – 005 y 339 – 006:
Tipo I Tipo II
BLOQUE
TIPO I TIPO II
CLASIFICACIÓN “INANTIC” – TABLA I Bloques huecos de concreto que se destinan a soportar cargas Bloques huecos de concreto que solo tienen por finalidad la construcción de tabiques. CARGA DE ROTURA “INANTIC” – TABLA II CARGA MINIMA A LA ESFUERZOS ROTURA POR COMPRESIÓN CORTE TENSION 2 Kg/cm SECCIÓN BRUTA PROMEDIO MÍNIMO POR BLOQUE 50 50 1/80 1/80 20 10 1/80 1/80
TEMPORALES
1.5 1.5
99
DIMENSIONES MODULARES ―INANTIC‖ – TABLA III DIMENSIONES MODULARES DIMENSIONES DE FABRICACIÓN EN cm cm DESIGNACIÓN ANCHO ALTO LARGO ANCHO ALTO LARGO Largo de Bloques esquineros 10 20 40 9 19 39 39.5 15 20 40 14 19 39 39.5 20 20 40 19 19 39 39.5 25 20 40 24 19 39 39.5 BLOQUES 30 20 40 29 19 39 39.5 PARA MUROS 35 20 40 34 19 39 39.5 Y TABIQUES 10 20 20 9 19 19 19.5 15 20 20 14 19 19 19.5 20 20 20 19 19 19 19.5 25 20 20 24 19 19 19.5 30 20 20 29 19 19 19.5 35 20 20 34 19 19 19.5
Ladrillo de suelo estabilizado, sin cocer Son elementos moldeados a presión, usando como material básico el suelo natural, constituido por arena gruesa o fina, limo y arcilla como estabilizador se puede emplear el cemento o cal , consiguiendo una mayor resistencia a la humedad y la erosión.
Adobe Bloque macizo hecho con barro sin cocer y eventualmente un componente como paja, etc. También se considera ―El adobe estabilizado‖ al cual se le a incorporado otros materiales como: asfalto RC – 250, goma de tuna, etc. Con el fin de mejorar sus condiciones de estabilidad frente a la humedad
Adobón o tapial Es el elemento que se forma en sitio empleando la misma tierra natural que para el adobe, utilizando formas grandes de madera. El adobón o tapial no ofrece seguridad en caso de fuerte temblor, debido al gran peso de cada bloque y a la pobre unión de un bloque con otro. No debe emplearse el adobón o tapial para albergue permanente de personas.
ALBAÑILERÍA CONFINADA Albañilería reforzada con confinamientos, que son conjunto de elementos de refuerzo horizontales y verticales, cuyas función es la de proveer ductibilidad a un muro portante. Un muro confinado es el que está enmarcado por elementos de refuerzo en sus cuatro lados, por las condiciones indicadas en E6 de la norma E.070 del RNE. ALBAÑILERÍA ARMADA Albañilería reforzada con armadura de acero incorporada de tal manera que ambos materiales actúen conjuntamente para resistir los esfuerzos
100
ALBAÑILERÍA NO REFORZADA Albañilería sin confinamientos o armadura, tendientes a incrementar su ductibilidad, pero que pueden tener elementos de refuerzo con armadura por otros motivos. MURO PORTANTE Muro diseñado y construido en forma tal que pueda transmitir cargas horizontales y/o verticales de un nivel al nivel inferior y/o a la cimentación. DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA DE LA ALBAÑILERÍA Y ESFUERZOS ADMISIBLES Determinación de la Resistencia La determinación de la resistencia a la compresión de la albañilería (f‘m) será efectuada por unos de los métodos siguientes: Método 1: A partir de la resistencia de prisma de prueba Los prismas serán elaborados utilizando el mismo contenido de humedad de las unidades de albañilería, la misma consistencia de mortero, el mismo espesor de juntas y la misma calidad de mamo de obra que se empleara en la construcción definitiva. Los especimenes no tendrán menos de 30 cm de altura y tendrán una relación altura/ espesor no menor de 2 ni mayor de 5. El valor de f‘m será calculado dividiendo la carga de rotura por compresión del prisma entre el área neta cuando se trate de unidades huecas de albañilería y divida entre el área bruta cuando se trate de unidades sólidas de albañilería o unidades huecas donde se llenan los alvéolos con mortero, mortero fluido o concreto se considera como carga de rotura del prisma aquella que ocasione la primera fisura de tracción en la unidad de albañilería. El valor f‘m será además corregido multiplicándolo por un coeficiente que depende de la relación altura/espesor del prisma de acuerdo a la tabla siguiente. Relación altura/espesor 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 Coeficiente 0.73 0.80 0.86 0.91 0.95 0.98 1.0 Los prismas serán almacenados a una temperatura no menor de 18°C durante 28 días en la eventualidad que tenga que probarse los prismas a los 7 días se obtendrá el valor de f‘m multiplicando la resistencia a los 7 días por 1.1. El numero mínimo de especimenes a probarse será 5 y si el coeficiente de variación de los muestras probadas excede 0.10 el valor f‘m será obtenido multiplicando el promedio de todos los resultados por un coeficiente: C=1-1.5(V-0.10), en el que V es el coeficiente de variación. Método 2: A partir de la Resistencia de Unidades Normalizadas En la eventualidad de que no sea posible efectuar ensayos de prismas, se podrán emplear los valores de f‘m que se detallan en la siguiente tabla: VALORES DE f’m TIPO DE LA UNIDAD DE ALBAÑILERÍA Ladrillo I Ladrillo II Ladrillo III Ladrillo IV Ladrillo V Bloque I
MORTERO P1 ó P1-C 15 25 35 45 55 45
P2 ó P2-C 15 25 35 40 45 40
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Bloque II 25 25 En este caso el fabricante de la unidad de albañilería deberá proveer un certificado de las características de su producto adecuadamente respaldados por los ensayos periódicos que garanticen la conformidad de las características del mismo o alternativamente, el usuario verificará la conformidad de cada lote efectuando los ensayos pertinentes. Esfuerzos Admisibles Cálculo de Esfuerzos a) Para el cálculo de esfuerzos se emplearan las dimensiones reales de la unidad de albañilería definida como las nominales menos las tolerancias dimensionales y el espesor efectivo de la albañilería b) En el caso de unidades de albañilería sólida se empleará la sección bruta sin descontar vacíos. c) En el caso de unidades de albañilería hueca se empleará la sección neta, teniéndose en cuenta como sección resistente aquellas cavidades que se especifican llenas de mortero, mortero fluido o concreto.
Albañilería Confinada a) Compresión axial (fa) 0.20 f‘m(1-(h/35t)2) b) Compresión por flexión (Fm) 0.40 f‘m c) Corte (Vm) Morteros con cal: 1.8+0.18 fd, pero no más de 3.3 kg/cm2 Morteros sin cal: 1.2+0.18 fd, pero no más de 2.7 kg/cm2 Donde fd es el esfuerzo de compresión causado por las cargas muertas actuantes sobre el muro en kg/cm2. d) Tracción por flexión (Ft) Mortero con cal: 1.33 kg/cm2 Mortero sin cal: 1.00 kg/cm2 e) Compresión de apoyo (Fca) Carga en todo el área 0.25 f‘m Carga en 1/3 del área o menos con distancia de los bordes mayores 0.375 f‘m f) Módulo de elasticidad (Em) 500 f‘m g) Módulo de Rigidez (Ev) 0.4 Em
de 1/4 del espesor
Albañilería Armada a) Compresión axial (Fa) 0.20 f‘m(1-(h/35t)2) b) Compresión por flexión (Fm) 0.40 f‘m c) Corte (Vm) Morteros con cal: 1.8+0.18 fd, pero no más de 3.3 kg/cm2 Morteros sin cal: 1.2+0.18 fd, pero no más de 2.7 kg/cm2 Donde fd es el esfuerzo de compresión causado por las cargas muertas actuantes sobre el muro en kg/cm2. d) Compresión de apoyo (Fca)
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Carga en todo el área 0.25 f‘m Carga en 1/3 del área o menos con distancia de los bordes mayores de 1/4 del espesor 0.375 f‘m e) Acero (fs) 0.5 fy pero no mas de 2 100 kg/cm2 f) Módulo de elasticidad (Em) 500 f‘m g) Módulo de Rigidez (Ev) 0.4 Em Albañilería no Reforzada a) Compresión axial (Fa) 0.20 f‘m(1-(h/35t)2) b) Compresión por flexión (Fm) 0.40 f‘m c) Corte (Vm) Morteros con cal: 0.9+0.09 fd, pero no más de 1.6 kg/cm2 Morteros sin cal: 0.6+0.09 fd, pero no más de 1.3 kg/cm2 Donde fd es el esfuerzo de compresión causado por las cargas muertas actuantes sobre el muro en kg/cm2. d) Tracción por flexión (Ft) Mortero con cal: 1.33 kg/cm2 Mortero sin cal: 1.00 kg/cm2 e) Compresión de apoyo (Fca) Carga en todo el área 0.25 f‘m Carga en 1/3 del área o menos con distancia de los bordes mayores de 1/4 del espesor 0.375 f‘m f) Módulo de elasticidad (Em) 500 f‘m g) Módulo de Rigidez (Ev) 0.4 Em II) DESCRIPCIÓN DEL PROCESO CONSTRUCTIVO DE ALBAÑILERÍA CONFINADA Y ARMADA CON AYUDA DE FOTOGRAFÍAS Previamente al asentado se arrumaran los ladrillos en una zona cercana al muro por levantar, dejando libre el paso del personal y el frente de trabajo. Se empaparan los ladrillos en agua, al pie del sitio donde se levantara el muro y poco antes de su asentado. Se debe usar un escantillón de guía en la colocación de cada hilada. En el escantillón se marcara la distancia entre la cara superior del sobrecimiento o nivel de apoyo del muro y la cota final del muro, dividiéndose en hiladas enteras e iguales que incluyen el alto del ladrillo y la junta. Para el procedimiento de colocación se tendrá en cuenta las siguientes normas: Si el muro se levantara sobre el sobrecimiento, se limpiara y mojara la cara superior de este, colocando una capa de mortero a todo lo largo del tramo. Si el muro se levanta sobre una losa, previamente se efectuará el trazado, precisando la ubicación de los vanos luego se mojara la zona de colocación y se verterá una capa de mortero a todo lo largo del tramo.
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Se colocara los ladrillos de extremos del muro y costados del vano, teniendo un cordel entre ellos para luego colocar el resto de ladrillos de la primera hilada. Se rellenaran las juntas verticales, colocando una segunda capa de mortero. Se colocaran los ladrillos de los extremos en la altura que marque el escantillón y aplomándolos con la primera hilada, se tenderá un cordel entre ellos y colocará el resto de ladrillos de la segunda hilada, alternando las juntas verticales para lograr un buen amarre. Los ladrillos se asentarán hasta cubrir una altura de muro de 1.00m según el reglamento en ocasiones se llegara hasta la altura 1.50m. Para proseguir la elevación del muro se dejará un mínimo de 12 horas. Cuando se haya levantado la primera altura de muro, se marcara el nivel 1.00m para mayor precisión y levantar la segunda altura del muro. Equipos y herramientas utilizadas para construir los muros BURILES, CINCELES, PUNZONES:Sirven para ejecutar demoliciones parciales para agujerar parador espereza y mejorar la adherencia del mortero, para preparar los empotrados para cortar ladrillos y piedras. Cincel de agramilas generalmente son de acero y sus extremos puntiagudos o cortantes. CORDEL: Es un hilo de algodón trenzado, tensado entre dos fichas o piquetes de madera o de metal de 20 a 25m de largo, sirve para materializar una línea recta en el suelo o sobre una parte de construcción en curso. ESCUADRA DEL ALBAÑIL:Esta construida por dos cantoneras de acero (70cm de largo) soldados entre ellas a 90º y unidas por un enderezador. Pueden fabricar su escuadra con tres pedazos de madera dura puestas rectas. EL NIVEL DE BURBUJA:Permite controlar los horizontales, los verticales y los pendientes de 45º gracias a sus tres tubos que contienen generalmente agua coloreada, cuyo defecto voluntario en el relleno de los tubos, produce una burbuja de aire que sirve para señal de equilibrio con relación a dos rayos trazados en rojo en los tubos se escogerá un nivel de metal con un suelo enderezado esta estará siempre limpia. PLOMADA:Esta compuesta por un cordel de algodón trenzado de 4m de largo aproximadamente terminado por un plomo de forma troncocónica y lleva superpuesta una plaquita de hierro colocada: el lado del cuadrado es igual al diámetro más grande del plomo que pesa aproximadamente 300g con el nivel de burbuja es la herramienta principal del albañil. LA FIJA DE HIERRO: Mide aproximadamente 20 mm de diámetro y 1 m de largo; se clava en el suelo y permite mantener de manera estable durante toda la duración de los trabajos un cordel de alineación EL CUBO:Preferentemente de caucho entelado, sirve para dosificar y transportar los diferentes elementos de los morteros y concreto armado contenido 15 lts aproximadamente. LA PILA (pilón): De caucho entelado o de plástico, sirve para almacenar las mezclas preparadas con pequeñas cantidades 10 a 40 lts según modelos, podrán igualmente amasar el yeso en él.
PALA:
Es un instrumento o herramienta de mano compuesta de una placa metálica y un cabo de madera, la placa puede terminar recta y en este caso sirve para cavar zanjas, para hacer revolturas, morteros y mezclas, emparejar superficies, etc. O puede terminar redondeada y en punta sirviendo entonces principalmente para excavar. Puede tener cabo recto y largo o más corto y terminando en un mango para ahí tomar la pala con la mano y con la otra el cabo.
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PICO: Es una herramienta consistente en un cabo o mango de madera con una pieza larga de fierro en su extremo. Esta pieza puede terminar en dos puntas o en una punta, en un extremo y un corte angosto en el otro.
MARRO O MAZO: Se conoce como un marro a una masa de fierro provista de un mango. Se les denomina según el peso de la masa de hierro y los ahí de muchos tamaños, los más pequeños tienen el mango corto y se usan con una mano para clavar estacas o bien los albañiles lo emplean para rastrear piedras toscamente. CUÑA: Barra de acero cilíndrica corte de 30 a 40cm. De largo y de 38 a 51mm. De diámetro terminada en punta o como cincel que se usa para romper piedras colocándola en las gritas y golpeando con un marro. PALETAS: En principio las llanas dibujadas al lado son suficientes para realizar cómodamente. A estas la mayor parte de sus trabajos. Se les llama también "llanas" para alisar las juntas. CUCHARA DE ALBAÑIL O TRIANGULO:Se conoce como cuchara de albañil o triángulo a una hoja de acero de forma triangular con un mango de madera que se utiliza de manera similar al badilejo, o sea para aplicar la mezcla en las superficies más pequeñas y para trabajar detalles. PLANA: Rectángulo de madera de unos 30cm de lado largo por unos 15cm de ancho y de dos a tres de gruesos que sirve para hacer acabados ásperos en aplanados y recubrimientos. LLANA: Placa de acero rectangular de unos 25cm de largo por 15cm de ancho. Consiste de un mango que sirve para hacer acabados finos. PISON DE MANO: Se utiliza para que un hombre compacte materiales que pueden ser de terracerías plantillas, fondos de zanjas, relleno de zanjas, acostillado de tubos, etc. consiste en una masa pesada provista de una barra en posición vertical.
CARRETILLA DE MANO:
En esencia puede decirse que es un carrito de mano con una rueda adelante sostenido en un eje apoyado a su vez en dos largueros de los cuales se empuja y con una caja metálica gruesa para transportar materiales de construcción de todas clases o de tercería, trabajo sobre el principio de la palanca.
ESCANTILLÓN:
Regla de madera que se usa para alinear los ladrillos con y conseguir que las juntas sean uniformes y se consigan distancias requerida Identificación de los recursos materiales empleados para la construcción de los muros Para la construcción de los muros se tuvo un gasto de: (aproximado) Además para cada cuadrilla de trabajadores usó 370 ladrillos diarios en su trabajo y se trabajó durante el periodo de una semana y media. La relación para la preparación del mortero fue de 1:6 (1 bolsa de cemento para 2 buguis de arena)
Aseguramiento de la calidad Según lo que observamos se cumplió las mínimas especificaciones para la construcción de muros: - Se terminó con la construcción de los muros en el tiempo especificado por el Planeamiento realizado con anterioridad (duración 1 1/2 semana) El mortero usado fue de 1:6 lo cual está dentro de lo aceptable para muros de tabiquería y parapetos. - En la construcción de los muros se pudo observar que se usó escantillón y andamios esto conjuntamente con la wincha para el transporte de los equipos hasta el tercer nivel de la edificación.
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-
Los obreros usaban cascos en su mayor parte, este equipo era necesario pues paralelamente al trabajo se picaban algunas columnas para su reforzamiento y podrían correr algún peligro.
Determinación de la Productividad en la construcción de los muros Se muestra a continuación un cuadro con las principales características de la obra en lo que refiere al aspecto productivo:
Inicio 7:30 am
7:30 am
HORA Culminación 5:00 pm
1:00 pm
TIEMPO de TRABAJO
EVENTO SUSCITADO
OBSERVACIONES
8 1/2 horas
Construcción convencional de muros Construcción convencional de muros
De lunes a viernes
5 1/2 horas
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El trabajo diario contaba con 1 hora para que los trabajadores almuercen en el comedor vecino a la obra. Según lo observado se usaron 370 ladrillos por cuadrilla para un día. Cantidad Producida : Aproximadamente 16m2 de muro. Mano de obra: Las personas encargadas de la mano de obra deben ser personas capaces y calificadas. Exigencias: Los muros, se construyan a plomo y en línea. Todas las juntas, horizontales y verticales deben de estar llenos de mortero. El pesor de mortero debe ser mínimo de 10mm. Las unidades de albañilería deben de asentarse con las unidades limpias. No se asiente más de 1.20m de altura de muro en una jornada de trabajo. La albañilería armada, reforzada con acero, deben de quedar lleno de mortero. Muros no portantes: Diseñado y construido en forma tal que sólo lleve cargas provenientes de su propio peso. Son los siguientes: Parapetos, tabiques y cercos. Todos estos deben de ser arriostrados a intervalos, excepto los parapetos de menos de 1m de altura que estén retirados del plano exterior de la fachada. La cimentación de los cercos deben de ser diseñados por métodos racionales de cálculo. Arriostres. Elementos de refuerzo, horizontal o vertical o muro de arriostre, que cumple la función de proveer de estabilidad y resistencia a muros portantes y no portantes para cargas perpendiculares al plano del muro. Se considera arriostrado: Cuando existe suficiente adherencia, amarre y/o anclaje entre los muros y sus arriostres que garanticen la adecuada transferencia de esfuerzos. Cuando empleándose los techos para su estabilidad lateral se tomen precauciones para que las fuerzas laterales que actúan en estos, sean transferidas adecuadamente al suelo.
EL ACERO HISTORIA DEL HIERRO En los últimos doscientos años, el hierro, ese metal tan común en la tierra, ha demostrado ser para la industria, la combinación más económica, versátil, resistente y duradera. Uno de los pasos más importantes dados por el hombre en su avance hacia la civilización ha sido el descubrimiento del hierro. Es posible que ese descubrimiento se haya realizado durante el examen casual de un meteorito por algún distante antepasado, dando origen a la palabra siderurgia cuya raíz ―sidero‖ o ―sideris‖ para los romanos, significa austral o proveniente de los astros. El descubrimiento del hierro en Asia Menor data de cuatro o cinco mil años antes de Cristo, luego, se desarrolló con progresiva aceleración en otras partes del planeta, hasta llegar a mediados del siglo XIX, con el inicio de la revolución industrial a su utilización masiva debido a la tecnología del acero. Esta ruta continúa hacia el futuro. La historia del hierro es la historia del hombre. Desde su descubrimiento, en tiempos primitivos, el hombre con su inventiva ha logrado convertirlo en acero y adecuarlo a los múltiples usos que hoy tiene. Desde una aguja hasta un buque; desde un delicado instrumento hasta la Torre de Eiffel. Para salir de su estado primitivo el hombre tenía que dominar primero el fuego y no era tarea fácil porque el fuego pertenecía a los dioses. Con mucho temor el hombre observaba como los dioses demostraban su cólera lanzando rayos a los bosques secos originando grandes incendios. Cuantas veces había visto danzar a los dioses mirando el fuego, hasta que un día se atrevió, por audaz y temerario o por ignorante y curioso, a tomar un tronco encendido, llevarlo a cierta distancia y formar su propia hoguera. Se ha convertido así en un dios dueño de su propio fuego. Mucho tiempo más tarde, posiblemente siglos, da el hombre otro paso gigantesco, al descubrir que la fricción de dos piedras duras también producía fuego. Dominado el fuego, la vida en familia comienza a organizarse. Se aprende cosas sin necesidad de comprenderlas. Se observa el fuego con la conciencia mágica del hombre primitivo. El agua en contacto con el fuego se hace invisible. El aire aviva el fuego. AsÌ transcurren cinco o diez milenios hasta que en su constante caminar hacia ninguna parte, enciende una hoguera para cocer un trozo de carne y terminada la merienda y consumida la hoguera observa que en las cenizas hay un material diferente que no es otra cosa que fierro fundido. Pasar algún tiempo para que el hecho se repita y luego descubrir que la roca del lugar es coloreada y pesada y muy diferente a la que conoce. Repite la experiencia y obtiene iguales resultados; golpea con una piedra dura el material obtenido y observa que puede cambiarle la forma, repite el experimento muchas veces mejorándolo cada vez y así nace la metalurgia del hierro, hace cuatro o cinco milenios. Con el transcurso del tiempo suceden hechos extraordinarios. Una hoguera encendida sobre unas rocas negras continua encendida al terminarse los troncos, descubriéndose así los carbones minerales. El hierro se convierte en el elemento metálico de mayor uso en el mundo; sin embargo, no se le utiliza químicamente puro sino
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aleado con el carbono para obtener el acero. El mineral de hierro se encuentra como:
EL ACERO Son aquellos productos ferrosos cuyo tanto por ciento de carbono esta comprendido entre 0.05% y 1.7%; el acero endurece por el temple y una vez templado, tiene la propiedad de que si se calienta de nuevo y se enfría lentamente, disminuye su dureza. El acero funde entre los 1400 y 1500°C, y se puede moldear con más facilidad que el hierro. Aceros se pueden clasificar según se obtengan en estado sólido: en soldados, batidos o forjados; o, en estado líquido, en hierros o aceros de fusión y homogéneos. También se clasifican según su composición química, en aceros originarios, al carbono y especiales. La proporción de carbono influye sobre las características del metal. Se distinguen dos grandes familias de acero: los aceros aleados y los no aleados. Existe una aleación cuando los elementos químicos distintos al carbono se adicionan al hierro según una dosificación mínima variable para cada uno de ellos. Por ejemplo el 0.5% para el silicio, el 0.08% para el molibdeno, el 10.5% para el cromo. De esta manera una aleación del 17% de cromo mas 8% níquel constituye un acero inoxidable. Y por eso no hay un acero sino múltiples aceros. PROCESO DE PRODUCCIÓN Y OBTENCIÓN El acero se fabrica partiendo de la fundición o hierro colado; éste es muy impuro, pues contiene excesiva cantidad de carbono, silicio, fósforo y azufre, elementos que perjudican considerablemente la resistencia del acero y reducen el campo de sus aplicaciones. La fabricación verdadera del acero se inició hacia 1856, cuando se introdujo en la siderurgia el empleo del convertidor Bessemer, consistente en un recipiente de gran capacidad y de forma de pera, de paredes de hierro y fondo provisto de numerosos orificios, a través de los cuales se hacía llegar una potente corriente de aire, que removía con violencia la masa de hierro colado fundido que llenaba el convertidor. La reacción entre el oxígeno del aire y los componentes de la fundición era violentísima y tal el calor desarrollado dentro del convertidor que la masa de la fundición se mantenía líquida por sí misma. En la reacción indicada se combinaba la mayor parte del carbono, fósforo y azufre con el oxígeno del aire insuflado, pero no se eliminaba el silicio, lo que constituía un grave inconveniente, razón por la cual no podían utilizarse los minerales de hierro ricos en aquél. Por otra parte, el primitivo convertidor Bessemer sólo podía utilizarse un reducido número de veces, pues la fundición líquida y a elevada temperatura atacaba las paredes de hierro del aparato, Estos inconvenientes fueron subsanados por el oficinista británico Thomas, quien logró afinar el hierro colado revistiendo las paredes internas del convertidor Bessemer con una mezcla de greda y dolomita pulverizada (carbonato de calcio y magnesio), y al mismo tiempo agregaba a la fundición un poco de cal viva, insuflando aire comprimido caliente por el fondo del aparato. El silicio y gran parte del manganeso contenidos en la fundición se queman con rapidez y el óxido de manganeso que se forma se combina con el silicio; el silicato manganoso funde con dificultad y flota sobre la masa incandescente líquida en forma de escoria, el carbonato arde a su vez y el fósforo se combina con la cal del revestimiento del convertidor y se forma fosfato cálcico básico, el cual flota también en forma de escoria (escories Thomas) sobre la masa líquida, y de la cual se separa con las escorias restantes. Posteriormente mejoraron el procedimiento de afinación del acero Martín, francés, y Siemens, alemán; que introdujeron en la siderurgia los hornos de sus respectivos nombres. En estos hornos, calentaba la fundición o
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hierro fundido en una atmósfera de gases de gasógeno y se le mezclan chatarra de acero viejo o de hierro dulce. Al alemán Krupp se le debe el método Industrial de obtención de aceros al crisol, que consiste en refundir el acero Martín-Siemens dentro de grandes crisoles fabricados con una mezcla de arcilla, grafito, coque y carbón vegetal en polvo, donde el acero se afina y purifica más aún. Así se obtiene el acero fundido, empleado en la fabricación de herramientas de corte. Más modernos aún son los aceros eléctricos, obtenidos en hornos eléctricos, en éstos se afina el acero obtenido en los hornos Martín-Siemens, y se le recarbura con carbono puro o aglomerados de limaduras de hierro y carbón vegetal. Las propiedades del acero se modifican con relativa facilidad, calentándolo a temperatura próxima a 1.000 °C y sumergiéndolo con rapidez en agua, aceite o mercurio fríos (temple) se aumenta su elasticidad; si, por el contrario, se le calienta a elevada temperatura y se le deja enfriar lentamente (recocido) se obtiene acero menos elástico pero más tenaz y resistente al choque. El acero es una aleación de hierro y carbono, esto, es, un carburo de hierro, por eso no existe de él un tipo único; sus propiedades (tenacidad, elasticidad, etc.) varían según el contenido de carbono y la clase empleada en su fabricación (martensita, perlita, ferrita o hierro puro; también influye en él, el método seguido en su fabricación. Existen aceros duros, rápidos (resistentes a la lima), etc., el acero es de gran importancia a causa de las múltiples aplicaciones que recibe. Se pueden modificar sus propiedades aleándolo con otros metales; de este modo se obtienen los aceros especiales. El acero líquido se elabora a partir del mineral (procedimiento de fundición) o de chatarras (procedimiento eléctrico). A continuación, el acero líquido se solidifica por moldeo en una máquina de colada continua. A la salida, se obtienen los SEMI-PRODUCTOS: barras de sección rectangular (desbastes) o cuadrada (tochos o palanquillas), que son las piezas en bruto de las formas finales. Por último, las piezas en bruto se transforman en PRODUCTOS TERMINADOS mediante el laminado, y algunos de ellos se someten a tratamiento térmico. Más de la mitad de las planchas laminadas en caliente son relaminadas en frío y eventualmente reciben un revestimiento de protección anticorrosión. CLASIFICACIÓN DEL ACERO Los aceros se clasifican en cinco grupos principales: aceros al carbono, aceros aleados, aceros de baja aleación ultra resistente, aceros inoxidables y aceros de herramientas. ACEROS AL CARBONO: El 90% de los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen una cantidad diversa de carbono, menos de un 1,65% de manganeso, un 0,6% de silicio y un 0,6% de cobre. Con este tipo de acero se fabrican maquinas, carrocerías de automóvil, estructuras de construcción, pasadores de pelo, etc. ACEROS ALEADOS: Estos aceros están compuestos por una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos; además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono. Estos aceros se emplean para fabricar engranajes, ejes, cuchillos, etc. ACEROS DE BAJA ALEACIÓN ULTRA RESISTENTES: Es la familia de aceros mas reciente de las cinco. Estos aceros son más baratos que los aceros convencionales debido a que contienen menor cantidad de materiales costosos de aleación. Sin embargo, se les da un tratamiento especial que hace que su resistencia sea mucho mayor que la del acero al carbono. Este material se emplea para la fabricación de vagones porque al ser más resistente, sus paredes son más delgadas, con lo que la capacidad de carga es mayor. Además, al pesar menos,
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también se pueden cargar con un mayor peso. También se emplea para la fabricación de estructuras de edificios. Acero Corrugado Es utilizado para armar hormigón armado y cimentaciones de obra publica y civil, es un acero laminado, esta formado por barras de acero que presentan resaltos o corrugas que mejoran la adherencia con el hormigón, estas barras permite que no sufra daños al momento de cortarlo y doblarlo. Posee una gran ductibilidad y soldabilidad, estas barras de acero son de varios diámetros que van desde 6 a40 mm.
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Esta barras deben de cumplir varias características técnicas que son: carga unitaria, el limite elástico y el alargamiento que aseguran el cálculo correspondiente de las estructuras de hormigón armado. Siempre se realiza un ensayo de acero corrugado para determinar las características geométricas del corrugado, la sección media equivalente, el límite elástico, el doblado simple, la adherencia, la identificación del fabricante, etc., este ensayo consiste en tomar una muestra de barras de acero corrugado de la construcción y trasladarla a un laboratorio metalúrgico. Las barras de acero corrugado, están normalizadas. Las barras de acero corrugados se producen en una gama de diámetros que van de 6 a40 mm, en la que se cita la sección en cm2 que cada barra tiene así como su peso en kg. Las barras de producto corrugado tienen unas características técnicas que deben cumplir, para asegurar el cálculo correspondiente de las estructuras de hormigón armado. Entre las características técnicas destacan las siguientes: Límite elástico Re (Mpa) Carga unitaria de rotura Tm (MPA) Alargamiento de rotura A5 (%)
Ensayo del acero corrugado El ensayo mecánico del acero corrugado consiste en tomar una muestra de barras de acero corrugado en la obra que se esté construyendo, trasladarlas a un laboratorio metalúrgico y realizar un ensayo completo, para determinar:
sección media equivalente características geométricas del corrugado doblado simple doblado/desdoblado adherencia límite elástico carga de rotura y alargamiento en rotura.
identificación del fabricante. acta de resultados
Definiciones Amarra: Nombre genérico dado a una barra o alambre individual o continuo, que abraza y confina la armadura longitudinal, doblada en forma de círculo, rectángulo, u otra forma poligonal, sin esquinas reentrantes. Ver Estribos. Armadura Principal: Es aquella requerida para absorber los esfuerzos externos inducidos en los elementos de hormigón armado. Armadura Secundaria: Es toda aquella armadura destinada a confinar en forma adecuada la armadura principal en el hormigón. Barras de Repartición: En general, son aquellas barras destinadas a mantener el distanciamiento y el adecuado funcionamiento de las barras principales en las losas de hormigón armado. Barras de Retracción: Son aquellas barras instaladas en las losas donde la armadura por flexión tiene un sólo sentido. Se instalan en ángulo recto con respecto a la armadura principal y se distribuyen uniformemente, con una separación no mayor a 3 veces el espesor de la losa o menor a 50 cm entre sí, con el objeto de reducir y controlar las grietas que se producen debido a la retracción durante el proceso de fraguado del hormigón, y para resistir los esfuerzos generados por los cambios de temperatura. Cerco: Es una amarra cerrada o doblada continua. Una amarra cerrada puede estar constituida por varios elementos de refuerzo con ganchos sísmicos en cada extremo. Una amarra doblada continua debe tener un gancho sísmico en cada extremo. Estribo: Armadura abierta o cerrada empleada para resistir esfuerzos de corte y de torsión, en un elemento estructural; por lo general, barras, alambres o malla electrosoldada de alambre (liso o estriado), ya sea sin dobleces o doblados, en forma de L, de U o de formas rectangulares, y situados perpendicularmente o en ángulo, con respecto a la armadura longitudinal. El término estribo se aplica, normalmente, a la armadura transversal de elementos sujetos a flexión y el término amarra a los que están en elementos sujetos a compresión. Ver también Amarra.
Comentario:Cabe señalar que si existen esfuerzos de torsión, el estribo debe ser cerrado. Gancho Sísmico: Gancho de un estribo, cerco o traba, con un doblez de 135º y con una
extensión de 6 veces el diámetro (pero no menor a 75 mm) que enlaza la armadura longitudinal y se proyecta hacia el interior del estribo o cerco. Traba: Barra continúa con un gancho sísmico en un extremo, y un gancho no menor de 90º, con una extensión mínima de 6 veces el diámetro en el otro extremo. Los ganchos deben enlazar barras longitudinales periféricas. Los ganchos de 90º de dos trabas transversales consecutivas que enlacen las mismas barras longitudinales, deben quedar con los extremos alternados. Zuncho: Amarra continua enrollada en forma de hélice cilíndrica empleada en elementos sometidos a esfuerzos de compresión que sirven para confinar la armadura longitudinal de una columna y la porción de las barras dobladas de la viga como anclaje en la columna. El espaciamiento libre entre espirales debe ser uniforme y alineado, no mayor a 80 mm ni menor a 25 mm entre sí. Para elementos hormigonados en obra, el diámetro de los zunchos no deben ser menor que 10 mm.
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Diámetro nom. en mm
6
8
10
12
16
20
25
32
40
Sección en cm2
0,28
0,50
0,79
1,13
2,01
3,14
4,91
8,04
12,60
Peso en Kg/m
0,22
0,50
0,62
0,89
1,58
2,47
3,85
6,31
9,86
Presentanción
Rollos y barras rectas
Barras rectas
CARACTERISTICAS PRINCIPALES DEL ACERO CORRUGADO DOBLADO Cualidades para la flexión (doblado/desdoblado). El acero corrugado es un acero para armar, dotado de una gran ductilidad, la cual permite que a la hora de cortar y doblar, estas operaciones resulten más seguras y con un menor gasto energético. Un gran número de ensayos han demostrado que no se producen roturas o fisuras cuando el acero se somete a doblados con rodillos/mandriles.
SOLDADURA Las modernas técnicas, tanto de producción como de Control de Calidad, permiten en la actualidad la obtención de aceros corrugados soldables. Esta característica, viene recogida en el Reglamento Nacional de Edificaciones de barras corrugadas soldables para armaduras de hormigón armado.
Ensayo de tracción
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Diagrama de tensión - deformación típico de un acero de bajo límite de fluencia. Elensayo de tracción de un material consiste en someter a una probeta normalizada realizada con dicho material a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. En un ensayo de tracción pueden determinarse diversas características de los materiales elásticos: Módulo de elasticidad o Módulo de Young, que cuantifica la proporcionalidad anterior. Coeficiente de Poisson, que cuantifica la razón entre el alargamiento longitudinal y la acortamiento de las longitudes transversales a la dirección de la fuerza. Límite de proporcionalidad: valor de la tensión por debajo de la cual el alargamiento es proporcional a la carga aplicada. Límite de fluencia o límite elástico aparente: valor de la tensión que soporta la probeta en el momento de producirse el fenómeno de la cedencia o fluencia. Este fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones elásticas y plásticas y se caracteriza por un rápido incremento de la deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada. Límite elástico (límite elástico convencional o práctico): valor de la tensión a la que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.) en función del extensómetro empleado. Carga de rotura o resistencia a la tracción: carga máxima resistida por la probeta dividida por la sección inicial de la probeta. Alargamiento de rotura: incremento de longitud que ha sufrido la probeta. Se mide entre dos puntos cuya posición está normalizada y se expresa en tanto por ciento. Estricción: es la reducción de la sección que se produce en la zona de la rotura. Normalmente, el límite de proporcionalidad no suele determinarse ya que carece de interés para los cálculos. Tampoco se calcula el Módulo de Young, ya que éste es característico del material; así, todos los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes.
Curva tensión-deformación
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Curva tensión-deformación. En el ensayo se mide la deformación (alargamiento) de la probeta entre dos puntos fijos de la misma a medida que se incrementa la carga aplicada, y se representa gráficamente en función de la tensión (carga aplicada dividida por la sección de la probeta). En general, la curva tensióndeformación así obtenida presenta cuatro zonas diferenciadas: 1. Deformaciones elásticas: en esta zona las deformaciones se reparten a lo largo de la probeta, son de pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la probeta recuperaría su forma inicial. El coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación se denomina módulo de elasticidad o de Young y es característico del material. Así, todos los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes. La tensión más elevada que se alcanza en esta región se denomina límite de fluencia y es el que marca la aparición de este fenómeno. Pueden existir dos zonas de deformación elástica, la primera recta y la segunda curva, siendo el límite de proporcionalidad el valor de la tensión que marca la transición entre ambas. Generalmente, este último valor carece de interés práctico y se define entonces un límite elástico (convencional o práctico) como aquél para el que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.). Se obtiene trazando una recta paralela al tramo proporcional (recto) con una deformación inicial igual a la convencional. 2. Fluencia o cedencia. Es la deformación brusca de la probeta sin incremento de la carga aplicada. El fenómeno de fluencia se da cuando las impurezas o los elementos de aleación bloquean las dislocaciones de la red cristalina impidiendo su deslizamiento, mecanismo mediante el cual el material se deforma plásticamente. Alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las dislocaciones produciéndose la deformación bruscamente. La deformación en este caso también se distribuye uniformemente a lo largo de la probeta pero concentrándose en las zonas en las que se ha logrado liberar las dislocaciones (bandas de Luders). No todos los materiales presentan este fenómeno, en cuyo caso la transición entre la deformación elástica y plástica del material no se aprecia de forma clara. 3. Deformaciones plásticas: si se retira la carga aplicada en dicha zona, la probeta recupera sólo parcialmente su forma quedando deformada permanentemente. Las deformaciones en esta región son más acusadas que en la zona elástica.
Estricción. Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentran en la parte central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la sección de la probeta, momento a partir del cual las deformaciones continuarán acumulándose hasta la rotura de la probeta por ese zona. La estricción es la responsable del descenso de la curva tensión-deformación; realmente las tensiones no disminuyen hasta la rotura, sucede que lo que se representa es el cociente de la fuerza aplicada (creciente) entre la sección inicial y cuando se produce la estricción la sección disminuye, efecto que no se tiene en cuenta en la representación gráfica. Los materiales frágiles no sufren estricción ni deformaciones plásticas significativas, rompiéndose la probeta de forma brusca. Terminado el ensayo se determina la carga de rotura, carga última o resistencia a la tracción: la máxima resistida por la probeta dividida por su sección inicial, el alargamiento en (%) y la estricción en la zona de la rotura.
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LA MADERA INTRODUCCIÓN La madera es un material complejo, con unas propiedades y características que dependen no sólo de su composición sino de su constitución (o de la manera en que están colocados u orientados los diversos elementos que la forman). El cómo están colocados u ordenados estos elementos nos servirá para comprender mejor el comportamiento, algunas veces poco lógico (aparentemente) de este material. En primer lugar se ha de recordar que la madera no es un material de construcción, fabricado a propósito por el hombre, sino que es un material obtenido del tronco y las ramas de los árboles cuya finalidad es la de facilitar el crecimiento y supervivencia de este elemento vegetal. La madera no es un material homogéneo, está formado por diversos tipos de células especializadas que forman tejidos. Estos tejidos sirven para realizar las funciones fundamentales del árbol; conducir la savia, transformar y almacenar los alimentos y por último formar la estructura resistente o portante del árbol. Será interesante recordar algunos conceptos respecto a la composición, microestructura y sobre todo la macroestructura de la madera. CARACTERISTICAS: Se denomina plantas fanerógamas, aquellas que poseen rices, tallos, hojas y flores; de éstos órganos, el tallo es el que nos interesa. Se dividen en dos sub tipos; el de las gimnospermas, plantas cuyas semillas están al descubierto; y el sub tipo de las angiospermas, la familia de las coníferas es muy importante para el curso, porque a ella pertenecen los pinos, abetos, cedros, etc. El sub tipo de las angiospermas, se subdividen a su vez en dicotiledóneas y monocotiledóneas, según que la semilla esté formada por dos masas, más o menos simétricas y fácilmente separables llamadas cotiledones; y una sola masa no divisible fácilmente, para la monocotiledóneas. La madera puede clasificarse en 2 grandes categorías: maderas blandas y maderas duras. Las maderas blandas son básicamente las coníferas.
La mayor parte de la madera usada estructuralmente es madera blanda. Sin embargo, superadas las dificultades para secar, trabajar y ensamblar las maderas duras, éstas son igualmente adecuadas con propósitos estructurales.
La madera es un material biológico y consecuentemente, de conformación estructural sumamente variada. Sin embargo existen pautas permanentes y fundamentalmente de formación, apreciables a simple vista, que aseguran una estructura ortotrópica con propiedades mecánicas diferentes independientes en cada dirección y en cada plano.
El diseño y la construcción con madera debe necesariamente reconocer esta anisotropía de la madera ya que afecta considerablemente no solo los esfuerzos admisibles, sino la durabilidad de las conexiones. PROPIEDADES QUIMICAS DE LA MADERA: La composición química, normal de la madera es la siguiente: Celulosa: 50.0 % a 60.0 % Lignina 20.0 a 30.0 Proteína 0.5 a 3.0 Resinas y ceras 0.7 a 3.0 Cenizas 0.2 a 2.0 Las características causa de deterioro de la madera son las siguientes: a.- Ataque por insectos y termitas. b.- Pudrición causada por hongos y humedad. c.- Destrucción por acción del interperismo. Para asegurar la durabilidad de la madera, es indispensable que ésta se encuentre seca y que haya sido sometida a un tratamiento químico de protección contra los ataques de insectos y termitas. Adicionalmente, no deberá estar sometida a condiciones de intemperie y a ciclos de humedecimiento y secado, sin una protección de barniz o pintura. PROPIEDADES FISICAS DE LA MADERA: a).Color: En las maderas blandas, llamadas tambien por este motivo blancas es mas pronunciado que en las maderas duras, pudiendo ser amarillas, rosáceas, rojas, morenas, pardas, verdes o negras. b).Dureza: Se determina por el ensayo de Brinell Maderas duras: Roble, haya, fresno, olmo. Maderas semi duras: Pino, alarse, aliso. Maderas blandas: Abeto, abedul, álamo. c).Peso Específico: Se determina ensayando aserrín muy fino y secado a 100 y 105º, es prácticamente el mismo para todas las maderas, teniendo en promedio un valor de 1,55. d).Densidad: Varía con la clase de madera, desde 1,32 para las pesadas haya 0,11 para el palo de balsa, que es una de las mas ligeras. e).Grado de humedad: El agua se halla en la madera en tres formas: 1. Constituye el 90 % del protoplasma de las células vivas. 2. Satura las paredes de las células. 3. Llena más o menos completamente los poros de la masa de la madera. Por esta razón se comprende que solo quemándola se puede eliminar el agua de la madera en forma absoluta. Madera Verde:
Es la madera cuyo contenido de humedad es superior al 30 %.
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Madera Semi seca: Es la madera cuyo contenido de humedad está comprendido entre 30 % y 15 %. Madera seca: Es aquella cuyo contenido de humedad es inferior a 15 %. f).Conductibilidad: Son malas conductoras de la electricidad; pudiéndose considerar como aislante cuando están secas. Son buenas conductoras del sonido. RESISTENCIA DE TENSION: La resistencia de las piezas, cuando el esfuerzo se realiza transversalmente a las fibras se debe a la oposición que ofrecen éstas al separarse, la que es vencida cuando la pieza falla; igualmente si la pieza cede cuando el esfuerzo se realiza paralelo a la dirección de la fibra, la rotura casi siempre es ocasionada por esfuerzos oblicuos que hacen que se separen las fibras. La resistencia en dirección normal a las fibras es solo de 1/10 a 1/20 de la resistencia en sentido longitudinal. RESISTENCIA A LA COMPRESION: Cuando se realiza se realiza en dirección longitudinal a las fibras, éstas trabajan como si fueran columnas huecas. En sentido transversal, la pieza tiende a achatarse, cuando sufre esfuerzos de éste género. La diferencia entre una y otra resistencia es menos que para la tensión, pues a la compresión la resistencia en sección transversal a la dirección de las fibras es de ¼ a 1/6 de la resistencia en sentido longitudinal. EXPLOTACION FORESTAL: a.- Tala, derribo o apeo de los árboles. b.- Poda o corte de ramas delgadas y hoja. c.- Trozado de los troncos gruesos, en dimensiones apropiadas para ser transportados a los aserraderos. ASERRADERO DE LA MADERA: Es la operación realizada en los aserraderos. Los troncos son cortados por medio de sierras circulares, o por sierras de cintas; tambien se llaman a éstas últimas sierras de bastador o carro, porque los rollizos son colocados en un dispositivo con movimiento de traslación, que los empuja hacia la sierra. El lenguaje corriente, las distintas maneras de aserrar un tronco se llaman: a).Corte Transversal o de Testa: El realizado en dirección perpendicular al eje mayor del tronco; muestra la corteza, albura, duramen, etc. b).Corte longitudinal, Diametral o de Madera al Corazón: Que es aquel que se hace por un plano que pasa por el eje longitudinal del tronco y que permite apreciar la fibrosidad de la madera. c).Corte Tangencial o de Madera al Hielo: Que se ejecuta según una cuerda a los anillos de crecimiento, y que muestra tambien la disposición de las fibras TERMINOLOGIA DE LA MADERA: a.- Listón: Pieza de grueso inferior o igual a 1 – ½‖ y de ancho inferior a 4‖. b.- Tabla: Pieza de grueso inferior o igual a 1 – ½‖ y de ancho igual o superior a 4‖. c.- Tablón: Pieza de grueso superior a 1 – ½‖ y hasta 4‖, y de ancho superior a 6‖. d.- Cuartón: Pieza cuyo grueso y ancho varía entre 2‖ y 6‖. e.- Viga: Es una pieza aserrada o cepillada grueso y ancho igual o superior a 12‖. f.- Tincas: Troncos o rollizos de 1,50 m de largo, mas o menos derechos y con diámetros en la base media de 10 a 18 cm incluyendo la corteza.
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g.- Puntales: Rollos o troncos de 2,00 a 2,50 m de largo y de 20 a 25 cm de diámetro medio. Se utilizan en los ademes. h.- Durmientes o cuartones: De a.b.c.-
acuerdo Madera Madera Madera filo d.- Madera e.- Madera
con la forma como se ha manufacturado la madera, se tiene: Labrada: La que ha sido trabajada y escuadrada con hacha o azuela. Aserrada: La que se presenta tal como ha salido de la sierra. acepillada:La madera aserrada cuyas caras han sido aisladas por herramientas de llamadas cepillos. Moldura: La acepillada, según un perfil determinado, con fines ornamentales. Machihembrada: Las tablas acepilladas con sus cantos provistos de ranuras y lengüetas, respectivamente, para su ensamble longitudinal. f.- Madera de cantos Boleados: Aquella que presenta una o varias aristas redondeadas o biseladas. g.- Madera Traslapada: La tabla que en sección transversal presenta la forma de una cuña. MEDIDA COMERCIAL DE LA MADERA: La unidad de medida mas usual entre nosotros es la denominada pie cuadrado de madera, en inglés ―squarefeet of borrad measure”, y en abreviatura “ft. B.M.”. Como definición diremos que un pie de madera, es el volumen de una pieza o tabla de 12‖ x 12‖ x 1‖. Para reducir a pies de madera, una pieza cuyas dimensiones están expresadas en medidas inglesas, basta multiplicar el ancho por el grueso de la escuadría, en pulgadas, por el largo de la pieza en pies y dividir éste producto por 12, así: 3‖ x 4‖ x 6‘ = 6.00 pies de madera (B.M.) 2‖ x 8‖ x 8‖‘ = 16.66 pies de madera (B.M.) COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURAS DE LA MADERA COMPOSICIÓN Es una sustancia fibrosa, organizada, esencialmente heterogénea, producida por un organismo vivo que es el árbol. Sus propiedades y posibilidades de empleo son, en definitiva, la consecuencia de los caracteres, organización y composición química de las células que la constituyen. El origen vegetal de la madera, hace de ella un material con unas características peculiares que la diferencia de otros de origen mineral. Elementos orgánicos de que se componen: - Celulosa: 40-50% - Lignina: 25-30% - Hemicelulosa: 20-25% (Hidratos de carbono) - Resina, tanino, grasas: % restante Estos elementos están compuestos de: - Elementos esenciales (90%): - Carbono: 46-50% - Oxígeno: 38-42% - Hidrógeno: 6% - Nitrógeno: 1% - Otros elementos (10%):
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- Cuerpos simples - Compuestos minerales
(Fósforo y azufre) (Potasa, calcio, sodio)
ESTRUCTURA MACROSCÓPICA La observación de un trozo de madera nos permitirá ver los diversos elementos característicos que la forman, y además, apreciar que no se trata de un material homogéneo. Si se observa el tronco de un árbol, se ve que tiene forma casi cilíndrica (troncocónica) y que está formado por sucesivas capas superpuestas (anillos). En primer lugar se aprecia que entre la madera y la corteza existe una capa generatriz, llamada cambium, que produce madera hacia el interior y corteza hacia el exterior. En cada período vegetativo se forma una nueva capa (anillo) que cubre la anterior. Dentro de cada capa se observan dos zonas bien diferenciadas, la formada al principio del período vegetativo con células de paredes delgadas y grandes lúmenes que se denomina madera de primavera, y la formada durante el verano, con células de paredes gruesas y lúmenes pequeños, llamada madera de verano. Esta diferencia entre las dos zonas, hace fácilmente distinguible en la sección transversal, una serie de anillos concéntricos llamados anillos de crecimiento, cada uno de los cuales corresponde a un período vegetativo de la vida del árbol y que en nuestro clima, representa el crecimiento anual, por lo que su número indica la edad del árbol.
Analicemos, una por una, las diferentes partes que se puedan observar en una sección normal al eje del árbol.
- Médula:
Parte central del árbol. Constituida por tejido flojo y poroso. Tiene un diámetro muy pequeño. Madera vieja y normalmente agrietada. Se suele desechar en los procesos de elaboración de la madera.
- Duramen:
Madera de la parte interior del tronco. Constituido por tejidos que han llegado a su máximo desarrollo y resistencia (debido al proceso de lignificación.) De coloración, a veces, más oscura que la exterior. Madera adulta y compacta. Es aprovechable. La duraminización (transformación de albura a duramen) de la madera se caracteriza por una serie de modificaciones anatómicas y químicas, oscurecimiento, aumento de densidad y mayor resistencia frente a los ataques de los insectos.
- Albura:
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Se encuentra en la parte externa del tronco, bajo la corteza. Constituida por tejidos jóvenes en período de crecimiento (zona viva). Contiene mucha savia y materias orgánicas. De coloración más clara que el duramen, más porosa y más ligera, con mayor riesgo frente a los ataques bióticos.
- Cambium:
Capa existente entre la albura y la corteza, constituye la base del crecimiento en especial del tronco, generando dos tipos de células: Hacia el interior: Madera (albura)
- Liber:
Parte interna de la corteza. Es filamentosa y poco resistente. Madera embrionaria viva.
- Corteza:
Capa exterior del tronco. Tejido impermeable que recubre el liber y protege al árbol.
- Radios leñosos:
Bandas o láminas delgadas de un tejido, cuyas células se desarrollan en dirección radial, o sea, perpendicular a los anillos de crecimiento. Ejercen una función de trabazón. Almacenan y difunden las materias nutritivas que aporta la savia descendente (igual que las células de parénquima). Contribuyen a que la deformación de la madera sea menor en dirección radial que en la tangencial. Son más blandos que el resto de la masa leñosa. Por ello constituyen las zonas de rotura a comprensión, cuando se ejerce el esfuerzo paralelamente a las fibras.
- Anillos anuales:
. Cada anillo corresponde al crecimiento anual, consta de dos zonas claramente diferenciadas: - Una formada en primavera: Predominan en ella los vasos gruesos que conducen la savia bruta hasta las hojas (tejido vascular). Color claro, pared delgada y fibras huecas y blandas. - Otro formado en verano: Tienen los vasos más pequeños y apretados. Sus fibras forman el tejido de sostén. Color oscuro denso y fibras de paredes gruesas. En zonas tropicales (o en las zonas donde no se producen, prácticamente, variaciones climáticas con los cambios de estación, y la actividad vital del árbol es continua), no se aprecian diferencias entre las distintas zonas de anillos de crecimiento anual. Su suma, son los años de vida del árbol. Debido a la forma tronco-cónica del árbol, los anillos anuales se deben contar en el tronco, en zona más próxima a las raíces. ESTRUCTURA MICROSCÓPICA DE LA MADERA Como se ha visto la madera no es un material homogéneo, está formado por diversos tipos de células especializadas que forman tejidos. Estos tejidos sirven para realizar las funciones fundamentales del árbol; conducir la savia, transformar y almacenar los alimentos y formar la estructura resistente o portante del árbol. La heterogeneidad de la madera será, en parte, la causa de sus propiedades. Se puede considerar la madera como un conjunto de células alargadas en forma de tubos, paralelos al eje del árbol, muy variables, tanto en longitud y forma, como en el espesor de sus paredes y en las dimensiones interiores. Estas células están unidas entre sí por una sustancia llamada materia intercelular o laminilla media, y a su vez trabadas por otro tipo de células, colocadas perpendicularmente a las anteriores y en el sentido radial del tronco, formando los llamados radios leñosos. La variedad de tipos de células y la forma de unirse, definen la infinidad de especies diferentes de madera que existen.
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Todo ello hace de la madera un material resistente y ligero, que puede competir favorablemente con otros materiales utilizados en la construcción, en cuanto a la relación resistencia-peso específico. En el sentido axial distinguimos: a)- Fibras alargadas, de pared gruesa formadas por células que se han prolongado afinándose en las puntas, constituyendo los tejidos de sostén, es decir, la estructura y la parte resistente de la madera (tejido fibroso). En las coníferas estas células son las mismas que sirven para permitir la circulación de los fluidos. b)- Vasos y poros de pared delgada (tejido vascular), formando los órganos de conducción o vehículo de la savia ascendente o bruta; los poros de la madera aparecen en sección transversal (pequeños agujeros), y en sección longitudinal (pequeñas estrías). c)- Células de parénquima, son cortas y poco abundantes. Difunden y almacenan en todo el espesor del árbol la savia descendente o elaborada. El parénquima constituye una especie de tejido conjuntivo (tegumental o de defensa), que vincula entre sí a los otros tejidos y que está formado por células poliédricas de paredes celulósicas delgadas y esponjosas. Esta especialización entre estructura y función sólo existe en los árboles frondosos; en los resinosos, todas las fibras son de carácter especial, llamadas traqueidas, de paredes más o menos espesas según la época del año en que se han formado. En el sentido radial hay menos células, y estas se disponen por bandas o láminas delgadas (radios medulares), intercaladas entre las fibras y los vasos, a los que cruzan en ángulo recto, dirigiéndose desde la corteza hasta el centro del árbol. En esas bandas de células llamadas radios celulares o mallas, almacenan y difunden, como las células del parénquima, las materias nutritivas que arrastra la savia descendente. En ciertas especies se encuentran en ambos sentidos, axial y radial, unos canales secretores de resina. De lo dicho anteriormente se desprende que la madera es un material heterogéneo y anisótropo, por tanto, sus propiedades variarán según la dirección que se considere. COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE LOS CONSTITUYENTES DE LA PARED CELULAR El análisis de los distintos componentes será el siguiente: CELULOSA La celulosa es el principal componente estructural de la madera. Seria el equivalente a las armaduras en el hormigón armado. La celulosa es un polímero lineal, cuya fórmula es (C6 H10 O5) n, siendo el valor de n varios miles de unidades. HEMICELULOSA Se considera a la hemicelulosa como el agente cementante que mantiene aglomeradas las microfibrillas y evita fisuras cuando las fibras de la madera son sometidas a esfuerzos de torsión, flexión o compresión que actúan sobre ellas. La hemicelulosa, también un polímero, cuyas fórmulas (C5 H8 O4)n y (C6 H8 O4)n siendo el valor de n de centenares de unidades. Su grado de polimerización es menor que el de la celulosa. LIGNINA. Podríamos decir que la lignina actúa como impermeabilizante de las cadenas de celulosa (muy hidrófilas) y como aglomerante de las estructuras fibrilares de las células. PROPIEDADES FISICAS ANISOTROPÍA
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Dado que la madera es un material formado por fibras orientadas en una misma dirección, es un material anisótropo, es decir, que ciertas propiedades físicas y mecánicas no son las mismas en todas las direcciones que pasan por un punto determinado, si no que varían en función de la dirección en la que se aplique el esfuerzo. Se consideran tres direcciones principales con características propias: - Dirección axial: Paralela a las fibras y por tanto al eje del árbol. En esta dirección es donde la madera presenta mejores propiedades. - Dirección radial: Perpendicular al axial, corta el eje del árbol en el plano transversal y es normal a los anillos de crecimiento aparecidos en la sección recta. - Dirección tangencial: Localizada también en la sección transversal pero tangente a los anillos de crecimiento o también, normal a la dirección radial. HUMEDAD DE LA MADERA. RELACIONES AGUA - MADERA Es la propiedad más importante, pues influye sobre todas las demás, propiedades físicas, mecánicas, mayor o menor aptitud para su elaboración, estabilidad dimensional y resistencia al ataque de seres vivos. El agua es el vehículo de transporte que utilizan las plantas para su alimento, esto, unido a la higroscopicidad de la madera, hace que esta tenga normalmente en su interior cierta cantidad de agua, que es necesario conocer antes de su uso, debido a las modificaciones que produce en las características físicas y mecánicas. El agua en la madera, puede estar presente de tres formas diferentes: - Agua de constitución o agua combinada: Es aquella que entra a formar parte de los compuestos químicos que constituyen la madera. Forma parte integrante de la materia leñosa (de su propia estructura), y no se puede eliminar si no es destruyendo al propio material (por ejemplo, quemándola). - Agua de impregnación o de saturación: Es la que impregna la pared de las células rellenando los espacios submicroscópicos y microscópicos de la misma. Se introduce dentro de la pared celular, siendo la causa de la contracción de la madera cuando la pierde (desorción) y de su expansión o hinchamiento cuando la recupera (sorción: retención de agua). Se puede eliminar por calentamiento hasta 100 - 110° C. - Agua libre: Es la que llena el lumen de las células o tubos (vasos, traqueidas, etc.) Es absorbida por capilaridad. El agua libre, una vez perdida por la madera, ya no puede ser recuperada a partir de la humedad atmosférica. Para recuperarla, habrá de ser por inmersión directa en el agua. El agua libre no tiene mas repercusión que la ocupación física de los huecos, y por consiguiente no influye en la hinchazón o merma de la madera ni en las propiedades mecánicas. Las dos últimas, impregnación y libre son las que constituyen la humedad de la madera. La humedad es la cantidad de agua que contiene la madera expresada en % de su peso en estado anhídro o húmedo. CONTENIDO DE HUMEDAD. Definimos como contenido de humedad o simplemente humedad de la madera Ph a la relación del peso del agua contenida en la madera, al peso de la madera anhídra y se calcula de la siguiente forma: en la que Ph representa el peso de la madera que estamos estudiando, Po el peso de la madera anhídra y se multiplica por 100 para así obtener el % de contenido de humedad de la madera referida al peso seco En algunos casos (industria de la pasta para papel), interesa obtener el % de contenido de humedad de la madera referida al peso húmedo con lo que la fórmula para obtenerlo será: La humedad no es constante en todo el espesor de la pieza, siendo menor en el interior y teniendo más humedad la albura que el duramen.
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La madera contiene más agua en verano que en invierno. Es un material higroscópico, lo cual significa que absorbe o desprende agua en función del ambiente que le rodea. Expuesta al aire pierde agua y acaba estabilizándose a una humedad que depende de las condiciones del ambiente: temperatura y humedad. Si estas condiciones varían, también variará su contenido de humedad. La humedad de la madera tiende a estar en equilibrio con el estado del aire ambiente. Este equilibrio no es el mismo si la madera está secándose, que si está absorbiendo agua. El primer tipo de agua que elimina la madera es el agua libre; esta pérdida se hace prácticamente sin variación de las características físicas - mecánicas (varia su densidad aparente.) Desaparecida el agua libre, queda el agua de impregnación de la pared celular (satura las fibras de la madera) y que al disminuir por medio de la evaporación o secado modifica las propiedades fisico - mecánicas (su dureza y la mayoría de las resistencias mecánicas aumentan) y el volumen de la pieza de madera disminuye como consecuencia de la disminución de volumen de las paredes de cada una de sus células. La humedad de la madera depende, ahora, de las condiciones higrotérmicas del ambiente. A cada par de valores de temperatura y humedad relativa del aire corresponde, en la madera, una humedad comprendida entre el 0% y el 30% (punto de saturación de las fibras, aproximadamente), que recibe el nombre de " Humedad de equilibrio higroscópico ". Este " Punto de saturación de las fibras " (P.S.F.) o más exactamente Punto de saturación de la pared celular, nos indica la máxima humedad que puede contener una madera sin que exista agua libre. Una vez que haya descendido de este punto, la madera no volverá a tomar agua libre si no es por inmersión. Las maderas de P.S.F. altos son, en general, utilizadas en un medio con un % de humedad muy inferior a la que corresponde al P.S.F., excepto en el caso en que se encuentren sumergidas. Se moverán siempre bajo la influencia de las variaciones de humedad pero son, en general, poco nerviosas.
Cuadro de estado de la madera según el % de humedad.
Madera empapada: Hasta un 150% de humedad aproximadamente (sumergida en agua) Madera verde: Hasta un 70% de humedad (madera en pie o cortada en monte) Madera saturada: 30% de humedad (sin agua libre, coincide con P.S.F.) Madera semi-seca: del 30% al 23% de humedad (madera aserrada) Madera comercialmente seca: del 23% al 18% (durante su estancia en el aire) Madera secada al aire: del 18% al 13% (al abrigo de la lluvia) Madera desecada (muy seca): menos del 13% (secado natural o en clima seco) Madera anhídrida: 0% (en estufa a 103° C. Estado inestable) Humedad normal para ensayos: Las humedades de la madera para la realización de ensayos han sido el 12 y el 15% según países y normas. Actualmente tiende a usarse la humedad de
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equilibrio que se obtiene a una temperatura de 20°C. y con una humedad relativa del 65%, lo que nos da una humedad en la madera de aproximadamente del 12%. - Para las obras, la guía de humedad que debe de tener la madera según la naturaleza de la obra, es la siguiente: Obras hidráulicas: 30% de humedad (contacto en agua) Túneles y galerías: de un 25% a un 30% de humedad (medios muy húmedos) Andamios, encofrados y cimbras: 18% al 25% de humedad (expuestos a la humedad) En obras cubiertas abiertas: 16% a 20% de humedad. En obras cubiertas cerradas: 13% a 17% de humedad. En locales cerrados y calentados: 12% al 14% de humedad En locales con calefacción continua: 10% al 12% de humedad. HINCHAZÓN Y MERMA DE LA MADERA Es la propiedad que posee la madera de variar sus dimensiones y por tanto su volumen cuando su contenido de humedad cambia. Cuando una madera se seca por debajo de P. S. F., se producen unos fenómenos comúnmente llamados " movimientos, trabajo o juego de la madera ―; Si el fenómeno es de aumento de volumen, se designa con el nombre de " Hinchazón " y si ocurre el fenómeno inverso de disminución de volumen " Merma ". El aumento de volumen con la humedad es, prácticamente, proporcional a la misma, hasta un punto que coincide aproximadamente con el 25% de humedad, sigue el aumento de volumen, pero con incrementos cada vez menores, hasta el Punto de saturación de las fibras (PSF) a partir del cual el volumen permanece prácticamente constante, (deformación máxima). La contracción volumétrica total, mide la contracción volumétrica entre los estados de saturación y anhídro. La contracción volumétrica entre dos estados de humedad viene dado por el porcentaje de variación de volumen entre los dos estados. La medida de contracción volumétrica no es suficiente para determinar la calidad de una madera. Es preciso saber como se comporta bajo la influencia de las variaciones de humedad próximas a la humedad normal, que es, en general, la que corresponde al ambiente de empleo de la madera. CLASE Gran contracción
Contracción media
Pequeña contracción
CONTRACCION TIPO DE COMPARACION TOTAL % 20 al 15% Madera en rollo con grandes fendas de desecación que deberán aserrarse antes del secado (haya, fresno, roble) 15 al 10% Madera en rollo con fendas medias, pudiendo ser conservada en rollo para apeos, postes, andamiaje. (resinosas, acacias, caoba de Africa) 10 al 5% Madera en rollo con pequeñas fendas que se puede secar antes de su despiece, desenrollo etc. (nogal, chopo etc.
COEFICIENTE DE CONTRACCIÓN VOLUMÉTRICA
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Dicho coeficiente mide la variación del volumen de la madera cuando su humedad varía un 1%. Este coeficiente V% (casi constante entre los estados anhídro y de saturación de las fibras) caracteriza las maderas: - Maderas de débil contracción 0,15% < V < 0,35% (poca nerviosa) maderas de carpintería y ebanistería. - Maderas de contracción media: 0,35% < V < 0,55% (maderas de construcción). - Maderas de fuerte contracción: 0,55% < V < 1% (nerviosa) Emplear en medios de humedad constante. PUNTO DE SATURACIÓN DE LAS FIBRAS El punto de saturación de las fibras (P.S.F.) representa el % de humedad de la madera cuando se ha alcanzado la máxima hinchazón; si disminuye la humedad también lo hará el volumen, pero si aquella aumenta, el volumen permanece prácticamente constante: CLASE Bajo Normal Elevado
Punto Saturación Inferior a 25% de 25 a 35% Superior a 35%
Las variaciones de volumen expuestas no son suficientes, en general, para darse cuenta de la complejidad de los fenómenos que intervienen en el movimiento de la madera y que tienen como resultado las variaciones lineales de sus tres dimensiones: axial, tangencial y radial, con contracciones muy diferentes para cada una, como consecuencia de ser la madera un material anisótropo.
En el sentido longitudinal o de la fibra (axial) de la madera, el movimiento es muy pequeño, y en la practica se considera nulo (0,1%), mientras que en el sentido radial el movimiento puede variar entre un 4,5 y un 8%. En el sentido tangencial (anillos anuales), la contracción es, en general de 1,5 a 2 veces mayor que en el sentido radial. Esta diferencia de contracciones, según los sentidos radial y tangencial, es una de las causas de las deformaciones y fendas que se producen durante el proceso de secado. Existen algunas clases de madera en las que las
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contracciones radial y tangencial son prácticamente iguales. Estas maderas, aún con una fuerte contracción, si se desecan con cuidado no se deforman; son las maderas de ebanistería por excelencia (caobas, etc.). La contracción volumétrica debido a las variaciones lineales de sus tres dimensiones, viene expresada por la siguiente formula: Es por consiguiente de gran interés conocer la cuantía de las contracciones lineales, medidas que se calculan en la mayoría de los laboratorios dedicados al estudio de las propiedades de las maderas. Las formulas que para ello se emplean, análogas a la ya conocida para calcular la contracción volumétrica total son: Las contracciones de una tabla simétrica, según su corte pueden ser: Curvatura de canto, curvatura de tabla, acanaladura y alabeo (diferencia entre las contracciones radiales y tangenciales) El movimiento es mas acusado en la madera de la periferia del tronco que en la del corazón por ello las tablas tienden a curvarse hacia la albura (absorbe mayor cantidad de agua) PESO ESPECÍFICO Por definición podemos decir que: Al ser un material poroso podemos considerar o no los poros para determinar el peso específico. Dada esta naturaleza porosa y las variaciones de peso y volumen, en función del contenido de humedad, hay que especificar las condiciones en que se verifican las medidas del peso específico. Si consideramos los poros contemplamos el volumen aparente y obtenemos el peso específico aparente Si consideramos solo la masa leñosa (deducimos el volumen de poros) obtenemos el peso específico real. Se establecen como puntos de comparación los valores de 0% y 12% de humedad. Al primero se llama peso específico anhídro y al segundo es la humedad normal según normas internacionales. El peso específico de la pared celular (peso específico real, sin considerar los poros), es prácticamente constante en todas las especies, y es del orden de 1,55 gr / cm3 Este es el límite, máximo teórico, que podría alcanzar una madera, en la que los huecos celulares los hubiese reducido a cero. Las diferencias entre las maderas se deben pues la mayor o menor proporción de dichos huecos. - Dado que puede variar el contenido de humedad mucho, el agua puede hacer variar el peso específico. - Como el contenido de agua nos hace variar el volumen, también nos cambia el peso específico. - Por todo ello el peso específico debe referirse siempre, si es posible a la humedad del 12% aceptada internacionalmente. Esto no quiere decir que siempre tengamos que hacer el cálculo con maderas con el 12% de humedad, sino que podemos hacerlo con cualquier humedad y referirlo después al 12% mediante la fórmula siguiente. HIGROSCOPICIDAD A la variación del peso específico, cuando la humedad varía un 1%, se le denomina higroscopicidad. : Las variaciones del peso específico en función de la humedad pueden verse en el gráfico de Kollman, donde se aprecia, además, la máxima humedad que puede alcanzar una madera.
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El conocimiento del peso específico aparente (considerando los poros) es muy importante pues en función de este valor podremos hacernos una idea aproximada de su comportamiento físico mecánico. Si su valor es alto, significa que hay pocos poros y mucha materia resistente. En la madera, se puede relacionar, aunque no linealmente, el peso específico aparente con su capacidad resistente. Los árboles de las zonas templadas, presentan una densidad heterogénea (No constante dentro de una misma especie, pudiendo variar según el origen o procedencia del árbol y según la zona del tronco en que se tome la probeta) En árboles tropicales esta heterogeneidad es menos acusada, pues al carecer de anillos de crecimiento su estructura es más homogénea. El peso específico aparente aumenta con la edad. Clasificación de la madera según su peso específico aparente. TIPO Muy ligeras Ligeras Semipesadas Pesadas Muy pesadas
RESINOSAS 0,4 0,4 a 0,5 0,5 a 0,6 0,6 a 0,7 >0,7
FRONDOSAS 0,5 0,5 a 0,65 0,65 a 0,8 0,8 a 1,0 >1,0
HOMOGENEIDAD Una madera es homogénea cuando su estructura y la composición de sus fibras resulta uniforme en cada una de sus partes (Ejemplos: Peral, manzano, tilo, boj, arce, etc.) Son poco homogéneas: - Las maderas con radios medulares muy desarrollados (Ej. encina, fresno) - Las maderas con anillos anuales de crecimiento con notables diferencias entre la madera de primavera y la de otoño (Ej. abeto,...) DURABILIDAD Es una propiedad muy variable, pues depende de muchos factores: el medio ambiente, la especie de la madera, la forma de apeo, las condiciones de la puesta en obra, la forma de secado, las alteraciones de la humedad y sequedad, el contacto con el suelo (empotrada en terrenos arcillosos y en arena húmeda se conserva mucho tiempo, en arenas y calizas, duran poco), el agua (sumergida en agua dulce se conserva mucho tiempo), su tratamiento antes de ser usada, su protección una vez puesta en obra (pinturas, etc.) A más densidad mayor duración. Son maderas durables: La encina, el roble, la caoba, el haya, etc. INFLAMACIÓN Y COMBUSTIÓN Las maderas arden, lo cual desde el punto de su utilización como combustible, es una cualidad, pero para su empleo en la construcción y decoración es un defecto. Se clasifica a efectos de su reacción ante el fuego dentro de la clase M3 M4 M5 (M0, M1, M2, M3, M4, M5, es la clasificación en orden creciente en cuanto a su grado de combustibilidad de los materiales). Las reacciones que se producen son las siguientes: La celulosa de la madera, constituyente de la fibra vegetal, al arder se combina con el oxígeno del aire, dejando un pequeño residuo ceniciento, procedente de la lignina y de las sales minerales; cuando el oxígeno es abundante y la temperatura suficiente la destrucción es casi
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total, pero si la combustión es incompleta por carencia de estos factores, la celulosa sufre una deshidratación y la madera queda convertida en carbón vegetal, carente de resistencia. Son maderas muy inflamables: Pino, abeto, sauce, chopo, aliso, etc. Casi todas ellas maderas resinosas. Son maderas medianamente inflamables: Haya, caoba, castaño, tuya, etc. Son maderas menos inflamables: Encina, ébano, boj, alerce, etc. Arden mejor: - La madera seca que madera húmeda. - La madera con corteza y ramaje que la descortezada y cepillada. - Las piezas de pequeño tamaño que las piezas de gran tamaño. - Las piezas verticales que las horizontales. Las maderas secas se encienden sometidas a una inflamación inicial a la temperatura de 300° C. Las maderas frondosas duras arden superficialmente, con lentitud y llama corta; en cambio, las maderas frondosas blandas y las resinosas se queman profundamente con llama larga; estas diferencias se reducen cuando se trata de piezas de poco grosor. Con el pintado y mejor con la impregnación de substancias ignífugas, se reduce considerablemente la inflamabilidad y combustibilidad de las maderas. PROPIEDADES MECÁNICAS ELASTICIDAD - DEFORMABILIDAD Bajo cargas pequeñas, la madera se deforma de acuerdo con la ley de Hooke, o sea, que las deformaciones son proporcionales a la las tensiones. Cuando se sobrepasa el límite de proporcionalidad la madera se comporta como un cuerpo plástico y se produce una deformación permanente. Al seguir aumentando la carga, se produce la rotura. La manera de medir deformaciones es a través de su módulo de elasticidad, según la formula: Este módulo dependerá de la clase de madera, del contenido de humedad, del tipo y naturaleza de las acciones, de la dirección de aplicación de los esfuerzos y de la duración de los mismos. El valor del módulo de elasticidad E en el sentido transversal a las fibras será de 4000 a5000 Kg / cm.2 El valor del módulo de elasticidad E en el sentido de las fibras será de 80.000 a180.000 Kg / cm.2 FLEXIBILIDAD Es la propiedad que tienen algunas maderas de poder ser dobladas o ser curvadas en su sentido longitudinal, sin romperse. Si son elásticas recuperan su forma primitiva cuando cesa la fuerza que las ha deformado. La madera presenta especial aptitud para sobrepasar su límite de elasticidad por flexión sin que se produzca rotura inmediata, siendo esta una propiedad que la hace útil para la curvatura (muebles, ruedas, cerchas, instrumentos musicales, etc.). La madera verde, joven, húmeda o calentada, es más flexible que la seca o vieja y tiene mayor límite de deformación. La flexibilidad se facilita calentando la cara interna de la pieza (produciéndose contracción de las fibras interiores) y, humedeciendo con agua la cara externa (produciéndose un alargamiento de las fibras exteriores) La operación debe realizarse lentamente. Actualmente esta propiedad se incrementa, sometiéndola a tratamientos de vapor. Maderas flexibles: Fresno, olmo, abeto, pino. Maderas no flexibles: Encina, arce, maderas duras en general. DUREZA Es una característica que depende de la cohesión de las fibras y de su estructura.
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Se manifiesta en la dificultad que pone la madera de ser penetrada por otros cuerpos (clavos, tornillos, etc.) o a ser trabajada (cepillo, sierra, gubia, formón). La dureza depende de la especie, de la zona del tronco, de la edad. En general suele coincidir que las mas duras son las mas pesadas. El duramen es más duro que la albura. Las maderas verdes son más blandas que las secas. Las maderas fibrosas son más duras. Las maderas más ricas en vasos son más blandas. Las maderas mas duras se pulen mejor. - Muy duras: Ebano, boj, encina. - Duras: Cerezo, arce, roble, tejo... - Semiduras: Haya, nogal, castaño, peral, plátano, acacia, caoba, cedro, fresno, teka. - Blandas: Abeto, abedul, aliso, pino, okume. - Muy blandas: Chopo, tilo, sauce, balsa. CORTADURA Es la resistencia ofrecida frente a la acción de una fuerza que tiende a desgajar o cortar la madera en dos partes cuando la dirección del esfuerzo es perpendicular a la dirección de las fibras. Si la fuerza es máxima en sentido perpendicular a las fibras será cortadura y si es mínima en sentido paralelo a las mismas será desgarramiento o hendibilidad. HENDIBILIDAD Es la resistencia ofrecida frente a la acción de una fuerza que tiende a desgajar o cortar la madera en dos partes cuando la dirección de los esfuerzos es paralela a la dirección de las fibras. La madera tiene cierta facilidad para hendirse o separarse en el sentido de las fibras. Una cuña, penetra fácilmente en la madera, al vencer por presión la fuerza de cohesión de las fibras (no las corta). Es fácil observar esta propiedad al cortar madera para hacer leña, en la dirección de las fibras se separa en dos fácilmente. La madera verde es más hendible que la seca. Cuando se van a realizar uniones de piezas de madera por medio de tornillos o clavos nos interesa que la madera que vamos a usar tenga una gran resistencia a la hienda. Hendibles: Castaño, alerce y abeto. Poco hendibles: Olmo, arce y abedul. Astillables: Fresno DESGASTE Las maderas sometidas a un rozamiento o a una erosión, experimentan una pérdida de materia (desgaste) La resistencia al desgaste es importante en las secciones perpendiculares a la dirección de las fibras, menor en las tangenciales y muy pequeña en las radiales. RESISTENCIA AL CHOQUE Nos indica el comportamiento de la madera al ser sometida a un impacto. La resistencia es mayor, en el sentido axial de las fibras y menor en el transversal, o radial. Máxima axial Mínima radial En la resistencia al choque influyen: el tipo de madera, el tamaño de la pieza, la dirección del impacto con relación a la dirección de las fibras, la densidad y la humedad de la madera, entre otros. RESISTENCIA A LA TRACCIÓN La madera es un material muy indicado para trabajar a tracción (en la dirección de las fibras), viéndose limitado su uso únicamente por la dificultad de transmitir estos esfuerzos a las
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piezas. Esto significa que en las piezas sometidas a tracción los problemas aparecerán en las uniones. Si se realiza un esfuerzo de tracción en la dirección axial, la magnitud de la deformación producida será menor que si el esfuerzo es de compresión, sobre todo en lo que concierne a las deformaciones plásticas. Es decir que la rotura de la madera por tracción se puede considerar como una rotura frágil. La resistencia a la tracción de la madera presenta valores elevados. La resistencia de la madera a la tracción en la dirección de las fibras, se debe a las moléculas de celulosa que constituye, en parte, la pared celular. En la práctica existen algunos inconvenientes, que se han de tener en cuenta al someterla a este tipo de esfuerzos; en la zona de agarre existen compresiones, taladros, etc., que haría romper la pieza antes por raja o cortadura, con lo que no se aprovecharía la gran resistencia a la tracción. Por otra parte, los defectos de la madera, tales como nudos, inclinación de fibras, etc., afectan mucho a este tipo de solicitación, disminuyendo su resistencia en una proporción mucho mayor que en los esfuerzos de compresión. FACTORES QUE AFECTAN A LA RESISTENCIA A LA TRACCIÓN - Humedad La resistencia a la tracción paralela a la fibra aumenta de forma más o menos lineal desde el punto de saturación de las fibras hasta el 10%, con un aumento del 3% por cada disminución de humedad del 1%. Entre el 8 y el 10% de humedad existe un máximo, a partir del cual disminuye ligeramente. - Temperatura El efecto de la temperatura es menor en la tracción paralela, que en otros tipos de esfuerzos. - Nudos Los nudos afectan enormemente frente a este esfuerzo, ya que la desviación de fibras alrededor del nudo tiene gran influencia en la resistencia. Así, pequeños nudos, que reducirían la resistencia a compresión en un 10%, lo haría en el 50% en el caso de tracción. Los nudos dan lugar, también, a una distribución irregular de las tensiones. Según los valores obtenidos en el ensayo de tracción, al 12% de humedad, las maderas se clasifican en los siguientes grupos: - Resistencia pequeña, si es menor de 25 Kp. /cm2. - Resistencia media, está comprendida entre 25 y 45 Kp. /cm2. - Resistencia grande, si es mayor de 45 Kp. /cm2 - Inclinación de la fibra: Se puede decir que la resistencia a tracción se ve mucho mas afectada que la resistencia a la compresión con igual inclinación de las fibras. Una ángulo de 15° reduce la resistencia a la tracción a la mitad y si el ángulo es de 30° la resistencia es 1/5 de la que tendría si la dirección del esfuerzo fuese paralela a la fibra. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN La madera, en la dirección de las fibras, resiste menos a compresión que a tracción, siendo la relación del orden de 0,50, aunque variando de una especie a otra de 0,25 a 0,75. La resistencia unitaria será la carga dividida por la sección de la probeta, C = P/S. En las normas españolas UNE se usan probetas de 2 x 2 x 6 cm. y se realiza el ensayo al 12% de humedad, efectuándose una corrección para valores de humedad diferentes al 12%, pero no muy lejanos a él, Según los valores obtenidos, la norma UNE clasifica las maderas en: - Según la resistencia unitaria C a la compresión axial en Kp./cm. 2 Pequeño. Menos de 350 para resinosas y menos de 450 frondosas Mediana 350 a 450 para resinosa y 450 a 750 frondosas Grande más de 450 para resinosas y más de 750 frondosas
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FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN - Inclinación de fibras- el efecto de reducción de la resistencia por la misma es bastante menor que en tracción. - Densidad - Existe una relación lineal, pudiéndose considerar que a mas densidad más resistencia. - Humedad - La influencia es prácticamente nula por encima del punto de saturación de las fibras y aumenta a partir de dicho punto, al disminuir la humedad. Entre el 8 y el 18% de humedad, se considera que la variación es lineal. - Nudos - Su influencia es menor que en la tracción. - Constitución química- Las maderas con mayor cantidad de lignina, como las tropicales, resisten mejor a la compresión. Las bolsas de resinas no tienen influencia, pero como hacen aumentar el peso específico hace que baje la cota de calidad. FLEXION ESTÁTICA El ensayo de flexión estática se suele realizar, como el de una viga apoyada por los extremos y con una carga central. En este tipo de esfuerzo, la parte superior trabaja a compresión y la inferior a tracción. La distribución de tensiones en el plano, donde el momento flector es máximo, empieza por tener una distribución bitriangular con el vértice común en la línea neutra. Pero la madera resiste menos a compresión que a flexión, incluso el Módulo Elástico. A tracción es algo superior al de compresión. Debido a esto, al pasar las tensiones al límite elástico a la compresión, aumenta la deformabilidad en las capas superiores, la curva de distribución de tensiones toma una fórmula parabólica, el eje neutro se desplaza hacia abajo haciendo aumentar las deformaciones y rompiéndose la pieza, finalmente, por tracción. INFLUENCIAS QUE AFECTAN A LA RESISTENCIA A LA FLEXIÓN - Inclinación de la fibra: es muy similar a la de la resistencia a la tracción. La disminución de resistencia a flexión y tracción se hace apreciable a partir de una inclinación de 1/25, mientras en compresión lo es a partir de 1/10, y en el corte apenas si tiene influencia. - Peso específico: Existe una relación lineal entre resistencia a la flexión y densidad. En los casos de no seguir esta relación se deben a maderas con contenido de resinas elevado. - Contenido de humedad: La resistencia a la flexión tiene un máximo para un grado de humedad del 5%, disminuyendo la resistencia desde dicha humedad hasta el P.S.F. La variación entre el 8 y el 15% se puede considerar lineal - Temperatura: La resistencia a la flexión decrece al aumentar la temperatura; este crecimiento es mayor al aumentar la humedad. - Nudos y fendas: La influencia de los nudos varía según su posición: es mayor cuanto mayor sea el momento flector; y tiene más influencia si está en la zona traccionada que en la de compresión. Resumiendo, su influencia es mayor cuanto mayor sea la tensión a que está sometida la zona que ocupa y como las tensiones de tracción son más intensas y sufren más, por los nudos, que las de compresión, su influencia es mayor a las tensiones de tracción. - Fatiga: La resistencia a la flexión disminuye al aumentar el tiempo de carga, reduciéndose, al cabo de los años, en porcentajes del 50 al 75% respecto a la resistencia en un ensayo normal de flexión estática. En el caso de tensiones alternativamente variables, la madera por su carácter fibroso, trabaja mejor que muchos metales. El valor de la tensión límite a la fatiga, varía con la especie, pudiéndose dar el valor medio de 0,33 veces la resistencia del ensayo normal de flexión estática.
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La resistencia a la fatiga es proporcional al peso específico, por lo que se puede obtener una cota de calidad de resistencia a la fatiga, dividiendo la resistencia a la fatiga por 100 veces el peso específico, su valor varía de 4 a 7. TIPOS DE MADERA: 1.- ABEDUL (Betuna Péndula). Peso específico: 0.66 gr/cm3. Árbol de la familia Betuláceas.Es un árbol que se extiende por todo el hemisferio norte, en Canadá encontramos el conocido como Betuna alleghaniensis o abedul amarillo y en Europa las variedades Betuna péndula y betuna pubescens. Es un árbol que abunda mucho, pero, su tamaño no llega a ser demasiado grande; siendo los países del norte de Europa, donde su desarrollo es mayor. La madera del Abedul es de textura fina y de color casi blanco, aunque el duramen del Abedul amarilla tiene un color parduzco, el grano es continuo, casi sin dibujo, aunque tambien se puede encontrar alguna madera con cierto veteado. La madera del Abedul Canadiense es bastante pesada, siendo su peso específico parecido al Roble; las especies europeas son más ligeras. No es madera apta para exteriores sobre todo con grandes índices de humedad ya que se pudre con facilidad. La madera del Abedul es blanda y las mas resistentes de éste tipo. Se trabaja bien tanto a mano como a máquina, sirve para hacer láminas de contrachapado de interiores de mubles. Es buena para tornos y soporta tambien la talla. 2.- ABETO (Abies Alba): Peso específico: 0,46 gr/cm3. Árbol de la familia de las abiatáceas. Aunque suele dársele el nombre de abeto a diversas especies, solo las del género Abies, son verdaderos abetos. Su ubicación geográfica se encuentra en Asia central y Oriental, en el centro y en el sur de Europa y son particularmente importantes en Norteamérica. Todas estas variedades poseen una madera similar, de color blanco cremoso o beige. No es una madera resinosa no tiene ningún olor, una vez seca, no mancha. De fibra recta y ligera, la mayoría son poco resistentes, tienen tendencia a ser quebradizas, se trabajan fácilmente aunque, debido a ser blandas, si se quiere lograr un buen acabado, las herramientas deben estar bien afiladas. Son poco resistentes a los ataques de los insectos y es difícil preservarlas convenientemente a pesar de los tratamientos a que hoy existen para ello. Su uso es mas local que para la exportación, empleándose en revestimientos, carpintería, ebanistería, cubiertas, postes, laminados de madera, embalajes, cajas de resonancia, pianos, órganos, pasta de papel, resina, etc. 3.- ALAMO (Pópulos alba) Peso específico: 0,44 gr/cm3 Árbol de la familia de las Salicáceas. Aunque son varias las especies que crecen en forma espontánea en varios países de zonas templadas, tambien se cultiva en plantaciones para la obtención de madera. La madera del álamo es blanca, aunque puede presentar algunas veces con un tono rosado o beige, generalmente es de fibra recta y de textura fina y uniforme. Es de buen secado y es bastante estable y aunque por ser ligera no es muy fuerte, es dura, no se agrieta fácilmente ni se astilla. Se trabaja bien, pero no se obtienen buenos acabados. Es muy resistente al agua. Es de gran importancia comercial, es utilizada para ebanistería y en estructura ligeras, para entarimados, para cajas, para utensilios de cocina, contrachapados, instrumentos musicales, pasta de celulosa, objetos de artesanías, juguetería, cerillas, palillos, etc. 4.- ALERCE (Fitzroyacupresoides). Peso específico: 0,38 a 0,58 gr/cm3 Árbol de la familia de las Abiatáceas. Procedente del centro de Chile y la provincia de Chubut en el sur de Argentina (Andes Meridionales). Color amarillo ocre para la albura y pardo rosado o rojizo para el duramen. En ocasiones, la madera presenta vetas de color castaño-violado. Madera no resinosa de olor agradable a cedro cuando el árbol está recién cortado, de blanda a moderadamente dura de grano fino, fibra recta y albura y duramen bien diferenciados, con una gran similitud en apariencia al de Sequoia. Anillos de crecimiento bien dibujados, de anchura uniforme, y muy juntos (entre 1 y 2 mm). Es muy fuerte y compacta. Se emplea para hacer muebles. Revestimientos exteriores e interiores, molduras, persianas, chapas, lápices, puertas y ventanas, postes telefónicos, construcción de embarcaciones, mástiles de barcos, muebles para exteriores, moldes de fundición,
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tonelería, instrumentos musicales, la corteza mas interna (estopa de alerce) es utilizada en el calafateado de barcos, la resina tambien se recoge y se quema como incienso, cajas de habanos, tambien se usa en la construcción de barcos. 5.- CAOBA (Swieteníaspp). Peso específico: 0,61 gr/cm3 Árbol de la familia de las Meliáceas. Procedente de México, Guatemala, Honduras, El Salvador; Nicaragua, Costa Rica. La Caoba americana fue importada a Europa desde el siglo XVI por los españoles desde sus colonias, pero no fue hasta el siglo XXVIII que comenzó a ser la principal madera utilizada en la fabricación de muebles. Duramen de color café (castaño claro) café rojizo (oscureciendo con el tiempo, lustre dorado), de color uniforme. Olor ligeramente aromático, dura, grano medio, fibra entrecruzada y ligeramente ondulada muy irregular cerca de ramas (varios veteados particulares). El color de la albura es distinto del color del duramen. Límites de anillos de crecimiento distintos, límites de los anillos de crecimiento marcados por bandas de parénquima marginal. Se seca fácilmente, es estable, de fácil aserrar, pulir y barnizar, con lo que obtiene un perfecto acabado. Es muy duradera y resistente a la humedad. Los barcos de la armada española del siglo XXVI eran de caoba. Se usa para muebles de alta calidad, ebanistería interior, pianos, modelaje industrial, bloques de grabado, instrumentos musicales, interiores de barcos, tallas, esculturas, torno. 6.- EUCALIPTO (Eucalyptussp). Peso específico: 0,78 gr/cm3 Árbol de la familia de las Mirtáceas. Su hábitat natural se encuentra desde Nueva Gales del Sur hasta Tasmania, aunque hoy se ha extendido en forma de cultivo a muchas partes del mundo. Existen tres especies de eucalipto cuya madera es comercializada. Son árboles que pueden alcanzar alturas considerables, hasta 90 m, con un tronco recto, de color claro y de diámetro superior a 1 m. la madera es de color amarillento al cortarla, con el secado se vuelve mas oscura, se asemeja a la del roble. Es de textura gruesa y de grano recto, con una apariencia vulgar, ocasionalmente presenta unas bandas oscuras de goma. Es de peso medio, no tan pesada como la del roble y claramente diferenciada de ésta por no tener los poros anillados. Seca pronto, pero tiende a contraerse. Su solidez es buena y puede ser aserrada sin problemas. Es moderadamente duradera, pero en condiciones que favorezcan la putrefacción, lo es menos que el roble. En Australia el eucalipto es utilizado en la construcción, en carpintería, y para la fabricación de muebles. Se utiliza tambien por su particular tenacidad en artículos de deporte. Es apreciada como madera de embalaje y en barrilería. Fuera de Australia se utiliza principalmente en forma de bandas estrechas para la formación de entarimados, pasta de papel, etc. 7.- NOGAL (Juglans regia). Peso específico: 0,66 gr/cm3 Árbol de la familia de las Yuglandáceas. Originaria de Europa, Norteamérica y Oriente. El nombre de Nogal se ha dado a varias maderas de color marrón que presentan un dibujo semejante, pero únicamente aquellas que proceden de árboles del género Juglans, son verdaderos nogales. Los nogales se hallan distribuidos por las regiones templadas y cálidas del hemisferio norte, extendiéndose a través de América del sur. Las especies mas importantes son dos: el nogal Europeo (J. regia), que desde hace tiempo viene siendo cultivado en Europa aunque es originario de la regiones montañosas del suroeste de Asia, y el nogal negro americano, (J. nigra), de Estados Unidos y Canadá. El nogal es importante por sus nueces como por su madera. La madera del nogal europeo es pardo-grisáceo, con vetas negras y generalmente es mas variable que el del nogal americano. Es de fibra recta, a veces algo ondulado, y es de textura media, es de secado lento, pero bastante estable una vez seca. Se trabaja fácilmente logrando excelentes acabados. Es una de las maderas más decorativas del mundo, utilizada desde la antigüedad por la fabricación de muebles finos. En la actualidad, se utiliza en forma de chapas dedicadas para la fabricación de muebles y para revestidos; y ya como madera maciza se emplea en ebanistería de lujo, y es la madera mas usada para culatas de armas de fuego, tambien se usa para puertas, molduras, instrumentos musicales, parquets, artesanías, talla, torno, grabados, etc.
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MADERAS PERUANAS: Empleo característicos de algunas maderas: a).-Durmientes de ferrocarril: Algarrobo Eucaliptos Cactus Guayacán b).-
Cuartonería. Alcanfor Alfaro
Mangle Uculmano
Mohena Nogal
Pino rojo Roble peruano
c).- Pisos, parquets Cachimbo
Hualtaco
Palo de sangre
d).-Muebles. Ají – Ají Aguano o Caoba Amarillo Cedro
Duraznillo Jacarandá Marfil Palo de rosa
Palo de vaca Tornillo
DENSIDADES TIPICAS: a).-Muy Pesadas. Duraznillo: Mangle: Guayacan: Quina – quina Huarango: b).-
Pesadas: Algarrobo: Nogal oleado:
c).- Semi Pesadas: Nogal amarillo corriente: Caoba blanca: Molle: Roble amarillo: Alcanfor: Cedro corriente: Quishuar: Aliso: Sauco: Sauce:
1,288 1,000 a 1,200 1,085 1,026 1,025
0,930 0,857
0,670 0,650 0,633 0,621 0,590 0,547 0,540 0,520 0,510 0,500
APLICACIONES EN INGENIERIA: ENCOFRADOS: Los andamiajes y encofrados tendrán una resistencia adecuada para portar con seguridad y sin deformaciones apreciables las cargas impuestas por su peso propio, el peso o empuje del concreto y una sobrecarga de llenado no inferior a 200 Kg/m2. Los encofrados seran debidamente alineados y nivelados de tal manera que formen elementos de las dimensiones indicadas en los planos.
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Las tolerancias admisibles son las siguientes: 1. Verticalidad de aristas y superficies de columnas y placas. Por cada 3 m. 4 mm. En 9 m. ó más 12 mm. 2. Alineamiento de aristas y superficies de vigas En cada paño En 15 m. más En sección de los elementos En la ubicación de huecos, pases, tuberías, etc.
y losas. 4 mm. 12 mm. 5 mm. A 10 mm. 5 mm.
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LOS PLASTICOS Etimología, Origen e Historia Evolutiva del Plástico: El término Plástico, en su significación mas general, se aplica a las sustancias de distintas estructuras y naturalezas que carecen de un punto fijo de ebullición y poseen durante un intervalo de temperaturas propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones. Sin embargo, en sentido restringido, denota ciertos tipos de materiales sintéticos obtenidos mediante fenómenos de polimerización o multiplicación artificial de los átomos de carbono en las largas cadenas moleculares de compuestos orgánicos derivados del petróleo y otras sustancias naturales. La definición enciclopédica de plásticos reza lo siguiente: Materiales poliméricos orgánicos (los compuestos por moléculas orgánicas gigantes) que son plásticos, es decir, que pueden deformarse hasta conseguir una forma deseada por medio de extrusión, moldeo o hilado. Las moléculas pueden ser de origen natural, por ejemplo la celulosa, la cera y el caucho (hule) natural, o sintéticas, como el polietileno y el nylon. Los materiales empleados en su fabricación son resinas en forma de bolitas o polvo o en disolución. Con estos materiales se fabrican los plásticos terminados.
Etimología:
El vocablo plástico deriva del griego plastikos, que se traduce como moldeable. Los polímeros, las moléculas básicas de los plásticos, se hallan presentes en estado natural en algunas sustancias vegetales y animales como el caucho, la madera y el cuero, si bien en el ámbito de la moderna tecnología de los materiales tales compuestos no suelen encuadrarse en el grupo de los plásticos, que se reduce preferentemente a preparados sintéticos.
Origen: El primer plástico se origina como resultado de un concurso realizado en 1860, cuando el fabricante estadounidense de bolas de billar Phelan and Collander ofreció una recompensa de 10.000 dólares a quien consiguiera un sustituto aceptable del marfil natural, destinado a la fabricación de bolas de billar. Una de las personas que compitieron fue el inventor norteamericano Wesley Hyatt, quien desarrolló un método de procesamiento a presión de la piroxilina, un nitrato de celulosa de baja nitración tratado previamente con alcanfor y una cantidad mínima de disolvente de alcohol. Si bien Hyatt no ganó el premio, su producto, patentado con el nombre de celuloide, se utilizó para fabricar diferentes objetos detallados a continuación. El celuloide tuvo un notable éxito comercial a pesar de ser inflamable y de su deterioro al exponerlo a la luz. El celuloide se fabricaba disolviendo celulosa, un hidrato de carbono obtenido de las plantas, en una solución de alcanfor y etanol. Con él se empezaron a fabricar distintos objetos como mangos de cuchillo, armazones de lentes y película cinematográfica. Sin éste, no hubiera podido iniciarse la industria cinematográfica a fines del siglo XIX. Puede ser ablandado repetidamente y moldeado de nuevo mediante calor, por lo que recibe el calificativo de termoplástico. En 1909 el químico norteamericano de origen belga Leo HendrikBaekeland (1863-1944) sintetizó un polímero de interés comercial, a partir de moléculas de fenol y formaldehído. Este producto podía moldearse a medida que se formaba y resultaba duro al solidificar. No conducía la electricidad, era resistente al agua y los disolventes, pero fácilmente mecanizable. Se le bautizó con el nombre de baquelita (o bakelita), el primer plástico totalmente sintético de la historia. Baekeland nunca supo que, en realidad, lo que había sintetizado era lo que hoy conocemos con el nombre de copolímero. A diferencia de los homopolímeros, que están formados por unidades monoméricas idénticas (por ejemplo, el polietileno), los copolímeros están constituidos, al menos, por dos monómeros diferentes. Otra cosa que Baekeland desconocía es que el alto grado de entrecruzamiento de la estructura molecular de la baquelita le confiere la propiedad de ser un plástico termoestable, es decir que puede moldearse apenas concluida su preparación. En otras palabras, una vez que se enfría la baquelita no puede volver a ablandarse. Esto la diferencia de los polímeros termoplásticos, que pueden fundirse y moldearse varias veces, debido a que las cadenas pueden ser lineales o ramificadas pero no presentan entrecruzamiento. Entre los productos desarrollados durante este periodo están los polímeros naturales alterados, como el rayón, fabricado a partir de productos de celulosa.
Evolución: Los resultados alcanzados por los primeros plásticos incentivaron a los químicos y a la industria a buscar otras moléculas sencillas que pudieran enlazarse para crear polímeros. En la década del 30, químicos ingleses descubrieron que el gas etileno polimerizaba bajo la acción del calor y la presión, formando un termoplástico al que llamaron polietileno (PE). Hacia los años 50 aparece el polipropileno (PP). Al reemplazar en el etileno un átomo de hidrógeno por uno de cloruro se produjo el cloruro de polivinilo (PVC), un plástico duro y resistente al fuego, especialmente adecuado para cañerías de todo tipo. Al agregarles diversos aditivos se logra un material más blando, sustitutivo del caucho, comúnmente usado para ropa impermeable, manteles, cortinas y juguetes. Un plástico parecido al PVC es el politetrafluoretileno (PTFE), conocido popularmente como teflón y usado para rodillos y sartenes antiadherentes. Otro de los plásticos desarrollados en los años 30 en Alemania fue el poliestireno (PS), un material muy transparente comúnmente utilizado para vasos, potes y hueveras. El poliestireno
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expandido (EPS), una espuma blanca y rígida, es usado básicamente para embalaje y aislante térmico. También en los años 30 se crea la primera fibra artificial, el nylon. Su descubridor fue el químico WalaceCarothers, que trabajaba para la empresa Dupont. Descubrió que dos sustancias químicas como el hexametilendiamina y ácido adípico, formaban polímeros que bombeados a través de agujeros y estirados formaban hilos que podían tejerse. Su primer uso fue la fabricación de paracaídas para las fuerzas armadas estadounidenses durante la Segunda Guerra Mundial, extendiéndose rápidamente a la industria textil en la fabricación de medias y otros tejidos combinados con algodón o lana. Al nylon le siguieron otras fibras sintéticas como por ejemplo el orlón y el acrilán. En la presente década, principalmente en lo que tiene que ver con el envasado en botellas y frascos, se ha desarrollado vertiginosamente el uso del tereftalato de polietileno (PET), material que viene desplazando al vidrio y al PVC en el mercado de envases. Características Generales de los Plásticos: Los plásticos se caracterizan por una relación resistencia/densidad alta, unas propiedades excelentes para el aislamiento térmico y eléctrico y una buena resistencia a los ácidos, álcalis y disolventes. Las enormes moléculas de las que están compuestos pueden ser lineales, ramificadas o entrecruzadas, dependiendo del tipo de plástico. Las moléculas lineales y ramificadas son termoplásticas (se ablandan con el calor), mientras que las entrecruzadas son termoendurecibles (se endurecen con el calor).
Homopolímeros y Copolímeros: Los materiales como el polietileno, el PVC, el polipropileno, y otros que contienen una sola unidad estructural, se llaman homopolímeros. Los homopolímeros, además, contienen cantidades menores de irregularidades en los extremos de la cadena o en ramificaciones. Por otro lado los copolímeros contienen varias unidades estructurales, como es el caso de algunos muy importantes en los que participa el estireno. Generalidades Los plásticos son materiales sintéticos a base de compuestos de carbón derivados del petróleo y en menor cantidad del carbón de piedra. Todos los materiales plásticos son polímeros (largas cadenas de moléculas unidas flojamente entre sí), las longitudes y características de éstos pueden ser regulados fácilmente en la fabricación, lo cual explica la inmensa variedad de los plásticos Todos los materiales plásticos pueden ser clasificados como termoplásticos o termoestables: Los termoplásticos se ablandan en el calor sin experimentar cambios químicos (si no se sobrecalienta) y se endurecen nuevamente al enfriar. Los termoestables experimentan un cambio químico irreversible durante el moldeo, de modo que ellos no se ablandan en el calor y de ahí que no pueden ser reciclados. Mientras que algunos países en desarrollo tienen sus propias industrias de plásticos, muchos otros tienen que importar materias primas o productos terminados, que son caros. Esto no siempre es una desventaja en la construcción de edificaciones, ya que los plásticos no son materiales esenciales, pero si se disponen de ellos, tienen numerosas aplicaciones en la construcción, ya sea para sustituir o proteger otros materiales, o para mejorar las condiciones de confort. Aplicaciones:
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• Los plásticos rígidos para diversos usos en abastecimiento de agua e instalación sanitaria; láminas opacas o transparentes, traslúcidas para elementos de techos y muros sin carga, vidriados, revestimientos, etc.; perfiles extruídos para marcos de ventana, muebles, etc.; plásticos reforzados con fibras (ejem. con vidrio, yute o fibras de sisal) para muros auto sostenibles (plegados o doble curvatura) y elementos de techos (sistemas de construcción completos). • Membranas y láminas plásticas para capas impermeables; cubierta para el curado del concreto; protección temporal de aberturas contra el viento y lluvia; estructuras provisionales. Tubos y variedades más gruesas para aislamiento eléctrico. • Fibras sintéticas para tejidos y cuerdas de alta resistencia, y como refuerzo resistentes a los alcalisis (ejem. en elementos de techado de fibra concreto). • Plásticos empojosos principalmente como materiales para aislamiento térmico, paneles ligeros para losas, o como áridos en elementos de concreto ligero. • Adhesivos y resinas sintéticas para la producción de diversos materiales componentes, tales como tableros de partículas, madera contra chapeada todo tipo de laminado y paneles hechos con diferentes materiales colocados alternados (sandwich). • Barnices, pinturas esmaltadas, pinturas al temple, pinturas en emulsión. • Selladores para juntas de dilatación, uniones impermeables y expuestos a los agentes atmosféricos. Ventajas: • Impermeabilidad y resistencia a la mayoría de los productos químicos, por lo tanto, sin corrosión. • Buena relación resistencia: pesos en la mayoría de los materiales plásticos; la ligereza en el peso hace que la manipulación y transportación sea más fácil y barato; no se necesitan estructuras de soporte pesado. • Capacidad de tomar una amplia variedad de formas, colores y otras propiedades físicas; imitación y sustitución de materiales escasos y caros. • Generalmente buena resistencia a los agentes biológicos. • Excelente aislamiento eléctrico. Problemas: • Altos costos y limitada disponibilidad en muchos países en desarrollo. • Inflamabilidad de la mayoría de plásticos, con desprendimiento de emanaciones nocivas y denso humo. • Gran expansión térmica, hasta 10 veces superior a la del acero, rápida perdida de sus propiedades mecánicas a elevadas temperaturas. • Deterioro de la mayoría de plásticos debido a prolongadas exposiciones a los rayos ultravioletas del sol. Soluciones • Emplear plásticos sólo en propósitos especiales, ejem. para impermeabilización, aislamiento eléctrico y térmico, transporte más fácil y barato o en áreas propensas a movimientos sísmicos. • Evitar materiales combustibles instalados cerca de los plásticos y proveer suficientes aberturas de ventilación para retirar el humo y los gases en caso de fuego. • Prever suficientes juntas de dilatación en los elementos plásticos. • Evitar el empleo de plásticos expuestos a la luz solar. ¿Qué es el PVC? El PVC es el producto de la polimerización del monómero de cloruro de vinilo a policloruro de vinilo. La resina que resulta de esta polimerización es la más versátil de la familia de los plásticos; pues además de ser termoplástica, a partir de ella se pueden obtener productos
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rígidos y flexibles. A partir de procesos de polimerización, se obtienen compuestos en forma de polvo o pellet, plastisoles, soluciones y emulsiones. Además de su gran versatilidad, el PVC es la resina sintética más compleja y difícil de formular y procesar, pues requiere de un número importante de ingredientes y un balance adecuado de éstos para poder transformarlo al producto final deseado. En 1930 B.F. GoodrichChemical descubre que el PVC absorbe plastificante y que al procesarse se transforma en un producto flexible. Este descubrimiento hizo posible el desarrollo comercial inicial. Posteriormente con el empleo de estabilizadores más adecuados se hizo posible el desarrollo del mercado del PVC rígido; estos dos importantes desarrollos permitieron que el PVC se convirtiera en el termoplástico más versátil e importante del mercado mundial. Policloruro de vinilo – PVC: El Policloruro de Vinilo (PVC) es un moderno, importante y conocido miembro de la familia de los termoplásticos. Es un polímero obtenido de dos materias primas naturales cloruro de sodio o sal común (ClNa) (57%) y petróleo o gas natural (43%), siendo por lo tanto menos dependiente de recursos no renovables que otros plásticos. Es uno de los polímeros más estudiados y utilizados por el hombre para su desarrollo y confort, dado que por su amplia versatilidad es utilizado en áreas tan diversas como la construcción, energía, salud, preservación de alimentos y artículos de uso diario, entre otros. El desarrollo en tecnología y aplicaciones no ha tenido pausa llegándose en nuestros días a una producción de 25 millones de ton. Estudios realizados por el Centro de Ecología y Toxicología de la Industria Química Europea (ECETOC), señalan que la producción de PVC se realiza sin riesgos para el medio ambiente.
El PVC se presenta en su forma original como un polvo blanco, amorfo y opaco. Es inodoro, insípido e inocuo, además de ser resistente a la mayoría de los agentes químicos. Es ligero y no inflamable por lo que es clasificado como material no propagador de la llama. No se degrada, ni se disuelve en agua y además es totalmente reciclable. Es uno de los polímeros más estudiados y utilizados por el hombre para su desarrollo y confort, dado que por su amplia versatilidad es utilizado en áreas tan diversas como la construcción, energía, salud, preservación de alimentos y artículos de uso diario, entre otros. El desarrollo en tecnología y aplicaciones no ha tenido pausa llegándose en nuestros días a una producción de 25 millones de toneladas.
Punto de ebullición (°C) Punto de congelación (°C) Densidad a 28,11°C (gr/cm3) Calor de fusión (kcal/mol)
- 13,9 +/- 0,1 - 153,7 0,8955 1,181
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Calor de vaporización Indice de refracción a 15° Viscosidad a - 10°C (mPoisses) Presión de vapor a 25°C (mm) Calor específico del líquido (cal/g) Calor específico del vapor
Calor de combustión a 80°C (Kcal/mol) Características del PVC:
5.735 1,38 2,63 3,000 0,38 10,8 - 12,83 286
Resistente y liviano Su fortaleza ante la abrasión, bajo peso (1,4 g/cm3), resistencia mecánica y al impacto, son las ventajas técnicas claves para su elección en la edificación y construcción. Versatilidad. Gracias a a la utilización de aditivos tales como estabilizantes, plastificantes y otros, el PVC puede transformarse en un material rígido o flexible, teniendo así gran variedad de aplicaciones. Estabilidad. Es estable e inerte. Se emplea extensivamente donde la higiene es una prioridad. Los catéteres y las bolsas para sangre y hemoderivados están fabricadas con PVC. Longevidad. Es un material excepcionalmente resistente. Los productos de PVC pueden durar hasta más de sesenta años como se comprueba en aplicaciones tales como tuberías para conducción de agua potable y sanitarios; de acuerdo al estado de las instalaciones se espera una prolongada duración de las mismas. Una evolución similar ocurre con los marcos de puertas y ventanas en PVC. Seguridad. Debido al cloro que forma parte del polímero PVC, no se quema con facilidad ni arde por si solo y cesa de arder una vez que la fuente de calor se ha retirado. Se emplea eficazmente para aislar y proteger cables eléctricos en el hogar, oficinas y en las industrias. Los perfiles de PVC empleados en la construcción para recubrimientos, cielorrasos, puertas y ventanas, tienen también esta propiedad de ignífugos. Reciclable. Esta característica facilita la reconversión del PVC en artículos útiles y minimiza las posibilidades de que objetos fabricados con este material sean arrojados en rellenos sanitarios. Pero aún si esta situación ocurriese, dado que el PVC es inerte no hay evidencias de que contribuya a la formación de gases o a la toxicidad de los lixiviados. Recuperación de energía. Tiene un alto valor energético. Cuando se recupera la energía en los sistemas modernos de combustión de residuos, donde las emisiones se controlan cuidadosamente, el PVC aporta energía y calor a la industria y a los hogares. Buen uso de los recursos. Al fabricarse a partir de materias primas naturales: sal común y petróleo. La sal común es un recurso abundante y prácticamente inagotable. El proceso de producción de PVC emplea el petróleo (o el gas natural) de manera extremadamente eficaz, ayudando a conservar las reservas de combustibles fósiles. Es también un material liviano, de transporte fácil y barato. Rentable Bajo costo de instalación y prácticamente costo nulo de mantenimiento en su vida útil. Aislante eléctrico No conduce la electricidad, es un excelente material como aislante para cables.
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Usos y aplicaciones del PVC: Los principales rubros donde se emplea el PVC se distribuyen en bienes de consumo, construcción, packaging, industria eléctrica, agricultura y otros. Cabe destacar que debido a las propiedades antes mencionadas que tiene el PVC, es muy importante para el sector de la construcción.
Construcción Tubos de agua potable y evacuación, ventanas, puertas, persianas, zócalos, pisos, paredes, láminas para impermeabilización (techos, suelos), canalización eléctrica y para telecomunicaciones, papeles para paredes, etc.
Packaging
Botellas para agua y jugos, frascos y potes (alimentos, fármacos, cosmética, limpieza, etc.). Láminas o films (golosinas, alimentos). Blisters (fármacos, artículos varios).
Mobiliario
Muebles de jardín (reposteras, mesas, etc.); piezas para muebles (manijas, rieles, burletes, etc.); placas divisorias.
Electricidad y Electrónica El PVC ha sido utilizado durante más de medio siglo, tanto en el aislamiento como en el recubrimiento de cables de diferentes tipos, y actualmente representa un tercio de los materiales usados en esta actividad. Los beneficios del uso del PVC en la aislamiento son, Buenas propiedades eléctricas en un amplio rango de temperaturas. Excelente durabilidad y larga expectativa de vida (40 años o más). Características de fácil procesado para alcanzar las especificaciones deseadas en el producto final, ya sean físicas, mecánicas o eléctricas. Resistente a ambientes agresivos. Cumple con severos requerimientos de seguridad. Tiene un buen precio competitivo comparado con otros materiales. De fácil instalación, lo que permite lograr sustanciales ahorros. Algunos ejemplos de su utilización en electricidad y electrónica son: Partes de artefactos eléctricos. Aislamiento de cables. Cajas de distribución. Enchufes. Carcazas y partes de computadoras.
Aplicaciones médicas
Tubos y bolsas para sangre y diálisis, catéteres, válvulas, delantales, botas, etc. Vestimenta y anexos Calzado (botas, zapatillas), ropa de seguridad, ropa impermeable, guantes, marroquinería (bolsos, valijas, carteras, tapicería).
Automotriz
Tapicería, paneles para tablero, apoyabrazos, protección anticorrosiva y antivibratoria, etc.
Varios
Tarjetas de crédito, artículos de librería, juguetes, mangueras, art. de riego, etc
Desventajas del uso de PVC Una de las materias primas para la fabricación del PVC es el dicloro etano, DCE, el cual, es sumamente peligroso: Cancerígeno, induce defectos de nacimiento, daños en los riñones y otros órganos, hemorragias internas y trombos.
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Altamente inflamable, puede explotar produciendo cloruro de hidrógeno y fosgeno (dos de los gases que pueden causar accidentes como el de Bhopal). Luego, a partir del DCE se genera el gas extremadamente tóxico cloruro de vinilo (VCM): Carcinógeno humano probado (International Agency Research of Cancer de Lyon; Centro de Análisis y Programas Sanitarios de Barcelona). Causa angiosarcoma hepático. Explosivo
El PVC Y EL MEDIO AMBIENTE El PVC es un plástico que lleva cloro en su composición (el 57% del plástico virgen es cloro). Su fabricación, al igual que otros procesos industriales que utilizan cloro, implica la formación y emisión al medio ambiente de sustancias organocloradas tóxicas, persistentes y bioacumulativas. Los gases, aguas residuales y residuos emitidos y vertidos por las fábricas de este plástico contienen cloruro de vinilo, hexaclorobenceno, PCBs, dioxinas y otras muchas sustancias organocloradas extremadamente tóxicas. Análisis encargados por Greenpeace han detectado concentraciones alarmantes de dioxinas en lodos vertidos por Aiscondel en su fábrica de Vila-seca, Tarragona. Solvay, otra empresa que fabrica PVC, ha sido condenada por delito ecológico por la Audiencia de Barcelona, debido a sus vertidos contaminantes al río Llobregat. La empresa se enfrenta a dos nuevos juicios ya que la Fiscalía de Medio Ambiente de Barcelona ha denunciado que mantiene los vertidos. El mayor fabricante europeo de PVC, la empresa EVC, se enfrenta estos días en Italia a un juicio por la muerte de 116 trabajadores de una fábrica de cloruro de vinilo. Los numerosos accidentes sufridos en su planta de Miranda de Ebro por ElfAtochem, el tercer fabricante de PVC en España, muestran otro de los riesgos que conlleva este producto. La fabricación de este plástico también requiere mucha energía, necesaria para separar el cloro del sodio, al que se encuentra fuerte y establemente unido formando sal común. Los vendedores de PVC no tienen en cuenta esta etapa de la fabricación cuando comparan el consumo energético de este producto con el de otros materiales. Productos de PVC y aditivos Un producto de PVC puede contener hasta un 60% de aditivos, que le confieren estabilidad, plasticidad o rigidez, color, etc., convirtiéndolo en un cóctel de compuestos químicos, muchos de ellos tóxicos. Si el producto de PVC es blando, como las mangueras y tuberías flexibles, tapicerías, suelos o papeles pintados de vinilo, entonces contienen plastificantes. Las sustancias que se utilizan como plastificantes del vinilo son los ftalatos, unos compuestos que han resultado cancerígenos en animales de laboratorio y que además son estrogénicos, esto es, pueden alterar el sistema hormonal. Los plastificantes se liberan de los productos de PVC blando. Metales pesados tóxicos, como el plomo y el cadmio se utilizan también como aditivos del PVC y se pueden encontrar en ventanas, persianas y revestimientos de este material. Recientemente ha dejado de utilizarse en Europa el cadmio. Su legado tóxico perdura en los productos que se fabricaron con anterioridad y que aún se encuentran en nuestros edificios. Greenpeace ha analizado el contenido en plomo de persianas venecianas comercializadas en España por cadenas tan importantes como El Corte Inglés, descubriendo que contenían niveles muy elevados de estas sustancias tóxicas. En EE.UU. las autoridades han retirado del mercado estas persianas por el riesgo que suponen, sobre todo para la salud de los niños. Las autoridades sanitarias españolas aún no han tomado medidas al respecto. Residuos de PVC Los materiales de construcción de PVC tienen una vida media de 5 a 30 años, según el producto de que se trate. Una vez que se convierten en residuos, estos materiales van a parar a las escombreras, vertederos de RSU (Residuos Sólidos Urbanos) o incineradoras.
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En los vertederos, los aditivos del PVC se liberan poco a poco de los materiales que los contienen, contaminando el suelo y el agua. Si se queman los residuos, ya sea en vertederos o incineradoras, el cloro que contienen se convierte en ácido clorhídrico (un gas corrosivo) y en sustancias organocloradas tóxicas, incluyendo dioxinas. El reciclaje de residuos de construcción de PVC en España es inexistente y la Asociación Nacional de Recicladores de Plástico considera nulo su potencial. Muchos vendedores de ventanas de PVC, aseguran que en Alemania sí reciclan las ventanas viejas de este material. Greenpeace Alemania ha investigado a fondo estas plantas de reciclaje y ha descubierto que únicamente se reciclan un 2% de los residuos de construcción de PVC y que 8 de cada 10 ventanas que se aseguraba contenían PVC reciclado estaban fabricadas con material virgen. Debido a la baja calidad del PVC reciclado, las ventanas podrían contener como máximo un 30% a un 50% de material reciclado, por tanto, siempre quedará una importante cantidad de residuos -que cada año aumenta-, y que terminará en vertederos e incineradoras. Materiales de construcción de PVC e incendios Los riesgos del PVC ante incendios han llevado a numerosos municipios y empresas europeas, como el Metro de Londres o el de Bilbao, e incluso a la Armada de los EE.UU. a sustituir el uso de productos clorados. Cuando se queman materiales que contienen cloro, se forma ácido clorhídrico y compuestos organoclorados. El ácido clorhídrico es un gas muy corrosivo que produce graves daños materiales y humanos. Este ácido reacciona también con los aditivos que contiene el PVC, creando así un volumen mayor de humos tóxicos. Entre las sustancias organocloradas que se forman durante la combustión del PVC se encuentran las dioxinas, que contaminan las cenizas y escombros de los incendios, convirtiéndolos en residuos tóxicos. En definitiva, el PVC convierte un incendio en un accidente químico, multiplicando los daños materiales, ambientales, humanos y económicos. Materiales de construcción alternativos al PVC Las alternativas son, en algunas ocasiones, más caras que el PVC, pero sus ventajas ambientales, técnicas y su mayor duración compensan, en nuestra opinión, la mayor inversión inicial. Además, el incremento de la demanda de estos materiales alternativos reducirá a medio plazo su coste. Estas alternativas muestran que es posible reducir, e incluso evitar, el uso de PVC en la construcción o renovación de nuestros hogares. Los principales usos del PVC en construcción son: Producto
Materiales alternativos
tuberías de distribución
cerámica, arcilla, acero inoxidable, cobre, polietileno (PE), polipropileno (PP)
tuberías de evacuación y alcantarillado
cerámica vitrificada, arcilla, fundición, PE, PP
ventanas
madera (procedente de sistemas de gestión forestal sostenibles)
cables e instalaciones eléctricas
poliolefinas (PE, PP y copolímeros), baquelita, cerámica
revestimientos
linólio, corcho, madera, piedra, cerámica
cubiertas impermeabilizantes
PE, caucho (EPDM = monómero de etilén-propiléndieno)
Principales usos de PVC en Construcción y Agricultura
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65,5 % Tuberías 15,5 % Perfiles (ventanas y persianas) 8%
Cables
3,5 %
Mangueras
2,4 %
Láminas impermeabilizantes
0,5 %
Suelos
4,6 %
Otros
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LA PINTURA I. Generalidades y clasificación 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. Las pinturas se clasifican por el color y naturaleza de los pigmentos en: blanco de cinc, azul cobalto, etc. Por el vehículo, en pinturas de agua, cola, aceite. Por el papel que desempeñan, en decorativas, antioxidantes, ignifugas, lavables, etc. Los pigmentos son cuerpos sólidos, finamente pulverizados, insolubles en el aglutinante o vehículo, siendo su misión la de colorear, dar consistencia y facilitar el secado de la pintura y deben reunir las siguientes propiedades: color, intensidad de color y poder colorante, opacidad o poder cubridor, permanencia o resistencia a la luz y finura (90 ó 100% de las partículas debe ser inferior a 10µ). 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. 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 y líquida.
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. a. Barnices. - son líquidos mas o menos fluidos que, extendidos en capas delgadas sobre los cuerpos, se solidifican, dando una superficie lisa, continua, incolora, brillante. Realza los colores y los protege de los agentes atmosféricos. Pueden ser transparentes u opacos. Están constituidos por resinas y gomas o ceras disueltas en aceites secantes, o con disolventes volátiles y materias colorantes. Se clasifican por el disolvente en: barnices al óleo, lacas o barnices volátiles, barnices-lacas y barnices celulósicos. También los barnices se denominan por la resina que contienen. b. Colorantes de barnices. - Para teñir los barnices se emplean cuerpos inorgánicos, como el óxido de cinc, acetato de plomo, sal de cobalto, etc. Colorantes orgánicos naturales se usan la goma - guta, cúrcuma, índigo, goma laca, carmín. etc., y los colorantes orgánicos artificiales, las anilinas. c. Aceites secantes. - Los aceites empleados en los barnices serán cocidos de linaza, nuez, cáñamo, adicionados o no de secantes a base de óxidos de plomo, manganeso y cobalto. d. Disolventes volátiles. - Se utilizan los aceites esenciales de trementina, resina, alquitrán, alcoholes metílico y etílico, éter de petróleo, acetona, sulfuro de carbono y éter sulfúrico. e. Barnices al óleo. - Se denominan también barnices grasos; están formados por resinas, aceite de linaza cocido y adicionado de secantes en la proporción de un 2 por 100 cuando se emplean óxidos metálicos de plomo, manganeso y cobalto y un 5 por 100 cuando son resinatos u oleatos. Estos barnices se caracterizan por dar capas lustrosas, brillantes y elásticas por oxidación, empleándose en exteriores. f. Barnices - Lacas. - Llamados barnices volátiles; están constituidos por resinas disueltas en líquidos volátiles, como el alcohol, éter, sulfuro de carbono, etc. Las lacas al alcohol se hacen con goma laca, etc. y para las de esencia de trementina, ámbar y asfalto. Estos barnices son transparentes, incoloros, formando una capa lisa, brillante, resistente, frágil, de rápido secado, usándose en interiores. g. Barnices - Lacas al óleo o lacas grasas. - Están formados por resinas disueltas en líquidos que, en parte se evaporan y en parte se oxidan, resultando ser una mezcla de los dos anteriores. Estos barnices dan una superficie dura, brillante, compacta, elástica, transparente, inalterable al aire y resistente al agua. h. Esmaltes. – Son barnices grasos teñidos de colores, generalmente minerales, debiendo estar homogéneamente mezclados, obteniéndose unas pinturas de rápido secado, superficie brillante adherente, elástica, compacta, cuyo brillo aviva los colores, empleándose tanto para interiores como al exterior. II. Técnica de la Pintura 2.1 Preparación del soporte La superficie que se va a pintar debe estar seca, desengrasada, sin óxido ni polvo, para lo cual se emplean cepillos, sopletes de arena, ácidos y álcalis cuando son metales. Las capas de pintura vieja se quitan mediante rascadores, sopletes y líquidos decapantes, a base de disolventes orgánicos, como benzol, sulfuro de carbono, acetona, etc. Los poros, grietas, desconchados, etc, se rellenan con empastes para dejar las superficies lisas y uniformes. Se hacen con un pigmento mineral y aceite de linaza o barniz y un cuerpo de relleno, para las maderas. En los paneles se emplea yeso con agua de cola, y sobre los metales se utilizan empastes compuestos de 60 a 70% de pigmento. Se emplean también empastes a base de nitrocelulosa.
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Los empastes se aplican con espátula, en forma de masilla; con brocha o pincel y con el aerógrafo o pistola de aire comprimido, los líquidos. Los empastes, una vez secos, se repasan con papel de lija en paredes y madera, y alisan con piedra pómez, agua y fieltro, sobre metales. 2.2 Imprimaciones La primera mano de pintura que se da a un cuerpo debe ser muy adherente, con objeto de lograr, además de su protección, la de servir de soporte a las restantes manos de color. Su naturaleza varía con la clase de pintura, estando casi siempre compuestas del vehículo o aglutinante, ligeramente coloreado con el pigmento y un diluyente. Con pinturas al temple se emplea agua de cola y con pinturas al óleo, aceite de linaza y aguarrás. 2.3 Aplicación de la pintura Las pinturas se dan con pinceles y brochas, con aerógrafo pistola, pulverizando con aire comprimido, con rodillos de goma y por inmersión. Las brochas y pincelesse hacen con pelos de diversos animales, siendo corrientes el cerdo. Pueden ser redondas o planas, clasificándose por números o por los gramos de pelo que contienen. Modernamente se hacen de materias plásticas como el nylon. Los aerógrafos o pistolasconstan de un recipiente que contiene la pintura con el aire a presión (1-6 atmósferas) el compresor y el pulverizador, con orificio que varía desde 0.2 mm a 7 mm, formándose un cono de 2 cm a 1 m de diámetro. 2.4 Secado Las pinturas se secan generalmente al aire con mayor o menor rapidez, según el clima, aireación y clase. Las pinturas celulósicas tardan desde treinta a sesenta minutos, las pinturas a la cola y aguada, unas ocho a diez horas; los barnices grasos y las pinturas al óleo, doce a veinticuatro horas. Los barnices para metales se pueden secar en estufas calentadas a 100 - 200ºC, preparándolos más grasos que los aéreos, con lo cual se alcanzan mayores resistencias.
2.5 Bruñido Se practica para dejar rugosas las superficies y hacer desaparecer las desigualdades con objeto de que tengan más adherencia las siguientes manos de pintura. Se hace con papel de lija, piedra pómez y con aceite, papel de vidrio y agua. 2.6 Pulimento La madera se pulimenta con barniz de goma laca en disolución alcohólica extendiéndose en capas delgadas con una muñequilla a la que se agrega unas gotas de aceite de pulir (aceite de parafina). Los metales se pulimentan después de haber sido esmerilados ligeramente con pasta de pulir, y se pulimenta con mezclas especiales a base de aceite, disolventes, agua, etc, con lo que se consigue adquieran un gran brillo. 2.7 Consumo de color Varía con la clase de pintura, soporte, densidad, aplicación, poder de cubrición del pigmento, etc. En números redondos, se pueden tomar aproximadamente: 70 a 150 gr./m2, para la pintura a la cola; 80 a 100 gr./m2, para la pintura al óleo; 90 a 110 gr./m2, para los barnices – lacas y 150 a 200 gr/m2, para las pinturas celulósicas. 2.8 Duración Tiene mucha influencia el número de manos, constitución de la pintura, medio, clima, etc, no pudiendo darse con aproximación. Para los elementos ferrosos a la intemperie se exige una duración de cinco a diez años, que se logra más o menos. Las pinturas celulósicas duran de dos a cuatro años. III.
Clases de Pintura
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Las pinturas se denominan, generalmente, por la naturaleza del aglutinante o vehículo y también por el nombre del pigmento; las más corrientes son: pinturas a la cal, silicato, fresco, cola o temple, al aceite u óleo, cera, asfálticas y celulósicas. 3.1 Pinturas a la cal La pintura corriente a la cal, está formada por una lechada de cal grasa o con pigmentos en proporción no mayor de 10 a 15 %. Se emplean lechadas claras, dándose, por lo menos, dos manos cruzadas, con brochas grandes de blanquear o aerógrafo. Si el hidrato está en exceso, se agrieta y descascara. Cuando se desea obtener un blanqueado de mejor calidad se emplean pigmentos especialmente preparados, denominados a la cal, añadiéndoles agua de cola, etc. 3.2 Pinturas al fresco Se ejecuta sobre enlucidos convenientemente preparados y sin secar empleando colores a la cal puestos en suspensión en vehículos o aglutinantes. Las superficies a pintar al fresco se preparan con un primer enlucido hecho con mortero de cal hidráulica o cal grasa y puzolana y arena silícea en la proporción de 1 : 3 y cuando ha fraguado, se aplica otro enlucido formado por una parte de cal grasa apagada en polvo y dos partes de arena silícea fina y consistencia plástica. Cuando este segundo enlucido ha empezado a endurecerse de forma que resista una ligera presión con los dedos, se aplica la pintura estando todavía fresco el mortero formando, al secar, un solo cuerpo. 3.3 Pintura al silicato El vehículo de esta pintura es el silicato potásico o sódico (vidrio soluble) en disolución acuosa a partes iguales, pudiéndose emplear todos los colores o pigmentos menos los de plomo. Las manos sucesivas deberán ser más ricas en silicato, pero teniendo la precaución de que no se formen superficies brillantes porque se descascaran, debiendo ser disueltas con agua antes de que se seque o fragüe. Estas pinturas, a las veinticuatro horas son insolubles en agua 3.4 Pintura a la cola o temple Sólo se aplica en interiores y en especial para decoración de paredes y techos enlucidos de yeso. Las primeras manos de imprimación se dan con agua de cola caliente ligeramente teñida y luego la de color, teniendo presente que al secar esta pintura baja mucho de tono; que si tiene exceso de cola, se descascara, y se desprende en forma de polvo; apreciando fácilmente si tiene la cantidad precisa de cola, pintando un trozo y. pasando la mano no debe desprenderse. Esta aplicación de la pintura se simplifica usando pinturas al temple en pasta, que ya llevan la cola, y para su empleo sólo hay que añadir la cantidad de agua necesaria, debiendo haber aplicado una mano a la superficie a pintar con cola vegetal. 3.5 Pintura al óleo Son las pinturas que se preparan con aceites vegetales como vehículo o aglutinante, siendo el más usado el de linaza. Para diluir se utiliza aguarrás, y como pigmento o colores, aquéllos más convenientes según el objeto a cubrir. Las primeras manos de imprimación, tanto para interiores como para exteriores, se suelen diluir con aguarrás, pero las finales, para exteriores, deberán ser tan sólo con aceite de linaza puro sin diluir. En las maderas deberán ser pintados previamente los nudos con una disolución de goma laca en alcohol, o se pegarán papeles de estaño con goma laca para evitar salga la resina con el calor. Los hierros deberán desoxidarse y desengrasar y dar una primera mano de imprimación. 3.6 Pinturas al Barniz o esmalte Cuando se emplea el barniz como vehículo, y en el que se ponen en suspensión los colores. Las primeras manos se diluyen con aguarrás, y en la última, sólo barniz. Se mejora mucho esta pintura puliendo cada mano con lija fina.
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3.7 Pinturas bituminosas o asfálticas Las superficies recubiertas con esta pintura quedan muy brillantes, pudiendo obtenerse mates agregando negro de humo. Es una de las mejores pinturas protectoras de la oxidación del hierro y fundición, por su resistencia al agua, conservándose bien en ausencia de luz y enterradas, como las tuberías de agua y gas, esclusas, etc, y son incompatibles con las de óleo y cola. 3.8 Pinturas a la celulosa o al "Duco" Son suspensiones coloidales de éteres celulósicos (nitrocelulosa o acetilcelulosa) en líquidos muy volátiles, y los que se agregan substancias plastificantes, resinas y pigmentos, para darle flexibilidad, brillo, adherencia, dureza y color. Las pinturas celulósicaspara maderano se pueden aplicar directamente por absorber rápidamente los líquidos volátiles, debiendo ser preparada con una masilla tapaporos basado en barnices transparentes celulósicos, conteniendo algo de aceites vegetales y colas, alisándose después la superficie con lija. La primera mano se da con pintura rica en resina, y las sucesivas menos, debiéndose alisar y pulir cada aplicación antes de la siguiente. Un gran brillo se consigue aplicando una última mano de barniz basado en aceite. La madera deberá estar bien seca, para evitar su movimiento, siendo la de haya y caoba las que dan mejores resultados. Estas pinturas se aplican con pincel o con aerófagos o pistola de aire comprimido. Las pinturas celulósicas para metales ofrecen dificultad para adherirse a superficies lisas; hay que empezar por desengrasar con benzol y aplicar la primera mano adherente basado en barnices al aceite; y se aplica después una serie de manos de empastes y esmaltes pulidos, disminuyéndose la proporción de resinas en las sucesivas capas. Estas pinturas se caracterizan por ser insolubles en agua, elásticas, pudiendo resistir golpes hasta cierto punto; son duras y brillantes, resistentes a los ácidos y bases y tienen gran poder aislante. Si se les agrega como pigmento bronce de aluminio del 10 al 30 por 100, se obtienen unas pinturas muy ligeras, cubridoras y tienen gran poder reflejante, empleándose en construcciones metálicas, reflectores y radiadores. 3.9 Pinturas resistentes al calor o ignífugas Se preparan pinturas que pueden resistir hasta 600 ºC., empleando como pigmento polvo de aluminio o grafito y vehículos basado en aceites minerales, que con el calor se queman más o menos, y el pigmento se une sólidamente al soporte. Se emplean también cuerpos amónicos que, por la acción del calor, desprenden amoníaco gaseoso, formando una capa aislante y ácido bórico, fosfato y silicato, que dan una costra incombustible. Modernamente se preparan pinturas con caucho clorado y resinas de urea, que resisten el fuego de las bombas incendiarias. Las siliconas se emplean en forma de barnices aislantes del fuego, en electrotecnia, por resistir permanentemente temperaturas de 175° C y accidentalmente hasta los 250 ºC. 3.10 Pinturas resistentes a los ácidos y bases Se fabrican con aceite de madera y 30 a 40 % de resinas sintéticas. 3.11 Pinturas antioxidantes Son las que se emplean para proteger el hierro de la oxidación. Corrientemente se preparan con minio de plomo en proporción de un 50 a 80 %, y aceite de linaza cocido o aceite de madera, aplicados por extensión con brocha como primera mano de imprimación, y después se aplican las otras manos o capas de color. Modernamente se emplean, con muy buen resultado, las pinturas a base de resinas alquídicas, por ser muy adherentes, y en las que entra en su constitución el caucho clorado. 3.12 Pinturas luminosas Comprenden los siguientes tipos reflejantes, fosforescentes y fluorescentes.
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a. Pinturas reflejantes: Son las constituidas por perlas de vidrio de pequeño diámetro, pegadas con un adhesivo y lanzadas con soplete sobre una superficie. b. Pinturas fosforescentes: Son las que, expuestas a la luz visible siguen luminosas en la oscuridad, debido a que devuelven la luz absorbida anteriormente, estando constituidas por pigmentos radiactivos generalmente el bromuro de sodio y sulfuro de cinc. c. Pinturas fluorescentes: Emiten luz bajo la acción directa de radiaciones invisibles, como los rayos ultravioleta (luz negra), rayos X, como las pantallas de radiografía y tubos de alumbrado, y la iluminación cesa cuando lo hace la energía excitadora.
3.13 Pinturas plásticas Están constituidas por una emulsión acuosa de resinas o materias plásticas que secan por polimerización y de pigmentos inalterables a la luz dispersados en ella. Se caracterizan por su gran poder cubridor, aun en paramentos húmedos, lavables; una vez secas, dan bellos tonos mates o satinados, que no cambian con el tiempo y son de gran duración. IV. Ensayos de Pintura 4.1 Toma de la muestra Se agitará previamente la pintura con una varilla o agitador, para homogeneizarlas lo más posible, y si hay varios recipientes, se tomará de algunos de ellos, al azar, para obtener una muestra media. 4.2 Determinación de la densidad 4.2.1 Resumen El método se basa en calibrar el volumen de un recipiente con agua destilada a 25ºC, o a una temperatura previamente convenida, y pesar el contenido de pintura líquida contenido en el recipiente a la misma temperatura de calibración. La densidad se calcula en gramos por mililitro a la temperatura especificada.
4.2.2 Aparatos - Picnómetro, de cualquier tipo, con una capacidad de 20 a 100 ml. Su diseño debe ser tal que permita llenarlo fácilmente con productos de alta viscosidad, ajustarlo al volumen exacto y taparlo para evitar la pérdida de materias volátiles. - Termómetros, graduados con una sensibilidad de 0.1ºC. - Baño de temperatura constante, regulable a 25 ± 1ºC. - Balanza analítica. Nota: Los picnómetros especializados, cuando están llenos, pueden tener masas que excedan la capacidad de las balanzas analíticas comunes. En tales casos, se puede usar una balanza de mayor capacidad, con escala graduada al 0.01 gr. El promedio de los resultados de esta balanza tiene la precisión y exactitud necesarias. - Desecador y balanza provista de un desecador 4.2.3 Calibración del picnómetro Determinar el volumen del recipiente a la temperatura especificada según se indica a continuación. Limpiar y secar el recipiente y llevarlo hasta masa constante. Para recipientes de vidrio puede usarse ácido crómico o solventes no residuales y para recipientes de metal pueden usarse solventes. Repetir estas operaciones hasta que la diferencia entre dos pesadas sucesivas no exceda en 0,001% de la masa del recipiente. Deben evitarse las impresiones de los dedos sobre el recipiente puesto que ello hace variar su masa. Registrar la masa, M, en gramos.
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Llenar el recipiente con agua destilada recién hervida, a una temperatura levemente inferior a la especificada y tapar el recipiente dejando abierto el orificio de rebalse. Retirar inmediatamente el exceso de agua o el agua acumulada en las depresiones lavando con acetona o alcohol etílico y secando con un material absorbente. Evitar que queden burbujas de aire ocluidas dentro del recipiente. Llevar el recipiente y su contenido a la temperatura especificada usando el baño de temperatura constante. Esto puede producir un leve flujo de agua en el orificio de rebalse debido a la expansión del agua producida con el aumento de temperatura. Eliminar el flujo de agua secando cuidadosamente con un material absorbente, evitando absorber agua a través del orificio, e inmediatamente tapar el tubo de rebalse cuando éste exista y si es necesario secar el lado exterior del recipiente. Una vez alcanzada la temperatura deseada, no se debe eliminar el agua que rebalse después de la primera limpieza. Pesar inmediatamente el recipiente lleno y registrar la masa, m, en gramos con aproximación a 1 mg. 4.2.4 Procedimiento Homogeneizar completamente la muestra. Repetir los pasos señalados en la sección c, sustituyendo el agua destilada por la muestra y la acetona o alcohol etílico por un disolvente apropiado, lavando cuidadosamente las superficies esmeriladas y uniones. Registrar la masa m1, del recipiente lleno y la masa, m, del recipiente vacío, en gramos. 4.2.5 Expresión de resultados a.- Cálculo del volumen del recipiente Calcular el volumen del recipiente, de acuerdo a la fórmula siguiente:
V Donde: V : mínimo. M : m : ρ : III.9.
mM
Volumen, ml, del recipiente, debe ser el promedio de tres determinaciones, como Masa, gr, del recipiente y el agua. Masa, gr, del recipiente seco. Densidad absoluta del agua, gr/ml, a la temperatura de ensayo, de acuerdo a la tabla
Temperatura ,ºC 15 16 17 18 19 20
Densidad Absoluta, gr/ml 0,999 127 0,998 971 0,998 772 0,998 623 0,998 433 0,998 231
21
0,998 020
22 23 24 25
0,997 0,997 0,997 0,997
798 566 324 072
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26 27 28 29 30
0,996 0,996 0,996 0,996 0,995
811 540 260 972 684
Tabla III.9 Densidad absoluta del agua, gr/ml.
El vidrio Fabricación de vidrio El vidrio se fabrica a partir de una mezcla compleja de compuestos vitrificantes, como sílice, fundentes, como los álcalis, y estabilizantes, como la cal. Estas materias primas se cargan en el horno de cubeta (de producción continua) por medio de una tolva. El horno se calienta con quemadores de gas o petróleo. La llama debe alcanzar una temperatura suficiente, y para ello el aire de combustión se calienta en unos recuperadores construidos con ladrillos refractarios antes de que llegue a los quemadores. El horno tiene dos recuperadores cuyas funciones cambian cada veinte minutos: uno se calienta por contacto con los gases ardientes mientras el otro proporciona el calor acumulado al aire de combustión. La mezcla se funde (zona de fusión) a unos 1.500 °C y avanza hacia la zona de enfriamiento, donde tiene lugar el recocido. En el otro extremo del horno se alcanza una temperatura de 1.200 a800 °C. Al vidrio así obtenido se le da forma por laminación (como en el esquema superior) o por otro método. Vidrio (industria), sustancia amorfa fabricada sobre todo a partir de sílice (SiO2) fundida a altas temperaturas con boratos o fosfatos. También se encuentra en la naturaleza, por ejemplo en la obsidiana, un material volcánico, o en los enigmáticos objetos conocidos como tectitas. El vidrio es una sustancia amorfa porque no es ni un sólido ni un líquido, sino que se halla en un estado vítreo en el que las unidades moleculares, aunque están dispuestas de forma desordenada, tienen suficiente cohesión para presentar rigidez mecánica. El vidrio se enfría hasta solidificarse sin que se produzca cristalización; el calentamiento puede devolverle su forma líquida. Suele ser transparente, pero también puede ser traslúcido u opaco. Su color varía según los ingredientes empleados en su fabricación. El vidrio fundido es maleable y se le puede dar forma mediante diversas técnicas. En frío, puede ser tallado. A bajas temperaturas es quebradizo y se rompe con fractura concoidea (en forma de concha de mar). Se fabricó por primera vez antes del 2000 a.C., y desde entonces se ha empleado para fabricar recipientes de uso doméstico así como objetos decorativos y ornamentales, entre ellos joyas. (En este artículo trataremos cualquier vidrio con características comercialmente útiles en cuanto a transparencia, índice de refracción, color… En Vidrio (arte) se trata la historia del arte y la técnica del trabajo del vidrio). Materiales y técnicas El ingrediente principal del vidrio es la sílice, obtenida a partir de arena, pedernal o cuarzo. Composición y propiedades La sílice se funde a temperaturas muy elevadas para formar vidrio. Como éste tiene un elevado punto de fusión y sufre poca contracción y dilatación con los cambios de temperatura, es adecuado para aparatos de laboratorio y objetos sometidos a choques térmicos (deformaciones debidas a cambios bruscos de temperatura), como los espejos de los telescopios. El vidrio es un mal conductor del calor y la electricidad, por lo que resulta práctico para el aislamiento térmico y eléctrico. En la mayoría de los vidrios, la sílice se combina con
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otras materias primas en distintas proporciones. Los fundentes alcalinos, por lo general carbonato de sodio o potasio, disminuyen el punto de fusión y la viscosidad de la sílice. La piedra caliza o la dolomita (carbonato de calcio y magnesio) actúan como estabilizante. Otros ingredientes, como el plomo o el bórax, proporcionan al vidrio determinadas propiedades físicas. Vidrio soluble y vidrio sodocálcico El vidrio de elevado contenido en sodio que puede disolverse en agua para formar un líquido viscoso se denomina vidrio soluble y se emplea como barniz ignífugo en ciertos objetos y como sellador. La mayor parte del vidrio producido presenta una elevada concentración de sodio y calcio en su composición; se conoce como vidrio sodocálcico y se utiliza para fabricar botellas, cristalerías de mesa, bombillas (focos), vidrios de ventana y vidrios laminados. Vidrio al plomo El vidrio fino empleado para cristalerías de mesa y conocido como cristal es el resultado de fórmulas que combinan silicato de potasio con óxido de plomo. El vidrio al plomo es pesado y refracta más la luz, por lo que resulta apropiado para lentes o prismas y para bisutería. Como el plomo absorbe la radiación de alta energía, el vidrio al plomo se utiliza en pantallas para proteger al personal de las instalaciones nucleares. Vidrio de borosilicato Este vidrio contiene bórax entre sus ingredientes fundamentales, junto con sílice y álcali. Destaca por su durabilidad y resistencia a los ataques químicos y las altas temperaturas, por lo que se utiliza mucho en utensilios de cocina, aparatos de laboratorio y equipos para procesos químicos. Color Las impurezas en las materias primas afectan al color del vidrio. Para obtener una sustancia clara e incolora, los fabricantes añaden manganeso con el fin de eliminar los efectos de pequeñas cantidades de hierro que producen tonos verdes y pardos. El cristal puede colorearse disolviendo en él óxidos metálicos, sulfuros o seleniuros. Otros colorantes se dispersan en forma de partículas microscópicas. Ingredientes diversos Entre los componentes típicos del vidrio están los residuos de vidrio de composición similar, que potencian su fusión y homogeneización. A menudo se añaden elementos de afino, como arsénico o antimonio, para desprender pequeñas burbujas durante la fusión. Propiedades físicas Según su composición, algunos vidrios pueden fundir a temperaturas de sólo 500 °C; en cambio, otros necesitan 1.650 ºC. La resistencia a la tracción, que suele estar entre los 3.000 y 5.500 N/cm2, puede llegar a los 70.000 N/cm2 si el vidrio recibe un tratamiento especial. La densidad relativa (densidad con respecto al agua) va de 2 a 8, es decir, el vidrio puede ser más ligero que el aluminio o más pesado que el acero. Las propiedades ópticas y eléctricas también pueden variar mucho. Vidrio soplado Fabricación artesanal de recipientes de vidrio soplado. A la izquierda se aprecia una silla con un soporte para la caña de soplar. Conseguida la forma en bruto, se pellizca el material con unas pinzas para dar la forma final al vidrio fundido. Mezcla y fusión Después de una cuidadosa medida y preparación, las materias primas se mezclan y se someten a una fusión inicial antes de aplicarles todo el calor necesario para la vitrificación. En el pasado, la fusión se efectuaba en recipientes de arcilla (barro) que se calentaban en hornos alimentados con madera o carbón. Todavía hoy se utilizan recipientes de arcilla refractaria, que contienen entre 0,5 y 1,5 toneladas de vidrio, cuando se necesitan cantidades
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relativamente pequeñas de vidrio para trabajarlo a mano. En las industrias modernas, la mayor parte del vidrio se funde en grandes calderos, introducidos por primera vez en 1872. Estos calderos pueden contener más de 1.000 toneladas de vidrio y se calientan con gas, fuel-oil o electricidad. Las materias primas se introducen de forma continua por una abertura situada en un extremo del caldero y el vidrio fundido, afinado y templado, sale por el otro extremo. En unos grandes crisoles o cámaras de retención, el vidrio fundido se lleva a la temperatura a la que puede ser trabajado y, a continuación, la masa vítrea se transfiere a las máquinas de moldeo. Moldeado Los principales métodos empleados para moldear el vidrio son el colado, el soplado, el prensado, el estirado y el laminado. Todos estos procesos son antiguos ( véase Vidrio (arte)), pero han sufrido modificaciones para poder producir vidrio con fines industriales. Por ejemplo, se han desarrollado procesos de colado por centrifugado en los que el vidrio se fuerza contra las paredes de un molde que gira rápidamente, lo que permite obtener formas precisas de poco peso, como tubos de televisión. También se han desarrollado máquinas automáticas para soplar el vidrio. Vidrio tensionado Es posible añadir tensiones de modo artificial para dar resistencia a un artículo de vidrio. Como el vidrio se rompe como resultado de esfuerzos de tracción que se originan con un mínimo arañazo de la superficie, la compresión de ésta aumenta el esfuerzo de tracción que puede soportar el vidrio antes de que se produzca la ruptura. Un método llamado temple térmico comprime la superficie calentando el vidrio casi hasta el punto de reblandecimiento y enfriándolo rápidamente con un chorro de aire o por inmersión en un líquido. La superficie se endurece de inmediato, y la posterior contracción del interior del vidrio, que se enfría con más lentitud, tira de ella y la comprime. Con este método pueden obtenerse compresiones de superficie de hasta 24.000 N/cm2 en piezas gruesas de vidrio. También se han desarrollado métodos químicos de reforzamiento en los que se altera la composición o la estructura de la superficie del vidrio mediante intercambio iónico. Este método permite alcanzar una resistencia superior a los 70.000 N/cm2. Véase también Recocido. Tipos de vidrio comercial La amplia gama de aplicaciones del vidrio ha hecho que se desarrollen numerosos tipos distintos. Vidrio de ventana El vidrio de ventana, que ya se empleaba en el siglo I d.C., se fabricaba utilizando moldes o soplando cilindros huecos que se cortaban y aplastaban para formar láminas. En el proceso de corona, técnica posterior, se soplaba un trozo de vidrio dándole forma de globo aplastado o corona. La varilla se fijaba al lado plano y se retiraba el tubo de soplado (véase Vidrio (arte): Soplado). La corona volvía a calentarse y se hacía girar con la varilla; el agujero dejado por el tubo se hacía más grande y el disco acababa formando una gran lámina circular. La varilla se partía, lo que dejaba una marca. En la actualidad, casi todo el vidrio de ventana se fabrica de forma mecánica estirándolo desde una piscina de vidrio fundido. En el proceso de Foucault, la lámina de vidrio se estira a través de un bloque refractario ranurado sumergido en la superficie de la piscina de este material y se lleva a un horno vertical de recocido, de donde sale para ser cortado en hojas. Vidrio de placa El vidrio de ventana normal producido por estiramiento no tiene un espesor uniforme, debido a la naturaleza del proceso de fabricación. Las variaciones de espesor distorsionan la imagen de los objetos vistos a través de una hoja de ese vidrio.
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El método tradicional de eliminar esos defectos ha sido emplear vidrio laminado bruñido y pulimentado, conocido como vidrio de placa. Éste se produjo por primera vez en Saint Gobain (Francia) en 1668, vertiendo vidrio en una mesa de hierro y aplanándolo con un rodillo. Después del recocido, la lámina se bruñía y pulimentaba por ambos lados ( véase Operaciones de acabado). Hoy, el vidrio de placa se fabrica pasando el material vítreo de forma continua entre dobles rodillos situados en el extremo de un crisol que contiene el material fundido. Después de recocer la lámina en bruto, ambas caras son acabadas de forma continua y simultánea. En la actualidad, el bruñido y el pulimentado están siendo sustituidos por el proceso de vidrio flotante, más barato. En este proceso se forman superficies planas en ambas caras haciendo flotar una capa continua de vidrio sobre un baño de estaño fundido. La temperatura es tan alta que las imperfecciones superficiales se eliminan por el flujo del vidrio. La temperatura se hace descender poco a poco a medida que el material avanza por el baño de estaño y, al llegar al extremo, el vidrio pasa por un largo horno de recocido. En arquitectura se emplea vidrio laminado sin pulir, a menudo con superficies figurativas producidas por dibujos grabados en los rodillos. El vidrio de rejilla, que se fabrica introduciendo tela metálica en el vidrio fundido antes de pasar por los rodillos, no se astilla al recibir un golpe. El vidrio de seguridad, como el utilizado en los parabrisas de los automóviles o en las gafas de seguridad, se obtiene tras la colocación de una lámina de plástico transparente (polivinilbutiral) entre dos láminas finas de vidrio de placa. El plástico se adhiere al vidrio y mantiene fijas las esquirlas incluso después de un fuerte impacto. Botellas y recipientes Las botellas, tarros y otros recipientes de vidrio se fabrican mediante un proceso automático que combina el prensado (para formar el extremo abierto) y el soplado (para formar el cuerpo hueco del recipiente). En una máquina típica para soplar botellas, se deja caer vidrio fundido en un molde estrecho invertido y se presiona con un chorro de aire hacia el extremo inferior del molde, que corresponde al cuello de la botella terminada. Después, un desviador desciende sobre la parte superior del molde, y un chorro de aire que viene desde abajo y pasa por el cuello da la primera forma a la botella. Esta botella a medio formar se sujeta por el cuello, se invierte y se pasa a un segundo molde de acabado, en la que otro chorro de aire le da sus dimensiones finales. En otro tipo de máquina que se utiliza para recipientes de boca ancha, se prensa el vidrio en un molde con un pistón antes de soplarlo en un molde de acabado. Los tarros de poco fondo, como los empleados para cosméticos, son prensados sin más. Vidrio óptico La mayoría de las lentes que se utilizan en gafas (anteojos), microscopios, telescopios, cámaras y otros instrumentos ópticos se fabrican con vidrio óptico (Véase Óptica). Éste se diferencia de los demás vidrios por su forma de desviar (refractar) la luz. La fabricación de vidrio óptico es un proceso delicado y exigente. Las materias primas deben tener una gran pureza, y hay que tener mucho cuidado para que no se introduzcan imperfecciones en el proceso de fabricación. Pequeñas burbujas de aire o inclusiones de materia no vitrificada pueden provocar distorsiones en la superficie de la lente. Las llamadas cuerdas, estrías causadas por la falta de homogeneidad química del vidrio, también pueden causar distorsiones importantes, y las tensiones en el vidrio debidas a un recocido imperfecto afectan también a las cualidades ópticas. En la antigüedad, el vidrio óptico se fundía en crisoles durante periodos prolongados, removiéndolo constantemente con una varilla refractaria. Después de un largo recocido, se partía en varios fragmentos; los mejores volvían a ser triturados, recalentados y prensados con la forma deseada. En los últimos años se ha adoptado un método para la fabricación continua de vidrio en tanques revestidos de platino, con agitadores en las cámaras cilíndricas de los extremos (llamadas homogeneizadores). Este proceso produce cantidades mayores de
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vidrio óptico, con menor coste y mayor calidad que el método anterior. Para las lentes sencillas se usa cada vez más el plástico en lugar del vidrio. Aunque no es tan duradero ni resistente al rayado como el vidrio, es fuerte y ligero y puede absorber tintes. Vidrio fotosensible En el vidrio fotosensible, los iones de oro o plata del material responden a la acción de la luz, de forma similar a lo que ocurre en una película fotográfica. Este vidrio se utiliza en procesos de impresión y reproducción, y su tratamiento térmico tras la exposición a la luz produce cambios permanentes. El vidrio fotocromático se oscurece al ser expuesto a la luz tras lo cual recupera su claridad original. Este comportamiento se debe a la acción de la luz sobre cristales diminutos de cloruro de plata o bromuro de plata distribuidos por todo el vidrio. Es muy utilizado en lentes de gafas o anteojos y en electrónica. Vitrocerámica En los vidrios que contienen determinados metales se produce una cristalización localizada al ser expuestos a radiación ultravioleta. Si se calientan a temperaturas elevadas, estos vidrios se convierten en vitrocerámica, que tiene una resistencia mecánica y unas propiedades de aislamiento eléctrico superiores a las del vidrio ordinario. Este tipo de cerámica se utiliza en la actualidad en utensilios de cocina, conos frontales de cohetes o ladrillos termorresistentes para recubrir naves espaciales. Otros vidrios que contienen metales o aleaciones pueden magnetizarse, son resistentes y flexibles y resultan muy útiles para transformadores eléctricos de alta eficiencia. Fibra de vidrio Es posible producir fibras de vidrio —que pueden tejerse como las fibras textiles— estirando vidrio fundido hasta diámetros inferiores a una centésima de milímetro. Se pueden producir tanto hilos multifilamento largos y continuos como fibras cortas de 25 o 30 centímetros de largo. Una vez tejida para formar telas, la fibra de vidrio resulta ser un excelente material para cortinas y tapicería debido a su estabilidad química, solidez y resistencia al fuego y al agua. Los tejidos de fibra de vidrio, sola o en combinación con resinas, constituyen un aislamiento eléctrico excelente. Impregnando fibras de vidrio con plásticos se forma un tipo compuesto que combina la solidez y estabilidad química del vidrio con la resistencia al impacto del plástico. Otras fibras de vidrio muy útiles son las empleadas para transmitir señales ópticas en comunicaciones informáticas y telefónicas mediante la nueva tecnología de la fibra óptica, en rápido crecimiento. Otros tipos de vidrio Los paveses de vidrio son bloques de construcción huecos, con nervios o dibujos en los lados, que se pueden unir con argamasa y utilizarse en paredes exteriores o tabiques internos. La espuma de vidrio, empleada en flotadores o como aislante, se fabrica añadiendo un agente espumante al vidrio triturado y calentando la mezcla hasta el punto de reblandecimiento. El agente espumante libera un gas que produce una multitud de pequeñas burbujas dentro del vidrio. En la década de 1950 se desarrollaron fibras ópticas que han encontrado muchas aplicaciones en la ciencia, la medicina y la industria. Si se colocan de forma paralela fibras de vidrio de alto índice de refracción separadas por capas delgadas de vidrio de bajo índice de refracción, es posible transmitir imágenes a través de las fibras. Los fibroscopios, que contienen muchos haces flexibles de estas fibras, pueden transmitir imágenes a través de ángulos muy cerrados, lo que facilita la inspección de zonas que suelen ser inaccesibles. Las aplicaciones de la fibra óptica rígida, como lupas, reductores y pantallas también mejoran la visión. Empleadas en
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combinación con láseres, las fibras ópticas son hoy cruciales para la telefonía de larga distancia y la comunicación entre ordenadores (computadoras). El vidrio láser es vidrio dopado con un pequeño porcentaje de óxido de neodimio, y es capaz de emitir luz láser si se monta en un dispositivo adecuado y se ‗bombea‘ con luz ordinaria. Está considerado como una buena fuente láser por la relativa facilidad con que pueden obtenerse pedazos grandes y homogéneos de este vidrio. Los vidrios dobles son dos láminas de vidrio de placa o de ventana selladas por los extremos, con un espacio de aire entre ambas. Para su construcción pueden usarse varios tipos de selladores y materiales de separación. Empleados en ventanas, proporcionan un excelente aislamiento térmico y no se empañan aunque haya humedad. En la década de 1980 se desarrolló en la Universidad de Florida (Estados Unidos) un método para fabricar grandes estructuras de vidrio sin utilizar altas temperaturas. La técnica, denominada de sol-gel, consiste en mezclar agua con un producto químico como el tetrametoxisilano para fabricar un polímero de óxido de silicio; un aditivo químico reduce la velocidad del proceso de condensación y permite que el polímero se constituya uniformemente. Este método podría resultar útil para fabricar formas grandes y complejas con propiedades específicas. ALGO MAS Vidrio soluble, compuesto de silicato de sodio (o potasio), incoloro y de aspecto vidrioso, de fórmula Na2SiO3 (véase Vidrio; Silicio). Es soluble en agua y alcohol, y se emplea comercialmente como cemento, para fabricar hormigón y como capa protectora en materiales ignífugos. También se utiliza en la elaboración de jabones y detergentes sintéticos y en procesos de refinado del petróleo. La disolución de vidrio soluble también se utiliza para conservar huevos y madera. Silicio, de símbolo Si, es un elemento semimetálico, el segundo elemento más común en la Tierra después del oxígeno. Su número atómico es 14 y pertenece al grupo 14 de la tabla periódica. Fue aislado por primera vez de sus compuestos en 1823 por el químico sueco Jöns Jakob Berzelius. Propiedades y estado natural Se prepara en forma de polvo amorfo amarillo pardo o de cristales negros-grisáceos. Se obtiene calentando sílice, o dióxido de silicio (SiO2), con un agente reductor, como carbono o magnesio, en un horno eléctrico. El silicio cristalino tiene una dureza de 7, suficiente para rayar el vidrio, de dureza de 5 a 7. El silicio tiene un punto de fusión de 1.410 °C, un punto de ebullición de 2.355 °C y una densidad relativa de 2,33. Su masa atómica es 28,086. Se disuelve en ácido fluorhídrico formando el gas tetrafluoruro de silicio, SiF4 ( véase Flúor), y es atacado por los ácidos nítrico, clorhídrico y sulfúrico, aunque el dióxido de silicio formado inhibe la reacción. También se disuelve en hidróxido de sodio, formando silicato de sodio y gas hidrógeno. A temperaturas ordinarias el silicio no es atacado por el aire, pero a temperaturas elevadas reacciona con el oxígeno formando una capa de sílice que impide que continúe la reacción. A altas temperaturas reacciona también con nitrógeno y cloro formando nitruro de silicio y cloruro de silicio respectivamente. El silicio constituye un 28% de la corteza terrestre. No existe en estado libre, sino que se encuentra en forma de dióxido de silicio y de silicatos complejos. Los minerales que contienen silicio constituyen cerca del 40% de todos los minerales comunes, incluyendo más del 90% de los minerales que forman rocas volcánicas. El mineral cuarzo, sus variedades (cornalina, crisoprasa, ónice, pedernal y jaspe) y los minerales cristobalita y tridimita son las formas cristalinas del silicio existentes en la naturaleza. El dióxido de silicio es el componente principal de la arena. Los silicatos (en concreto los de aluminio, calcio y magnesio) son los
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componentes principales de las arcillas, el suelo y las rocas, en forma de feldespatos, anfíboles, piroxenos, micas y ceolitas, y de piedras semipreciosas como el olivino, granate, zircón, topacio y turmalina. Aplicaciones Se utiliza en la industria del acero como componente de las aleaciones de silicio-acero. Para fabricar el acero, se desoxida el acero fundido añadiéndole pequeñas cantidades de silicio; el acero común contiene menos de un 0,03% de silicio. El acero de silicio, que contiene de 2,5 a 4% de silicio, se usa para fabricar los núcleos de los transformadores eléctricos, pues la aleación presenta baja histéresis (véase Magnetismo). Existe una aleación de acero, el durirón, que contiene un 15% de silicio y es dura, frágil y resistente a la corrosión; el durirón se usa en los equipos industriales que están en contacto con productos químicos corrosivos. El silicio se utiliza también en las aleaciones de cobre, como el bronce y el latón. El silicio es un semiconductor; su resistividad a la corriente eléctrica a temperatura ambiente varía entre la de los metales y la de los aislantes. La conductividad del silicio se puede controlar añadiendo pequeñas cantidades de impurezas llamadas dopantes. La capacidad de controlar las propiedades eléctricas del silicio y su abundancia en la naturaleza han posibilitado el desarrollo y aplicación de los transistores y circuitos integrados que se utilizan en la industria electrónica. La sílice y los silicatos se utilizan en la fabricación de vidrio, barnices, esmaltes, cemento y porcelana, y tienen importantes aplicaciones individuales. La sílice fundida, que es un vidrio que se obtiene fundiendo cuarzo o hidrolizando tetracloruro de silicio, se caracteriza por un bajo coeficiente de dilatación y una alta resistencia a la mayoría de los productos químicos. El gel de sílice es una sustancia incolora, porosa y amorfa; se prepara eliminando parte del agua de un precipitado gelatinoso de ácido silícico, SiO2·H2O, el cual se obtiene añadiendo ácido clorhídrico a una disolución de silicato de sodio. El gel de sílice absorbe agua y otras sustancias y se usa como agente desecante y decolorante. El silicato de sodio (Na2SiO3), también llamado vidrio, es un silicato sintético importante, sólido amorfo, incoloro y soluble en agua, que funde a 1.088 °C. Se obtiene haciendo reaccionar sílice (arena) y carbonato de sodio a alta temperatura, o calentando arena con hidróxido de sodio concentrado a alta presión. La disolución acuosa de silicato de sodio se utiliza para conservar huevos; como sustituto de la cola o pegamento para hacer cajas y otros contenedores; para unir gemas artificiales; como agente incombustible, y como relleno y adherente en jabones y limpiadores. Otro compuesto de silicio importante es el carborundo, un compuesto de silicio y carbono que se utiliza como abrasivo. El monóxido de silicio, SiO, se usa para proteger materiales, recubriéndolos de forma que la superficie exterior se oxida al dióxido, SiO2. Estas capas se aplican también a los filtros de interferencias. Vidrios en obras de arquitectura CONCEPTOS A TENER EN CUENTA CUANDO EN LA SELECCION de vidrio para la construcción sólo se tienen en cuenta sus características 'visibles' como el color, las dimensiones y el espesor, se corre el riesgo de cometer errores que pueden tener como consecuencia un desempeño poco satisfactorio. Para realizar una evaluación completa, un buen análisis, se debe tener en cuenta las propiedades 'invisibles' del vidrio, que son perceptibles a través de los sentidos como la audición, el confort térmico o por las consecuencias en caso de roturas.
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Si bien la mayor parte de los problemas que plantea la aplicación del vidrio en la construcción pueden ser eficazmente resueltos mediante vidrios básicos recocidos, como el cristal Float o los vidrios impresos Catedral, es creciente el número de aplicaciones que requieren, por razones funcionales, el empleo de vidrios procesados o de seguridad para satisfacer la perfomance deseada en cada caso específico. . CRITERIOS PARA SELECCIONAR EL VIDRIO De las adecuadas características y propiedades de un vidrio para un edificio, depende en gran mediada la obtención de los niveles deseados de confort interior. De igual modo, una decisión acertada, junto con un adecuado diseño y una correcta forma de montaje, permitirán obtener niveles racionales de consumo de energía, con menores costos de operación y mantenimiento, promoviendo simultáneamente la preservación sustentable del medio ambiente. La selección racional que permite definirlas características que debe reunir un vidrio para aplicaciones tales como fachadas integrales, ventanas o techos, implica un proceso de análisis exhaustivo y metódico. Por un lado se evaluaran simultáneamente el diseño y el destino del edificio en el marco de los factores definidos por el lugar de emplazamiento del mismo. La orientación de sus fachadas respecto del asoleamiento, el clima y las temperaturas del sitio, la presión esperada del viento, régimen de lluvias o nevadas y la altura del edificio, son parámetros que de por sí ya definen algunas de las características y propiedades que debe reunir el vidrio en cada aplicación. De igual modo, el medio ambiente urbano lleva a considerar la intensidad de la polución sonora del lugar y evaluar cuál debe ser la capacidad de atenuación de ruido que deberá presentar una abertura.
ATRIBUTOS Y FUNCIONES DEL VIDRIO La elección correcta de un vidrio para una aplicación concreta, requiere considerar una serie de características diferentes. En la mayor parte de las obras de vidriado es preciso evaluar, por lo menos, los 10 siguientes aspectos: 1) Color y aspecto. 2) Transparencia, traslucidez y opacidad. 3) Transmisión de luz visible. 4) Transmisión de calor solar radiante. 5) Aislación térmica. 6) Aislación acústica. 7) Resistencia. 8) Flexión bajo cargas dinámicas o estéticas. 9) Espesor adecuado. 10) Cumplimiento de criterios de seguridad. 1. COLOR Y ASPECTO En general, los cristales que hoy se producen para el mercado presentan una gran variedad de posibilidades visuales y estéticas. Por caso, el Float incoloro, de color o reflectante brinda un amplio espectro de alternativas para satisfacer, según su modo de aplicación, variados diseños. El templado y/o el laminado son procesos que permiten aumentar su resistencia sin produccir cambios perceptibles en su aspecto.
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Los vidrios impresos Catedral (fabricados por VASA), sean incoloros o de color, presentan una amplia gama de dibujos a los que se le agrega el vidrio armado en alambre. En general los colores de Float son tenues, por lo que su elección debe ser bien evaluada. La observación de muestras en escala real, instaladas en el sitio de la obra y en las orientaciones o posiciones a considerar, es el único método totalmente satisfactorio para tomar una decisión respecto al color. El color aparente del vidrio resulta de la suma del color del vidrio (incoloro, gris, bronce, verde o revestido), más el color de la luz incidente (amanecer, mediodía o atardecer), más el color de los objetos vistos a través del vidrio (cortinas, persianas, etc.), más el color de los objetos reflejados (cielo, nubes u otros edificios). 2. TRANSMISION DE LA LUZ El nivel de iluminación natural en el interior de un edificio depende de esta característica. En viviendas, usualmente se requiere un nivel, más alto que en obras de arquitectura comercial o de servicios. Si se desea un nivel natural elevado y simultáneamente propiedades de control solar, el Float coloreado en su masa de color verde brinda un elevado porcentaje de transmisión de luz visible aportando, al mismo tiempo, un control de la radiación solar equivalente al que se obtiene empleando Float gris o bronce del mismo espesor. Utilizando Float reflectante Eclipse o Suncool los niveles de luz transmitida son menores y sus coeficientes de sombra también. Debe observarse que el color del Float coloreado en su masa varía de acuerdo con su espesor, y a medida que éste aumenta disminuye la cantidad de luz visible transmitida. Cuando distintos vidrios se aplican en unidades de color hermético, DVH, las diferentes combinaciones harán variar el color, el aspecto y la cantidad de la luz transmitida como así también las propiedades que se analizan más adelante. Variar el espesor de vidrios de color en una fachada producirá una variación de su aspecto, apreciado tanto desde el interior como desde el exterior.
3. TRANSPARENTE, TRASLUCIDO U OPACO De acuerdo a los requerimientos de diseño, el vidrio puede satisfacer, según su tipo, diferentes grados de transparencia que van desde la visión total a distintos grados de traslucidez o vidrios opacos que impiden la visión y el paso de la luz. Cuando se desea visión total el Float transparente, incoloro o de color, satisface dicha función posibilitando una visión libre de distorsión óptica. En los cristales reflectantes la visión usualmente unidireccional, se produce por la diferencia en la intensidad del nivel de iluminación a ambos lados del vidrio. La faz iluminada con más intensidad se torna un espejo. Durante el día este fenómeno impide la visión hacia el interior de un edificio. Durante la noche el efecto es inverso, siendo difícil, con la luz artificial encendida, observar hacia el exterior. En esta situación lo que sucede en el interior puede ser observado desde el exterior del edificio. Diferentes grados de privacidad visual, sin sacrificar el paso de la luz natural o artificial, pueden obtenerse empleando vidrios impresos traslúcidos. El grado de traslucidez depende de las características, densidad y profundidad del dibujo grabado en una de sus caras del vidrio, incoloro o de color. La serigrafía constituye otra alternativa, que, según su diseño, permite una amplia gama de posibilidades para filtrar el paso de la luz y la visión. Los vidrios esmerilados u opacos, mediante diferentes procesos, constituyen otra variante para modificar la transparencia del vidrio. 4. TRANSMISION DEL CALOR SOLAR
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El coeficiente de sombra es la mejor medida para evaluar la cantidad de energía solar radiante admitida a través de una abertura vidriada. El coeficiente de sombra compara al vidrio en cuestión respecto de un vidrio transparente incoloro de 3 mm de espesor. Los coeficientes de sombra bajos reducen la ganancia de calor solar y permiten disminuir los costos del aire acondicionado. En viviendas, el Float incoloro es frecuentemente empleado para aprovechar el calor solar y reducir las necesidades de calefacción durante el invierno. Esto también puede ser logrado mediante el empleo de cristales de control solar en casas herméticas y térmicamente bien aisladas, donde la utilización de Float incoloro en áreas vidriadas de gran superficie respecto del área cubierta, puede produccir una ganancia excesiva de calor solar. Con el empleo de Float de color (con un coeficiente de sombra del orden del 0,60) pueden duplicarse las superficies vidriadas debido a su menor ganancia solar pasiva equivalente. Los cristales coloreados en su masa, también denominados absorbentes de calor, determinan la cantidad de calor que es detenido por absorción en la masa del vidrio. La absorción de calor eleva la temperatura del vidrio, y cuando ésta es excesiva puede, en determinadas situaciones, causar la fractura de un vidrio recocido. Los cristales reflectantes también absorben calor, hecho que no puede ser ignorado. En dichas situaciones deberán adoptarse los recaudos necesarios, verificando el estado y situación de sus bordes y/o aumentando la resistencia a la tracción templando el vidrio. 5. AISLACION TÉRMICA El coeficiente de transmitancia térmica K (W/m 2), expresa la aislación que ofrece el vidrio al paso del calor que, por conducción y convección superficial, fluye a través de su masa. Medido como la diferencia de temperatura aire/aire, a ambos lados del vidrio, su valor no varía en forma apreciable con el espesor del vidrio pues éste siempre tiene una magnitud relativamente pequeña si la comparamos con los espesores de otros materiales de construcción. El coeficiente 'K' de un vidrio, incoloro, de color o reflectante, entre 4 y 10 mm de espesor es del orden de 5,4 W/m2 K. Cuando se emplean dos hojas de vidrio separadas con una cámara de aire, quieto y seco, con un espesor entre 6 y 12 mm, la resistencia térmica que ofrece el aire en dichas condiciones, hace que el valor K sea del orden de 2,9 W/m2 K. Una unidad de doble vidriado hermético (DVH), permite reducir en un 50% las perdidas y/o ganancias del calor producido por los sistemas de calefacción y/o el admitido por radiación solar a través de las ventanas. En la práctica un DVH permite aumentar un 10% el tamaño de las superficies vidriadas sin comprometer el balance térmico del edificio respecto de un vidriado simple. Asimismo, elimina las corrientes conectivas del aire junto a la ventana y la posibilidad de empañado de los vidrios por condensación de humedad. Desde el punto de vista del confort térmico, un DVH elimina la sensación de 'muro frío' pues la temperatura de la superficie del vidrio interior es cercana a la del ambiente. Su aplicación permite disminuir la necesidad de calefacción reduciendo el consumo de energía y los costos de operación del edificio.
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6. AISLACION ACUSTICA Por efecto de masa, un vidrio grueso presenta un índice de aislación acústica mayor que uno de poco espesor. El Float de fuerte espesor es muy efectivo para aislar el ruido del tránsito automotor, caracterizado por presentar una baja frecuencia promedio. El Float laminado con PVB, empleando cristales de espesor liviano, es eficaz para aislar frecuencias más altas, características de la voz y conversación humana. Combinando Float de fuerte espesor y láminas gruesas de polivinil de butiral (PVB se obtiene una combinación de ambas variantes. No obstante, ciertos ruidos como los producidos por las aspas de un helicóptero, de muy baja frecuencia requieren soluciones más sofisticadas para alcanzar los niveles de aislación deseados. La interposición de una cámara de aire contribuye a incrementar la capacidad de aislación sólo cuando su espesor es del orden de 50 a200 mm.En unidades de DVH con cámaras de 6 a12 mm de espesor, para lograr niveles de aislación acústica superiores a 30 (dB) deberá emplearse Float grueso y/o laminado con PVB en su composición. Siempre debe tenerse presente que el valor final de aislación acústica de una abertura depende también de su cierre hermético al paso del aire. En obras de reemplazo de vidrios y/o renovación de aberturas, con exigencias de aislación contra el ruido, deberá tenerse en cuenta que para que el usuario perciba una mejora respecto de la situación anterior, el incremento de aislación acústica deberá ser no menor de 5 a 7 dB. En casos de áreas muy ruidosas, el nivel de aislación deberá ser mayor para alcanzar el confort acústico deseado. 7. RESISTENCIA Según su función, el vidrio debe hacer frente a una serie de esfuerzos y solicitaciones mecánicas. Por lo tanto definir su espesor, tipo y sistema de sujeción en una carpintería o abertura requiere analizar una serie de factores, a menudo interrelacionados entre sí. La presión del viento es una de las principales solicitaciones a las que es sometido un vidrio. La Norma IRAM 12565 indica el método de cálculo del espesor conveniente para vidrios, soportados en sus 4 bordes, sometidos a presión por carga del viento. Templando una hoja de Float se cuadruplica su resistencia. No obstante, cuando es sometido a esfuerzos de larga duración, su resistencia, por efecto de fatiga, puede disminuir a la mitad. Ejemplos de ello pueden ser los vidrios de observación subacuática en grandes acuarios, techos vidriados con acumulación de nieve y los vidrios sometidos a esfuerzos de corta duración como el producido por ráfagas de viento huracanado. El Float laminado, cuando es sometido a esfuerzos de corta duración a temperatura ambiente, tiene la misma resistencia que el Float monolítico de espesor equivalente. Un DVH simétrico, con ambos vidrios del mismo tipo y espesor, es casi el doble de resistente a la presión del viento que un vidrio solo del espesor considerado. El vidrio tiene una posibilidad finita y su resistencia no puede ser apreciada con exactitud. Por estas razones, una buena práctica de diseño siempre debe considerar la posibilidad de rotura y la de sus consecuencias. El vidrio recocido se rompe en grandes trozos sin aristas filosas, permaneciendo la mayor parte de las piezas adheridas al marco. El vidrio templado lo hace en forma segura desgranándose en pequeños trozos sin aristas cortantes. El vidrio laminado con PVB ofrece una elevada resistencia a la penetración. En caso de rotura los trozos de vidrio quedan adheridos al polivinil, impidiendo su caida y manteniendo el conjunto dentro del marco, sin interrumpir el cerramiento ni la visión. 8. REFLEXION BAJO CARGAS
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Un vidriado vertical, soportado en sus cuatro bordes, usualmente presenta una flexión bajo carga muy pequeña. Duplicando la carga la deflexión no aumentará al doble. En vidrios de grandes dimensiones su espesor puede ser calculado de acuerdo con una flexión admitida antes de que la rotura se manifieste. Debe recordarse que a igual espesor de vidrio recocido, laminado o templado, a temperatura ambiente, todos se flexionarán del mismo modo. Un paño de vidrio sujeto sólo en dos bordes paralelos, respecto de otro de iguales dimensiones sujeto en todo su perímetro, siempre debe tener el espesor mayor necesario para mantener un grado de flexión admisible frente a las cargas del viento. Cuando las dimensiones de sus lados sin soportar son considerables, debe recurrirse al empleo de contravientos. Los vidrios en techos o aplicados en forma inclinada deben tener en cuenta el peso propio del vidrio junto con las demás solicitaciones a las que es sometido. 9. ESPESOR En su definición intervienen gran parte de los aspectos ya enumerados. De la evaluación del espesor de un vidrio, incoloro o de color, dependen no sólo su resistencia sino también otras prestaciones esperadas por su aplicación, como por ejemplo: el aspecto, la transmisión de luz visible, su coeficiente de sombra y su capacidad de aislación térmica. Ante dudas en adoptar determinado espesor para soportar la presión del viento u otros esfuerzos semejantes, siempre se aconseja adoptar el espesor mayor. 10. CUMPLIENDO CRITERIOS DE CALIDAD La elección de un vidrio debe tener siempre presente las posibles consecuencias en caso de rotura. Las Normas IRAM 12595 y 12596, establecen las características que debe reunir un vidrio sometido a la posibilidad de impacto humano accidental y definen las áreas de riesgo en las que deben emplearse vidrios de seguridad y/o laminados. Los vidrios denominados de seguridad se llaman así porque en caso de rotura lo hacen en forma segura y/o minimizan las consecuencias en caso de accidentes.
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