MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO
E.P. DE INGENIERÍA CIVIL
Docente: Ing. YASMANI T. VITULAS QUILLA. Estudiantes: ROLY YERMI ALVAREZ CACERES JOSE MARIA SALAS LOZA RICHARD CLEVER CANAZA MASCO FLAVIO MAYTA LAURA
Puno - Perú - 2017
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MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
INDICE
1
OBJETIVOS.................................................................................................................... 4
2
MARCO TEÓRICO TEÓR ICO ................................................. ..................................................................................................... ....................................................... ... 4 2.1
LA TIERRA. T IERRA. ..................................................... ......................................................................................................... ....................................................... ... 4
2.2
USOS DE LA ARCILLA EN LA CONSTRUCCION. ........................................ 11
2.1.1
ARCILLA: ................................................. ..................................................................................................... ....................................................... ... 4
2.1.2
LIMO, ARENA Y GRAVA: ............................................................................ 9
2.1.3
COMPONENTES ORGANICOS: ................................................................... ......................................................... .......... 9
2.3
3
EL ADOBE: A DOBE: ...................................................... .......................................................................................................... ...................................................... 10
2.3.1
DATOS TÉCNICOS: ..................................................................................... ................................................................. .................... 10
2.3.2
PRUEBAS DE SELECCIÓN .............................................. ......................................................................... ........................... 10
2.3.3
PRUEBA DE SEDIMENTACIÓN (SEGÚN CRATERRE) ......................... 11
2.3.4
REQUISITOS GENERALES ........................................................................ 12
2.3.5
FORMAS Y DIMENSIONES ...................................................... ........................................................................ .................. 12
2.3.6
PREPARACION DEL ADOBE: .................................................. .................................................................... .................. 12
MARCO HISTÓRICO H ISTÓRICO ...................................................... .................................................................................................. ............................................ 13 3.1
ARCILLA. ............................................................................................................. ........................................................................................... .................. 13
3.2
ADOBE. .................................................. ....................................................................................................... ............................................................... .......... 16
4
CONCLUSIÓN .............................................. ................................................................................................... ............................................................... .......... 18
5
EJERCICIOS .................................................. ....................................................................................................... ............................................................... .......... 18
6
BIBLIOGRAFÍA ...................................................... .......................................................................................................... ...................................................... 20
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MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
El adobe, uno de los materiales de construcción más antiguos, sigue siendo valorado en la actualidad por que utiliza tierra de la zona amasada con paja u otras fibras vegetales, todas ellas materias primas abundantes y próximas al lugar de construcción, y porque es fácil de fabricar con un costo reducido. El uso de unidades de barro secadas al sol data desde 8000 B.C. El uso de adobe es muy común en algunas de las regiones más propensas a desastres del mundo, tradicionalmente a lo largo de América Latina, África, el subcontinente de India y otras partes de Asia, el Oriente Medio y el Sur de Europa. Alrededor del 30% de la población mundial vive en construcciones de tierra. Aproximadamente el 50% de la población de los países en desarrollo, incluyendo la mayoría de la población rural y por lo menos el 20% de la población urbana y urbano marginal, viven en casas de tierra. El adobe es un material de construcción de bajo costo y de fácil accesibilidad que es elaborado por comunidades locales. Las estructuras de adobe son generalmente autoconstruidas, porque la técnica constructiva tradicional es simple y no requiere consumo adicional de energía. Profesionales calificados (ingenieros y arquitectos) generalmente no están involucrados con este tipo de construcción y de allí la designación de “construcción no ingenieril”. La forma en la que se elabora el adobe varía según el lugar, región, país, continente; ya sea por los materiales o por el clima. En cuanto a la arcilla que es un material primordial para la elaboración del adobe, por su característica y propiedades, son usados también como materia prima de materiales cerámicos.
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MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
PARTE 1 1
OBJETIVOS
Reseñar en forma breve y clara los usos, propiedades, características y ventajas, de los materiales obtenidos de la tierra.
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MARCO TEÓRICO
Siendo la tierra el material principal:
2.1
LA TIERRA.
La tierra es un producto de la erosión, intemperismo de las rocas en la corteza terrestre, adicionalmente por los ácidos de las plantas. La tierra es una mezcla de arcilla, limo y arena, que algunas veces contiene agregados mayores. Siendo las arcillas aglomerantes para pegar partículas mayores en la tierra al igual que el cemento lo hace en el hormigón. A continuación se darán a conocer algunos compuestos de la tierra:
2.1.1 ARCILLA: La arcilla es una roca sedimentaria disgregada, compuesta por un mineral esencial que es el caolín, formado por óxidos de aluminio y sílice. Son partículas finísimas menores a 0.06mm de diámetro, con una particular propiedad que es la plasticidad. La arcilla tiende a ser maleable cuando está mojada, y dura y quebradiza cuando está seca. Hay muchas clases de arcilla, cada una con características ligeramente variadas. Algunas combinan con óxidos minerales y pueden adquirir un arco iris de colores. Para la construcción su característica más interesante es la adherencia. Es el pegamento de la mezcla.
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MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN La arcilla se expande cuando está mojada, contrayéndose cuando se seca. Esta tendencia puede hacer que aparezcan muchas grietas. Sin embargo, cuando se mezcla con arena, mientras se seca la arcilla, se encoge y en los huecos quedan los granos afilados de arena, produciéndose una unión fuerte al juntarse estos dos materiales. Los materiales cerámicos aplicados a la construcción tienen por objeto sustituir la piedra natural, por falta de la misma, o para obtener materiales pétreos con propiedades y características distintas de las naturales. Por ello se las denomina piedras artificiales, las que se clasifican en dos grandes grupos: productos cerámicos, que adquieren la consistencia requerida por medio del fuego y productos comentados, formados por la combinación de aglomerantes y auxiliares, qué son preparados en frío tomando la consistencia de la piedra por medio del proceso químico del fraguado. Las arcillas provienen de la descomposición de las rocas feldespáticas como los granitos, gneis, pórfido, lava, sienita, etc. La causa de esa descomposición son los agentes atmosféricos, el agua y en especial el ácido carbónico contenido en esta última que es un disolvente de los silicatos a los que deshidrata para transformarse en carbonatos, los cuales son disueltos y arrastrados por las aguas. También los musgos con sus raíces contribuyen a la disgregación de las rocas. Los productos de la disgregación de las rocas, al ser arrastrados por las aguas, se mezclan con otras sustancias no descompuestas verificándose nuevas transformaciones. Cuando los productos dela descomposición de las rocas mezclados con restos de la misma aún Sin descomponer permanecen en el mismo lugar, se denominan caolín o tierra de porcelana y yacimiento de sedimentación cuando fueron arrastrados por las aguas y mezclados con impurezas que influyen de diversas maneras en la utilización Industrial. Las arcillas se encuentran en todos los terrenos. Su extracción es fácil pues la explotación es casi a flor de tierra, lo cual resulta también económico, Solamente en caso de buscar arcillas más puras para la fabricación de lozas y materiales refractarios, se las extrae de mayores profundidades, pero el aumento de costo es compensado con la calidad. En la provincia de Buenos Aires tenemos las arcillas rojas de Olavarria aplicadas para la fabricación del cemento, alfarería y tejas, las de Santa María y de Chapadmalal para 5
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN refractarios, de López utilizada en cerámica, de Balcarce para refractarios y cerámicos. En el sur también se utiliza la de Zapala (Neuquen) para refractarios y cerámicos. Las arcillas están compuestas por: Sílice de
45 a 70%
Alúmina
18 a 40%
Agua entre
10 y 20 %
Estas proporciones, como puede apreciarse, son muy variables: no toda la sílice suele estar combinada sino en parte mezclada, el agua combinada es la que le comunica la plasticidad característica del material. Su color valga desde el blanco en las arcillas más puras, hasta el rojo dado por el óxido de hierro, el amarillo, el azulado y aún el negro cuando contiene carbón. Las arcillas se dividen prácticamente en dos grupos, como se advierte en el siguiente cuadro: Caolines puros, tienen menos del 6 % de sílice libre y 2 % do óxidos.
Caolines
Caolines alcalinos, contienen hasta el 5 % de álcalis. Caolines silíceos, no son útiles para porcelana. Caolines alcalinosilíceos, los que contienen álcalis y sílice. Caolines ferruginosos, nunca suministran pastas blancas.
Arcillas
Arcillas refractarias, puras y plásticas.
propiamente
Arcillas vitrificables, alcalinas y ferruginosas.
dichas
Arcillas fusibles, ferruginosas y calcáreas.
Plasticidad. Las arcillas tienen la propiedad de formar, cuando se las amasa con agua, una pasta más o menos plástica, la que cocida a una determinada temperatura se endurece perdiendo totalmente esa plasticidad, aun citando se la volviera a empastar con agua. Esta plasticidad es muy variable y se admite que depende del agua combinada o de constitución. Para la plasticidad tiene importancia la cantidad de agua que se agrega, En efecto, si ésta es escasa no se consigue una pasta homogénea por no haber alcanzado el agua a empastar toda 6
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN la masa; si en cambio se agrega agua en exceso se obtiene un barro chirle sin consistencia alguna, de ello se deduce que debe haber una pro-porción determinada de agua para una buena plasticidad o sea una consistencia normal de la pasta y ésta se obtiene cuando sé aprieta un puñado de arcilla con las manos y al soltarla no queda nada adherido. Algunos atribuyen la plasticidad a que el silicato de alúmina hidratado es de naturaleza gelatinosa, lo cual favorece tal propiedad. Cuando la masa es muy plástica, aproximadamente con el 80 % de arcilla, se llama grasa. En este caso la superficie de la arcilla tiende a secarse formando una costra con grietas; el exceso se corrige añadiendo materias antiplásticas o desgrasantes como las arenas feldespáticas, polvos de cerámicas, escorias, cenizas, etc., que según las dosis pueden destruir por completo la plasticidad. Cuando la masa es muy poco plástica, aproximadamente con el 40 % de arcilla, se denomina magra o árida lo cual ocurre frecuentemente; debe corregirse añadiendo mucha agua en una alberca y agitando con rastrillos; la arena gruesa se deposita en el fondo. Do esta manera y en albercas dispuestas en forma sucesiva se obtiene la pureza necesaria. Las arcillas destinadas a la preparación de materiales para la construcción no deben ser muy grasas ni muy magras, motivo por el cual se procede a las correcciones indicadas anteriormente, aunque en muy poca escala y para materiales ordinarios. Las arcillas sufren contracción por la desecación del agua de amasado; agregada nuevamente el agua, se reblandecen perdiendo la forma que se les dio al moldearlos. Sometidas al calor para cocer se observan, según Orus Asso, los siguientes fenómenos: 1 De 100° a 250° C. Se elimina el agua higroscópica adquiriendo cierta porosidad. ⁰
2 De 250° a 600°C. Pierde el agua combinada químicamente y sufre un principio de ⁰
disociación de la sílice y la alúmina. 3 De 600° a 800° C. Se completa la disociación y las arcillas adquieren propiedades ⁰
puzolánicas.
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MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN 4 De 800° a 1200° C. Las arcillas calizas eliminan el anhídrido carbónico con gran ⁰
retracción de la masa, a los 1.200° C. ésta llega al 10 %. 5 De 1200° a 1500° C. Se vitrifica al producirse la fusión de las arcillas calizas. ⁰
La plasticidad es atribuible al contenido de partículas escamosas de tamaño coloidal presentes en los suelos. Las partículas escamosas además son responsables de la alta compresibilidad y la baja permeabilidad de los suelos.
Depuración. A medida que la arcilla se extrae del yacimiento es amontonada dejando espacios para el paso de los operarios y se la somete a la purificación. Esta puede ser a mano o a máquina; consiste en ir separando las materias extrañas y perjudiciales como ser piedras y restos de vegetales, especialmente si hubiera granos gruesos o nódulos de carbono de calcio, pues éste al cocerse se transforma en óxido de calcio (cal viva) que luego por la humedad ambiente estallaría por expansión. Los principios de fusión, en un material cerámico, con coloración violácea o verde, revelan la presencia de la cal. Si el carbonato do cal está finamente pulverizado no es perjudicial; el
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MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN máximo es el 24 %, para una semivitrificación del 16 al 24 % y para la vitrificación completa hasta el 16 %.
Pudrición. Amontonada la arcilla en largas hileras, dejando espacio para que puedan circular libremente entre ellas los operarios, se la deja a la intemperie por el término de casi un año a fin de que se produzca la reacción química denominada pudrición la cual es ayudada removiendo la arcilla de vez en cuando. El nombre proviene de las emanaciones desagradables que se producen por desprendimiento de hidrógeno sulfurado. Durante este proceso, el agua disgrega la masa, el oxígeno del aire produce reacciones químicas y las lluvias disuelven y arrastran las materias solubles.
Amasado. El amasado se efectúa de dos maneras: a mano o a máquina. Industrialmente se hace con máquinas mediante molinos de cilindros o troncos de conos; para alfarería también se efectúa a máquina o bien pisándola con los pies descalzos. Este último procedimiento permite recoger cualquier elemento extraño que hubiera caído en la pasta siendo a la vez más económico cuando se trata de poca producción. Para los materiales como los ladrillos comunes, la arcilla se amasa en los llamados picaderos, que-consisten en un corral o circo de más o menos 20 m. de diámetro, cercado por un alambrado común de poca altura, y con el fondo de 0,50 m. de profundidad. En este corral o circo se hace el empaste por medio de caballos, en general yeguas llamadas de pisadero, con un rendimiento variable según el peso de las mismas; el espesor de la capa de arcilla varía por ese motivo entre los 0,25 y 0,40 m.
Modelado. Es la operación que tiene por objeto dar a la arcilla la forma que ha de tener el producto después de la cocción. Antes recibía el nombre de moldeo, debido al empleo de moldes. Hoy en día también se hace a máquina. La pasta húmeda pasa por prensas llamadas de hilera que la obligan a salir por una boquilla de sección rectangular, formándose un prisma continuo que se corta por medio de un bastidor provisto de alambres en tensión; estas boquillas tienen la forma del objeto que se desea obtener (tejas, ladrillos, cañas), y cuando son huecos o perforados llevan machos centrales. Para las piezas que tienen relieves, como las tejas francesas, se utilizan prensas especiales.
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MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN El modelado a mano se efectúa con la gradilla, llamada vulgar-mente adobera, formada por un bastidor de madera, como una caja sin tapa ni fondo, con sus ángulos reforzados. Se lo rellena con arcilla bien apretada y luego se retira dejando el adobe listo para los procesos posteriores las dimensiones de la gradilla son algo mayores que las del ladrillo debido a la retracción de la arcilla, ya explicada. Antes de rellenar la gradilla con la arcilla, se la humedece antes de retirarla se alisa con la regla; la arcilla moldeada se la lleva a la cancha, lugar donde queda depositada, según el estado del tiempo, alrededor de 4 días, a fin de que se evapore parte del agua que contiene para luego poder colocarlas de canto y apilarlas. En loe climas donde no es posible sacar las arcillas al aire libre se construyen locales bien aireados llamados secaderos. Son éstos en realidad unas cámaras de secado, donde el aire las recorre de un extremo al otro. Con este mismo objeto se suele aprovechar la parte alta de los hornos anulares.
Clasificación. Siendo los materiales cerámicos productos obtenidos por el proceso físico de cocer la arcilla, se clasifican de acuerdo al grado de cochura en simples y compuestos. Los simples son aquellos que no tienen recubrimiento vidriado y compuestos los que llevan recubrimiento.
PARTE 2 2.1.2 LIMO, ARENA Y GRAVA: Las propiedades del limo, la arena y la grava son totalmente distintas a las arcillas. Estos son solo agregados sin fuerza aglutinante y están formados a partir de rocas erosionadas en cuyo caso tienen cantos filosos o por movimiento del agua en este caso son redondeadas.
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MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN 2.1.3 COMPONENTES ORGANICOS: Un suelo extraído de una profundidad menor a 40cm contiene por lo general material orgánico (producto de la descomposición de plantas). La tierra como material de construcción debería estar libre de materia orgánica. En algunas condiciones fibras vegetales con en este caso la paja pueden añadirse asegurándose de que estén secas, evitando así los riesgos por su descomposición.
2.2
USOS DE LA ARCILLA EN LA CONSTRUCCION.
Características de la arcilla: • Material de estructura laminar. • Sumamente higroscópico. • Su masa se expande con el agua. • Con la humedad se reblandece y se vuelve plástica. • Al secarse su masa se contrae en un 10% • Generalmente se le encuentra mezclada con materia orgánica. • Adquiere gran dureza al ser sometida a temperaturas mayores a 600°C.
Para cualquier uso de la arcilla primero se le debe dar un tratamiento determinado dependiendo del uso que se le quiera dar. Dentro del campo de la construcción, la arcilla no es utilizada directamente sino más bien se la usa en la fabricación de baldosas, ladrillos, sanitarios, tejas, y en la mezcla de las pinturas, etc. La arcilla es uno de los principales componentes de los adobes (tierra arcillosa.)
2.3
EL ADOBE: ADOBE CRUDO: El adobe es un material ideal para construir, se viene fabricando desde tiempos inmemoriales. Consiste en moldear arcilla en cajas de madera y después dejarla a secar al sol, para usarlo como ladrillos en la construcción de muros de mampostería, pegándolos igualmente con barro. Para mejorar la calidad del adobe se agrega paja picada o tamo de arroz, los cuales aglutinan la arcilla produciendo un amarre molecular muy eficiente. 11
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
ADOBE ESTABILIZADO: Adobe en el que se ha incorporado otros materiales (asfalto, cemento, cal, etc.) con el fin de mejorar sus condiciones de resistencia a la compresión y estabilidad ante la presencia de humedad.
2.3.1 DATOS TÉCNICOS: Dependen en gran parte del tipo de tierra y las proporciones que utilicemos en la mezcla, pero aproximadamente son los siguientes: – Densidad: 1500-1700 kg/m3 – Resistencia a la compresión: 0,8-2 N/mm2 (a los 28 días de fabricación) – Resistencia a la tracción/flexión: buena (si tienen paja o están estabilizados) – Resistencia al agua/hielo: mala (conviene estabilizarlos o revestirlos de cal) – Resistencia al fuego: excelente – Coeficiente de conductividad térmica: 0,45-0,8 W/m.K (4 veces más aislante que el
ladrillo) 2.3.2 PRUEBAS DE SELECCIÓN Son pruebas cuyo resultado nos dará a conocer la calidad de la tierra analizada y si es apropiada para fabricar adobes.
2.3.3 PRUEBA DE SEDIMENTACIÓN (SEGÚN CRATERRE) Se disuelven unos 2-3 puños de barro en un frasco con bastante agua. Los contenidos del barro se van asentando en 3 – 4 niveles. Más abajo se encuentra la grava seguido por la arena, después sigue la arcilla y por último el del barro. El espesor del barro debe tener un mínimo del 30% del total de los asentamientos en el frasco (medido con regla) para que se trate de una tierra que sirva para hacer adobes.
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MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN 2.3.3.1 PRUEBA DE BOLITA El barro para la prueba solamente debe de ser lo suficiente húmedo para poder formar una bolita de 4 cm. Amasa bien el barro y deja caer la bolita al suelo desde una altura de 1.50 metros. Si se desborona por completo, como la muestra de la derecha, es que contiene mucha arena y apenas sirve para mortero de barro. Si la bola solamente se aplasta como la muestra del extremo izquierdo, entonces contiene mucho barro y tiene que ser rebajado con arena para poder servir para adobes. La segunda prueba (por la izquierda) ya no tiene tanta adhesión, pero todavía sirve para adobes hechos a mano. La tercera prueba (por la izquierda) es un barro con demasiada arena y no sirve para hacer adobes.
2.3.3.2 PRUEBA DEL RODILLO: Se hace un rodillo con la mezcla, con un largo de 20cm y 1cm de diámetro. a) Si se rompe entre los 5 y 15 cm, la tierra es buena, porque tiene la adecuada proporción de material. b) Si se rompe antes de los 5cm, no tiene suficiente arcilla. c) Si se rompe a más de 15cm tiene exceso de arcilla.
2.3.4 REQUISITOS GENERALES La graduación del suelo debe aproximarse a los porcentajes: arcilla10-20%, limo 15-25% y arena 55-70%, no debiéndose utilizar suelos orgánicos. El adobe debe ser macizo y sólo se permite que tenga perforaciones 13
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN perpendiculares a su cara de asiento, cara mayor, que no representen más de 12% del área bruta de esta cara. El adobe deberá estar libre de materias extrañas, grietas, rajaduras u otros defectos que puedan degradar su resistencia o durabilidad.
2.3.5 FORMAS Y DIMENSIONES Los adobes podrán ser de planta cuadrada o rectangular y en el caso de encuentros con ángulos diferentes de 90°, de formas especiales. Sus dimensiones deberán ajustarse a las siguientes proporciones: a) Para adobes rectangulares el largo sea aproximadamente el doble del ancho. b) La relación entre el largo y la altura debe ser del orden de 4 a 1. c) En el posible la altura debe ser mayor a 8 cm.
2.3.6 PREPARACION DEL ADOBE: Teniendo el suelo necesario:
Se zarandea el suelo para eliminar las piedras de mayor tamaño(es recomendado por el tamiz N° 4).
Luego mezcla con agua y dejarlo por un tiempo, que puede llegar a ser hasta un día.
Se amasa agregándole suficiente agua, formando un lodo bien mezclado y macizo, se le revuelve con los siguientes materiales secos: 14
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
Paja
Estiércol (caballo – vacunos)
Con el material mezclado se procede a llenar en los moldes de madera cubriendo perfectamente todos los rincones, se apisona con las manos, para formar una masa compacta.
Levanta el molde con un movimiento brusco hacia arriba para que se desprenda el adobe del molde.
En un clima muy seco y caluroso, tal vez conviene tapar los adobes con una lona o paja para evitar que se agrieten por secarse demasiado rápido. Deja secar el adobe hasta que alcance la firmeza para poder levantarlo sin que se rompa (un día).
Entonces se acuesta el adobe en su costado y se empareja la superficie que estaba en contacto con el suelo. Se deja secar el adobe por un día o dos más y apiladlo si no vaya a ser usado de inmediato.
PARTE 3 3 3.1
MARCO HISTÓRICO LA ARCILLA: Las arcillas son, probablemente, los materiales geológicos más contradictorios
desde el punto de vista de su utilidad en Ingeniería Civil. Son fuente inagotable de problemas de estabilidad en buen número de obras, pero constituyen por sí mismas un material de valiosas propiedades ingenieriles. Por otro lado, durante los últimos años, las arcillas han cobrado un interés especial en la medida que constituyen potenciales emplazamientos de repositorios de residuos nucleares de alta actividad o se considera su empleo en las barreras de ingeniería previstas para retardar o evitar la migración de radio nucleídos y su interacción con la biosfera. Para la mayor parte de actuaciones sobre el terreno, las propiedades que determinan el comportamiento de un suelo pueden determinarse a partir de ensayos estandarizados de laboratorio más o menos laboriosos. La mayor parte de estos ensayos se ocupan de la evaluación de parámetros tales como el contenido de humedad, permeabilidad, porosidad, 15
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN densidad, forma y tamaño de las partículas (granulometría), estructura, plasticidad, capacidad de hinchamiento, etc. Sin embargo, hay situaciones en las que es importante comprender por qué un suelo se comporta de la manera que lo hace antes de poder aplicar una solución geotécnica adecuada a un problema. Para ello es necesario conocer el suelo no sólo desde el punto de vista macroestructural sino también del microestructural, esto es, su mineralogía, composición y las interacciones con los fluidos de su entorno, principalmente agua. El caso de las arcillas es particularmente ilustrativo en este respecto. La clase dictada no tendrá en cuenta la caracterización macroestructural del suelo en el sentido anteriormente expuesto. Ello es cometido de otras lecciones de la asignatura y de otras asignaturas más especializadas. Tampoco pretende ser una exhaustiva revisión de las propiedades microestructurales de los suelos, algo que debe quedar para cursos de especialización. Tan solo son unas pinceladas que deben ayudar a entender mejor las complejas interacciones entre los diferentes elementos de un suelo arcilloso (partículas sólidas, agua y electrolitos) y sus implicaciones macroscópicas. En la clase que nos ocupa omitiremos cualquier comentario referente al enlace químico, dado por sabido al ser objeto de clases anteriores y nos centraremos en primera instancia en algunos aspectos terminológicos de carácter general, para pasar a continuación a describir desde un punto de vista cristaloquímico las arcillas.
Terminología El término arcilla puede ser empleado desde puntos de vista muy diversos: 1) En sentido petrográfico (como un tipo de roca en sí misma); 2) En un sentido mineralógico (aquél conjunto de minerales que comparten unas características químicas estructurales características); 3) En un sentido granulométrico (referido a la fracción de una roca en la que el tamaño de sus granos constituyentes satisface un determinado rango de medida.
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MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN En general, el término arcilla se aplica a un material natural, terroso, de tamaño de grano fino y que muestra plasticidad* cuando es mezclado con una cierta proporción de agua. Su composición química está caracterizada por la presencia de Si, Al y H2O, junto a cantidades variables de Mg, Mn, Fe, Ca, Na y K, principalmente. Es un término que no posee connotaciones genéticas, esto es, no nos indica nada respecto del origen de la roca (continental o marino, sedimentario o hidrotermal, etc.). Desde el punto de vista granulométrico, un material se considera arcilla si, de acuerdo a la clasificación de Wentworth, el tamaño de grano de sus partículas constituyentes es inferior a 1/256 mm (4 μm). Sin embargo, existe la tendencia a considerar los 2 μm como límite superior al tamaño arcilla dado que la experiencia ha demostrado que los minerales de la arcilla se concentran en la fracción granulométrica de 1-2 μm (quedando los minerales no arcillosos en la fracción mayor a esta medida) y porque parece ser el tamaño máximo en el que una partícula se puede mantener suspendida coloidalmente. Hay que destacar el hecho de que las clasificaciones granulométricas no nos ayudan a caracterizar el tipo de roca en tanto que la composición o la mineralogía de la misma no participa en su catalogación. En este sentido, es ilustrativo considerar el caso de los fangos carbonatados. Son sedimentos, en general marinos, formados casi exclusivamente por granos de carbonato cálcico de tamaño inferior a las 4 m (micrita), por lo que en el sentido granulométrico han de considerarse arcillas o arcillitas si se encuentran más o menos compactados. Desde el punto de vista químico o mineralógico, la denominación más propia de estas rocas es caliza. El pequeño tamaño de los cristales de arcilla entrañó durante muchos años una barrera infranqueable al conocimiento de estos materiales dado que las técnicas de caracterización y análisis se restringía al uso del microscopio petrográfico (cuyo poder de resolución tan solo alcanza las 2 - 4 m) o métodos indiscriminados. Con el descubrimiento de los rayos X, a finales del siglo pasado, y el desarrollo de los primeros difractómetros de rayos X, se empezaron a desvelar los misterios de tales materiales. Pero es el desarrollo de los primeros microscopios electrónicos, en la década de los años 30 en que se alcanzan los avances más significativos. 17
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN En la actualidad, la combinación de técnicas de análisis (DRX, SEM-EDS, WDS, FTIR, ATD-TG, Raman, etc.) permite la realización de caracterizaciones químico-estructurales muy precisas sobre partículas tan pequeñas como son los cristales individuales de arcilla, si bien estamos todavía lejos de conocer el complejo entramado físico-químico que gobierna las interacciones agua-arcilla. El término alofana hace referencia a un material tipo gel (no cristalino y fuertemente hidratado), de composición variable aunque dominada por Si y Al y que, en general es el precursor químico de los minerales de la arcilla. Una pizarra es una roca sedimentaria de tamaño de grano fino, terrosa y con una laminación característica formada como resultado de la compactación o por la actuación de esfuerzos tectónicos. El laminado es debido a la orientación preferencial de los minerales de la arcilla, que suelen tener hábitos (morfologías) tabulares y prismáticos. Una arcillita es una roca de tamaño de grano fino, masiva y, a veces, endurecida y resistente. Difiere de una pizarra por ser masiva y no laminada y de una arcilla por ser más dura. De acuerdo a la clasificación de Wentworh, las arcillitas englobarían tanto a las arcillas (Φ < 4 μm) como a los limos (4 < Φ < 64 μm). Los términos lutita y pelita son equivalentes y su diferencia estriba en que son palabras derivadas de una raíz latina (lutita) o griega (pelita). Desde el punto de vista granulométrico, se trata de rocas más o menos consolidadas en las que hay una proporción variable de partículas de tamaño de grano limo y arcilla. Una lutita no consolidada puede recibir los nombres tales como barro, fango, lodo, o cieno. El término marga es muy utilizado por los geólogos para referirse a un conjunto de materiales terrosos, sueltos o consolidados, formados por una íntima mezcla de minerales de la arcilla (35-65 %) y carbonato cálcico (65-35 %). Se conoce como arcilla sensible a aquella arcilla que se transforma en un fluido viscoso cuando es remoldeada. Esta propiedad se denomina sensibilidad de la arcilla y todas ellas la presentan con mayor o menor intensidad. El origen de esta sensibilidad es variado pudiendo ser textural (fábrica metaestable), químico (pérdida de cemento, tixotropía, meteorización, 18
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN lavado de cationes y/o sales, cambios en la relación de cationes mono y divalentes, oxidación etc.), o combinaciones entre ellos. La historia geológica particular de cada arcilla es importante a la hora de evaluar la importancia relativa de cada uno de los factores enumerados anteriormente. El término suelo posee una interpretación contextual bastante variada. Para un geólogo, el suelo es el regolito‡ meteorizado presente en la superficie terrestre y que constituye la base de la vegetación. Para un edafólogo, el suelo es el material no consolidado que se encuentra en la superficie terrestre, esté meteorizado o no, contenga vegetación o no. Los edafólogos suelen estudiar los suelos mediante su división en horizontes independientes del lecho rocoso infrayacente. Por último, un ingeniero civil tiende a separar los materiales de la corteza en dos grupos: roca y suelos. La roca es todo aquel material que, de una manera característica se presenta duro y consolidado. Un suelo, de acuerdo a Terzaghi y Peck§ es ‘un agregado natural de granos minerales que pueden ser separados mediante métodos tan delicados como la agitación en agua’. Cualquier material suelto de la corteza terrestre, independientemente de su granulometría, composición, contenido de materia orgánica, etc. es un suelo para un ingeniero y, en este sentido, el término arcilla suele tener un significado granulométrico para el mismo. Otros aspectos terminológicos particulares serán considerados más adelante.
PARTE 4 3.2
EL ADOBE:
El adobe es una de las técnicas de construcción más antigua y populares del mundo. Su uso ha sido registrado a más de 10 mil años en las más variadas zonas y climas del planeta. Hassan Fathy (1899-1989) fue un notable arquitecto egipcio pionero en el uso de esta tecnología que es aun hoy considerada apropiada en Egipto. El restableció el uso del adobe empleando métodos de diseño y materiales antiguos. Integro la situación económica rural del país con el amplio conocimiento de la arquitectura antigua
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MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN y técnicas de diseños de ciudades. Entrenó los habitantes locales para construyeren sus propias casas y nos dejó al mundo su gran legado. La más antigua ciudad conocida Çatalhöyük, en Anatolia del VII milenio antes de Cristo, tenía las casas construidas con adobes. En el Antiguo Egipto se empleó frecuentemente el adobe, elaborado con limo del Nilo, en la construcción de casas, tumbas (mastabas), fortalezas, e incluso palacios, aunque los egipcios también fueron los primeros en emplear la piedra tallada para erigir templos, pirámides y otras edificaciones monumentales. Muro de adobe sobre basamento de piedra en una antigua casa de la provincia de Burgos (España). En Perú existe la ciudad de barro más grande de América; la ciudadela de Chan Chan (1200-1480) perteneciente a la cultura chimú. Así mismo, algunas crónicas del siglo XVI recogen que los, jefes de los tallanos Vivian en palacios construidos con este material. En España es característico, entre otras de las regiones secas, de Castilla y León donde se añade paja al barro. Las construcciones de adobe se suelen remozar con una capa del mismo barro con lo que dan ese aspecto tan curioso de las casas típicas de Tierra de Campos. También es usual en regiones semidesérticas de África, América Central y América del Sur (rancho). El término “adobe” en castellano, aunque con la grafía “adoves”, aparece por vez primera
ya en 1139-1149 en el llamado “Fuero de Pozuelo de Campos” (hoy Pozuelo de la Orden, en la Provincia de Valladolid). En México, Colombia, Ecuador, Perú, Bolivia, Argentina y en el sur y norte de Chile las casas de adobe son aun patrimonio de muchas familias humildes, que conservan esta tradición desde tiempos inmemoriales. Mezclar pasto seco con el barro permite una correcta aglutinación, gran resistencia a la intemperie y evita que los bloques una vez solidificados tiendan a agrietarse. Posteriormente los bloques se adhieren entre si con barro para levantar muros. Actualmente algunos arquitectos siguen utilizando muros de adobe en combinación con cimientos, columnas y losas de hormigón debido a sus características. En muchas ciudades y pueblos de Centro y Sur de América la construcción con adobes se mantiene viva aunque amenazada por las imposiciones del mercado normal o por la mala fama que le han hecho 20
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN los sismos y el mal de Chagas. En Paraguay, el adobe es una de las técnicas tradicionales de construcción que poco a poco fue dejada de lado aunque en los últimos 20 años se han realizado experiencias tanto en 6ontevideocomo en el interior del país. La reactivación de una arquitectura en adobe en gran medida se debe al ahorro de energía que las edificaciones con este material suelen implicar, en efecto el adobe resulta un excelente aislante térmico motivo por el cual se reducen las demandas de energía para refrescar o caldear las viviendas.8or otra parte) uno de los problemas t(picos del adobe es su absorción de la humedad del suelo por capilaridad) para esto una solución bastante frecuente es utilizar un cimiento hidrófugo o impermeable de hasta aproximadamente un metro de altura sobre el nivel del suelo, tal cimiento suele ser de piedras o, más modernamente, de hormigón.
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CONCLUSIÓN
El adobe es conocido por ser un material antiguo capaz de hacer estructuras muy duraderas. Hasta el día de hoy se han preservado construcciones realizadas con ese material, que se encuentran entre las más antiguas del planeta. El adobe es un material muy accesible tanto en la obtención del material como económicamente mejor ya que es hecho a base de arena, arcilla y agua, y con fibra o material orgánico como paja, estiércol.
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EJERCICIOS
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BIBLIOGRAFÍA
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