Materiales Pétreos
Ing. HUARCAYA ALLCCA, Jeremías Jeremías Daniel ARÉVALO VARGAS, José Luis SUDARIO NEYRA, María
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DEDICATORIA El presente trabajo lo dedicamos a nuestros padres; a quienes les debemos todo lo que tenemos en esta vida. A Dios, ya que gracias a el tenemos esos padres maravillosos, los cuales nos apoyan en nuestras derrotas y celebran nuestros triunfos A nuestros profesores quienes son nuestros guías en el aprendizaje, dándonos los últimos conocimientos para nuestro buen desenvolvimiento en la sociedad.
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INDICE
I.
Material Pétreo………………………………………………………….……….5
II.
Propiedades básicas de la piedra…………………………………………….…..5
III.
Clasificación de materiales pétreos……………………………………….……..6
IV.
Materiales pétreos utilizados en construcción………………………….……….7
V.
Materiales Pétreos Aglomerantes……………………………………………....12
VI.
Materiales Cerámicos…………………………………………………………..14
VII.
Materiales pétreos naturales……………………………………………...…….15
VIII.
Patología de los Materiales Pétreos…………………………………………….16
IX.
Usos…………………………………………………………………………….21
X.
Bibliografía……………………………………………………………………28
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INTRODUCCION En el presente trabajo trataremos sobre los materiales pétreos, los cuales van a tomar una gran importancia en el ámbito de la ingeniería civil. Este trabajo consta de nueve partes, iniciando con la definición de lo que son materiales pétreos, luego trataremos de la clasificación según su composición y según la utilidad en el ámbito de la construcción. Dentro de dicha clasificación, veremos lo que son piedras naturales y piedras artificiales, aquí veremos lo que son rocas ígneas, rocas sedimentarias y rocas metamórficas, esto es en cuanto a piedras naturales, con respecto a lo que son artificiales veremos a los productos cerámicos y productos vítreos. En otro punto veremos lo que son los materiales pétreos aglomerantes, dentro estarán lo que es el mortero, el hormigón, el cemento, el yeso, entre otros. También veremos lo que son los materiales pétreos naturales, dentro de los cuales tendremos al mármol, el granito, la pizarra, etc. Finalmente, los últimos temas a tocar serán, los factores que alteran tanto en su composición química como a nivel estructura, y los distintos usos y aplicaciones de los materiales pétreos.
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MATERIALES PETREOS
I.
Material Pétreo. Definición: Se define como material pétreo a todos los materiales de piedra o de la calidad de la piedra. Las piedras son todas las sustancias minerales diferentes de las sales, los metales y los combustibles que se presentan en la tierra en forma de cuerpos duros, sin brillo metálico, más pesados que el agua y menos que los metales. Las piedras están compuestas por sílice, anhídrido carbónico y ácido sulfúrico combinados con cal, alúmina y otros óxidos de hierro, de manganeso, de cromo, etc. Las piedras que vamos a estudiar son aquellas que reúnen la dureza, resistencia e inalterabilidad relativas que la hacen aptas para el uso en la construcción.
II. Propiedades básicas de la piedra Para la adecuada utilización de la piedra se han de conocer algunas de sus Propiedades Básicas tales como: 2.1. Exfoliación: Es la facilidad con que un material se rompe en uno o mas planos definidos o sea que su masa presenta menos cohesión. 2.2. Lustre: Es el aspecto de la superficie del material al reflejo de la luz. 2.3. Apariencia: para trabajos de fachada (piedra vista), debe de tener una textura adecuada y compacta. El color claro es mas adecuado ya que es más durable. 2.4. Estructura: La piedra partida no debe tener un color apagado y debe tener una textura libre de cavidades, fisuras, y libre de material blando. Las estratificaciones no han de ser visibles a la vista. 2.5. Resistencia: La piedra ha de ser fuerte y durable a la resistencia a la acción de desintegración del tiempo. La resistencia a la compresión de las piedras de los edificios, en la práctica oscila entre 60 y 200 N/m2. 2.6. Peso: Es el indicativo de la porosidad y densidad. Para la estabilidad de una estructura como un dique, represa, etc... se requieren piedras mas densas, sin embargo para la construcción de cúpulas, arcos, etc... se necesitan menos densas. 2.7. Dureza: Esta propiedad es muy importante para suelos, pavimentos, carril (pista) de puentes, etc. Se determina por la escala de Mosh. 2.8. Tenacidad: La resistencia al impacto que tiene la piedra. 2.9. Trabajabilidad: Ha de ser económicamente viable a cortar, darle la forma y tamaño adecuado. 2.10. Resistencia al fuego: Las piedras han de estar libre de carbonato cálcico, óxidos de hierro, y minerales con coeficiente de expansión térmica. Las rocas de ignición presentan desintegración debido al cuarzo el cual se desintegra en pequeñas partículas a temperaturas de 575 ºC. La caliza, sin embargo, puede resistir temperaturas un poco mas elevabas: alrededor de 800 ºC se desintegra. 2.11. Densidad: La densidad de todas las piedras es de 2.3 a 2.5 Kg/dm3.
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Materiales Pétreos 2.12. Movimiento térmico: Pueden causar problemas por ejemplo en uniones cuando aparece la lluvia. El mármol tiene variaciones cuando está expuesto al calor se expande, al enfriarse no vuelve al estado inicial. III. Clasificación de materiales pétreos Según su composición se clasifican en a) piedras con base de cal ; b) piedras con base de sílice; c) piedras con base de alúmina.
3.1. Piedras con base de cal: producen efervescencia al ser atacados con ácidos y no producen chispas con el eslabón. Este grupo se subdivide en calcáreas y yesosas. 3.1.1. Las piedras calcáreas son aquellas que por calcinación transforman en cal. Son carbonato de calcio con alúmina, sílice, etc. Pueden ser de varios colores, blancas, azules, amarillas, pardas, negras o verdosas. En nuestro país tenemos las calcáreas sacaroides, calcáreo compacto, brechas y brocateles, dolomita. Las calcáreas sacaroides son parecidas al azúcar, con muchos puntos brillantes, textura cristalina, y a veces pueden lustrarse. Por ejemplo: el mármol de carrara y el mármol de San Jerónimo (Córdoba). Al alabastro (mármol blanco y puro), se lo emplea exclusivamente en obras de lujo. Hay colores como el ónix de San Luis, de color sanguíneo y ónix verde de Mendoza. El calcáreo compacto es de grano fino y muy apretado. Mármoles de Sierra Verona (Italia); Francia; negro y chocolate de Sierras Bayas, el negro adquiere un hermoso pulimento. El calcáreo compacto de Buenos Aires se lo emplea para la fabricación del cemento portland; loma negra y fabricación de la cal. Brechas y Brocateles: son mármoles compuestos por restos de otros más antiguos, unidos por cemento de naturaleza. Se emplean tres mechas de Italia: la rosada, la violada y la de siena. Las dolamitas son piedras que dan poca efervescencia con los ácidos y se los usa para revestimientos e interiores, y para la fabricación de refractarios. Están compuestas por carbonatos de calcio y magnesio
3.1.2. Las piedras yesosas son el algez o piedra de yeso que carece de consistencia, se aplasta por poca precio y se descompone con el la humedad y con el aire. El alabastro yesoso cristalizado se usa para decoración interior. 3.2. Piedras con base de sílice: son muy resistentes, rayan el vidrio y no producen efervescencia al ser atacados por lo ácidos y no se descomponen por la acción del fuego. Por ejemplo: el cuarzo; su composición química es de sílice. Es una piedra muy
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Materiales Pétreos dura, pesada de color de blanquecina. Sirve para adoquines, la fabricación del vidrio y como abrasivo. Pedernal: piedra compacta de color amarillento, gris o negro. Se emplea en mampostería, revestimientos y adoquinados. Las arcenicas son conglomerados de arena, sílice ligado por un amarillento o gris verdoso y producen efervescencia con los ácidos. Se calcinan al fuego y no son muy resistentes. Las arcillosas suelen ser blancas, las arcenicas son duras y tenaces, ejemplo: el asperón. La grava de color oscuro, es muy dura y resistente, puede emplearse en toda clase de construcciones. El granito está compuesto por cuarzo, 20 al 40%; feldespato, 16 a 56%; y mica, 14 a 56%, se lo denomina de acuerdo al elemento que predomina; por ejemplo, granito cuarzoso, feldespático, micáceo. Es la mejor piedra para la construcción por su dureza y duración. El granito cuarzoso es el más duro y el micáceo se altera con la humedad disgregándose
3.3. Piedras con base de alúmina: Están compuestas de alúmina, sílice y óxido de hierro. No producen efervescencia a la acción de ácidos. A esta variedad pertenecen las pizarras de color gris, verde, azulado o negra. Las homogéneas se las emplean para cubierta de techados, los mejores son aquellos que al ser golpeados dan sonido claro. Las pizarras son rocas de grano fino que se caracterizan por su estructura foliácea. De acuerdo con sus componentes se distinguen: Pizarras micáceas: Están compuestas por cuarzo, mica, silicato de aluminio y potasio. Pizarras arcillosas: Están compuestas por silicato, cuarzo y a veces mica. Son las más duras de colores oscuros. Pizarras de talco: Están compuestas con talco y cuarzo con pequeñas cantidades silicato de aluminio y potasio.
IV. Materiales pétreos utilizados en construcción. Los materiales pétreos utilizados en la construcción se clasifican en piedras naturales y piedras artificiales. 4.1. Piedras Naturales. Las piedras naturales son las que se extraen directamente de la naturaleza sin precisar su empleo, pueden ser simples o compuestas dependiendo si se forman de uno o más minerales entre los que destacan el cuarzo, feldespato, mica, talco, magnesia, entre otros. Se clasifican de acuerdo a su composición química, mineralógica, estructura, yacimiento y origen. La piedra que se utiliza en términos de construcción es la de origen geológico clasificándolas en rocas eruptivas e ígneas, sedimentarias y metamórficas. 4.1.1. Rocas Eruptivas o Ígneas Las rocas ígneas o eruptivas se forman por la solidificación del magma volcánica. Su tamaño depende de la forma en que se enfría la piedra, un enfriamiento lento produce rocas gruesas mientras que uno rápido de cómo resultado piedras finas.
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Están compuestas por silicatos de potasio, sodio, aluminio, hierro y magnesio. Se consideran ácidas cuando tienen del 50 al 80% de anhídrido silícico, tienen cuarzo libre, calcio, aluminio y sodio presentándose en colores claros. Las rocas ígneas básicas tienen del 40 al 50% de silicato y carecen de cuarzo libre, son de colores oscuros. La roca eruptiva mas utilizada como material de construcción es el granito, roca acida de grano fuerte formado principalmente de cuarzo, feldespato y mica lo que la hace muy dura, fuerte y resistente a cambios climatológicos.
4.1.2. Rocas Sedimentarias La formación de estas rocas se dan en dos procesos: primero se depositan sedimentos ya sea fragmentos de rocas, esqueletos de animales o bien descomposiciones químicas de aguas. El segundo proceso es la cristalización de estos depósitos para formar la roca dura, dándose este paso por medio de acciones químicas de los gases contenidos en el agua. Algunos ejemplos de rocas de construcción obtenidas de piedras sedimentarias son las calizas, areniscas, arcillas, entre otras. Las piedras areniscas son producto de la fragmentación de rocas primitivas como las ígneas, raramente se forman con una sola roca y se le denomina así por que se componen de arenas silíceas, arcillosas, calizas, etc. El papel que desempeñan en una construcción es muy importante pues con ellas se forman los morteros y hormigones.
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Materiales Pétreos Las arcillas son pequeñas partículas que se pueden confundir con tierra, tienen la propiedad de que puestas en agua se hinchan y con ello absorben gran cantidad de ésta, formando una masa hasta llegar a convertirse en barro, siendo su característica principal la plasticidad, es decir la capacidad de tomar cualquier forma y mantenerla, utilizada primordialmente en la fabricación de cerámicas, ladrillos y tejas. Las piedras calizas se forman normalmente de esqueletos y pequeñas partículas de animales acuáticos cementadas, formando un importante material de construcción ya que se puede aplicar según su estructura desde la mampostería hasta como elementos decorativos. Se emplean en cantidades importantes para la fabricación de cales y cementos así como en la industria del vidrio y hierro.
4.1.3. Rocas Metamórficas Las rocas metamórficas son el producto de la cristalización de depósitos sedimentarios debido a la acción de grandes presiones, temperaturas elevadas en la corteza terrestre y emanaciones de gases volcánicos. Estas piedras pueden ser consideradas parte de las rocas ígneas o sedimentarias, siendo la diferencia el cambio de textura, estructura y composición mineral debido a los factores antes mencionados. Los representantes más conocidos de esta clasificación son los mármoles y pizarras. El mármol es una roca caliza metamórfica constituida principalmente por distintos tipos de minerales que le provocan las diferentes tonalidades que se conocen. Por el uso que tienen en la obra de construcción se clasifican en estuarios, que son de
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Materiales Pétreos color uniforme, compactos, translúcidos y de fácil labra; arquitectónicos, los resistentes y de colores diversos empleando principalmente en la decoración. Las pizarras son rocas que provienen del metamorfismo de las arcillas y según su grado de transformación pueden ser catalogadas como piedras para techar, para pavimentar, esmerilar y afilar cosas en la construcción
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Materiales Pétreos 4.1.4. Extracción de las piedras Las rocas utilizadas con fines de construcción se les conocen como piedras de construcción. Deben presentar las siguientes propiedades: Ser homogéneas, compactas y de grano uniforme. Carácter de grietas o restos orgánicos. Ser resistentes a cargas. No alterarse por condiciones atmosféricas. Resistentes al fuego. No ser absorbentes o permeables. Tener adherencia a los morteros. Dejarse labrar fácilmente. Su uso se puede resumir en tres aspectos importantes que son: como material de estructura en paredes, material final para paredes de interior o exterior o bien como material para pisos o techos. La siguiente tabla muestra en resumen diferentes piedras de construcción y sus usos. PIEDRA DE CONSTRUCCIÓN Granito Caliza Mármol Arenisca
TIPO
COLORES
USO
Ígnea Sedimentarias Metamórficas Sedimentaria
Paredes Paredes Paredes y pisos Paredes
Pizarras
Metamórficas
Gran variedad Marrón, gris Gran variedad Amarillo, café, rojo, marrón Azul, gris, negro, rojo, verde
Pisos y techos
4.1.5. Canteras Las canteras son las explotaciones a cielo abierto de masas geológicas o yacimientos de donde se extraen las piedras, puede ser confundida en ocasiones como una mina, la diferencia consiste en el tipo de material extraído. Existen canteras de materiales inertes para conglomerados de cementos, de materiales para ladrillos (arcillas) o cementos (calizas), de mármoles y piedras ornamentales así como canteras para construcciones de carreteras (tierra, grava).
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Materiales Pétreos 4.2. Piedras Artificiales Las piedras artificiales son las que se producen o fabrican para sustituir a las piedras naturales y así obtener características y propiedades distintas de las que se extraen de las canteras. Se clasifican en productos cerámicos cuando obtienen la consistencia pétrea por procesos físicos como al cocer las tierras arcillosas; vidrios cuando se da por fusión de óxidos y aglomerantes cuando se preparan con materiales comprimidos o unidos mediante el proceso químico del fraguado. 4.2.1. Productos cerámicos La cerámica es uno de los materiales de construcción más antiguo pues se tiene conocimiento de su existencia desde hace más de 5000 años, siendo su muy variado principalmente en zonas propensas a mojarse. Comprende dos ramas clasificado según su textura: la primera es la tejería que es la elaboración de materiales de construcción porosos con fractura como ladrillos, tejas, tubos y la segunda es la alfarería que fabrica la cerámica fina como loza y porcelana siendo productos compactos e impermeables.
4.2.2. Productos Vítreos El vidrio es un producto orgánico obtenido por la fusión a muy elevadas temperaturas de tres importantes ingredientes que son silicatos de sodio, calcio y plomo que una vez enfriados adquieren un estado duro, amorfo, transparente, frágil y resistente mecánica como químicamente; ya trabajado se le puede dar color o bien ser opaco. Dentro de sus características principales esta su resistencia a choques térmicos, a los agentes atmosféricos y su buena resistencia eléctrica.
V.
Materiales Pétreos Aglomerantes Llamamos aglomerante a un material que se emplea para unir otros materiales. Los aglomerantes utilizados en la construcción son materiales que, una vez mezclados con agua, tienen la propiedad de endurecerse (fragua), por lo que son muy usados en las obras para formar parte de estructuras, unir materiales cerámicos, enlucir exteriores. Su materia prima son las arenas y las gravas que se usan, sobre todo fragmentados para generar este tipo de materiales tan usados en construcción: el yeso, el cemento y la cal.
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Materiales Pétreos Otros materiales que incluimos entre los aglutinantes por sus características aunque son compuestos son: El mortero: mezcla de arena y cemento que sirve para unir los bloques o las piedras; también se usa para enfoscar. El hormigón: mezcla de grava, arena, agua y cemento que se endurece con el tiempo; es económico, duradero, resistente al fuego y puede ser fabricado directamente en la obra. Aunque es muy resistente a la compresión, su principal problema es su baja resistencia a la tracción. Hormigón armado: introducir barras de hierro o acero en el hormigón antes de que este fragua, sirve para mejorar su resistencia a la tracción y a la flexión. El cemento.- Se denomina cemento a un conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinadas y posteriormente molidas, que tiene la propiedad de endurecer al contacto con el agua. Mezclado con agregados pétreos (grava y arena) y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se endurece, adquiriendo consistencia pétrea, denominada hormigón. Su uso está muy generalizado en construcción e ingeniería civil. Propiedades generales del cemento: Buena resistencia al ataque químico. Resistencia a temperaturas elevadas Resistencia inicial elevada que disminuye con el tiempo Se ha de evitar el uso de armaduras. Con el tiempo aumenta la porosidad. Uso apropiado para bajas temperaturas por ser muy exotérmico. El yeso.- El yeso es un producto preparado a partir de una roca natural denominada aljez (sulfato de calcio dihidrato: CaSO4• 2H2O), mediante deshidratación, al que puede añadirse en fábrica determinadas adiciones de otras sustancias químicas para modificar sus características de fraguado, resistencia, adherencia, retención de agua y densidad, que una vez amasado con agua, puede ser utilizado directamente. También, se emplea para la elaboración de materiales prefabricados. El yeso, como producto industrial, es sulfato de calcio
hemihidrato (CaSO4•½H2O), también llamado vulgarmente "yeso cocido". Se
comercializa molido, en forma de polvo. Una variedad de yeso, denominada alabastro, se utiliza profusamente, por su facilidad de tallado, para elaborar pequeñas vasijas, estatuillas y otros utensilios.
Uso: Es utilizado profusamente en construcción como pasta para guarnecidos, enlucidos y revoques; como pasta de agarre y de juntas. También es utilizado para obtener estucados y en la preparación de superficies de soporte para la pintura artística al fresco.
Prefabricado, como paneles de yeso para tabiques, y escayolados para techos. Se usa como aislante térmico, pues el yeso es mal conductor del calor y la electricidad.
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VI.
Para confeccionar moldes de dentaduras, en Odontología. Para usos quirúrgicos en forma de férula para inmovilizar un hueso y facilitar la regeneración ósea en una fractura. En los moldes utilizados para preparación y reproducción de esculturas. En la elaboración de tizas para escritura. En la fabricación de cemento.
Materiales Cerámicos. Los materiales cerámicos se obtienen a partir de materias primas arcillosas. La arcilla se moldea y se somete a un proceso de cocción en un horno a elevadas temperaturas. Dependiendo de la naturaleza y el tratamiento de las materias primas, se distinguen dos grandes grupos: cerámicas finas y cerámicas gruesas (permeables).
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VII.
Materiales pétreos naturales: rocas Son aquellos que se obtienen de las rocas y se usan en la construcción de edificios y obras públicas (puentes, carreteras, túneles,…). Estos materiales se extraen de las canteras donde aparecen en forma de grandes bloques. Los más usados son: 7.1. Mármol, muy resistente a esfuerzos de compresión y de tacto frío. Se usan en suelos, revestimientos de paredes y ornamentación. 7.2. Granito, igualmente resiste bien la compresión aunque son más duros que el mármol. Se usan en adoquines, sillares. 7.3. Pizarras, piedra muy densa que es impermeable. Se corta en lajas para hacer tejas y para revestir pavimentos. 7.4. Áridos, formados por arenas, gravas, guijarros y, en general, materiales fragmentados de diverso tamaño. Se usan junto a aglomerantes para fabricar morteros y hormigones. 7.5. Arena.- es un conjunto de partículas de rocas disgregadas. En geología se denomina arena al material compuesto de partículas cuyo tamaño varía entre 0,063 y 2 mm. Una partícula individual dentro de este rango es llamada grano de arena. Una roca consolidada y compuesta por estas partículas se denomina arenisca (Sin. psamita). Las partículas por debajo de los 0,063 mm y hasta 0,004 mm se denominan limo, y por arriba de la medida del grano de arena y hasta los 64 mm se denominan grava. 7.6. Grava: En geología y en construcción se denomina grava a las rocas de tamaño comprendido entre 2 y 64 mm, aunque no existe homogeneidad de criterio para el límite superior. Pueden ser producidas por el hombre, en cuyo caso suele denominarse «piedra partida» o «chancada», y naturales. En este caso, además, suele suceder que el desgaste natural producido por el
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Materiales Pétreos movimiento en los lechos de ríos ha generado formas redondeadas, pasando a conocerse como canto rodado. Existen también casos de gravas naturales que no son cantos rodados.
Aplicación: La grava se usa como árido en la fabricación de hormigones. También como lastre y revestimiento protector en cubiertas planas no transitables, y como filtrante en soleras y drenajes. Obtención de la grava: Como fuente de abastecimiento se pueden distinguir las siguientes situaciones: Bancos de sedimentación: son los bancos construidos artificialmente para embancar el material fino-grueso que arrastran los ríos. Cauce de río: corresponde a la extracción desde el lecho del río, en los cuales se encuentra material arrastrado por el escurrimiento de las aguas. Pozos secos: zonas de antiguos rellenos aluviales en valles cercanos a ríos.
VIII.
Patología de los Materiales Pétreos. 8.1. Factores de Alteración Son aquellos parámetros que son capaces de inducir cambios perjudiciales en ciertas propiedades de los materiales. Entre las muchas causas que determinan el deterioro de los materiales pétreos, podríamos destacar 2 grandes apartados: a. Factores endógenos, como aquellos factores de deterioro del material pétreo, determinados por su propia naturaleza. b. Factores exógenos o ambientales, que son aquellos derivados de fuentes externas de producción. 8.2. Factores de Alteración Endógenos. 8.2.1. Debidos a la composición de la roca: Piedras ricas en minerales cuarzosos: Son en general las más estables frente a cualquier tipo de agresión. El cuarzo es difícilmente atacable por sustancias ácidas. Piedras ricas en minerales feldespáticos y micáceos: En general, los componentes mineralógicos ácidos se meteorizan con cierta facilidad en presencia del CO2 atmosférico y del vapor de agua, originando residuos de tipo arcilloso, diversos óxidos y aguas carbonatadas entre otros varios. Piedras ricas en minerales ferromagnesianos: Por lo general estas piedras son estables y su descomposición es difícil. Piedras ricas en minerales carbonatados: Son muy abundantes en toda la naturaleza. Son susceptibles de descomponerse en ambientes ácidos; igualmente son muy atacables donde la contaminación produzca la existencia de gases sulfurados.
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Materiales Pétreos 8.2.2. Debidos a la estructura de la roca: Dentro de las propiedades físicas, serán las hidrofísicas las de mayor importancia. Una estructura cristalina o vítrea en un material pétreo, deja muy pocas posibilidades a la existencia de poros. Así, la resistencia al hielo está asegurada. Otra cosa son las de carácter sedimentario. Debido a su origen presentan, un índice de poros considerable que permite un alto valor de la absorción, y por consiguiente una falta de durabilidad frente al hielo. Ej: Rocas sedimentarias calizas. 8.3. Factores de Alteración Exógenos o Ambientales 8.3.1. Agua El agua es el agente de alteración más importante. El agua interviene en la mayoría de los procesos de alteración físicos, químicos y biológicos. Las principales fuentes de humedad que afectan a los edificios son: Agua de higroscopicidad: Se define como el vapor de agua que un material absorbe procedente del medio ambiente. Agua de condensación: A más temperatura más presión de vapor. Luego este fenómeno ocurrirá si en algún punto del interior del material pétreo la presión de vapor es superior a la de saturación. Capilaridad desde el subsuelo: La capilaridad es la propiedad en virtud de la cual un líquido penetra y se difunde por los poros de un material. El agua es capaz de ascender a través de los materiales, venciendo las fuerzas de la gravedad. Agua de lluvia: La lluvia conduce a la formación de una capa o película desde la que el agua penetra por capilaridad, o absorción. 8.3.1.1. Acción Física Ciclos de humidificación y secado: Esta agua genera una serie de movimientos dentro del material a través de la red capilar, así como procesos de evaporación que son de gran importancia en la alteración. Acción del hielo: El problema se presenta, con el aumento de volumen que sufre este líquido al helarse, originándose presiones en las cavidades porosas, que terminan por descomponer la piedra. Cristalización de las sales: La absorción del agua por los poros y posterior evaporación da lugar a la formación de depósitos y cristalizaciones; estas cristalizaciones en el interior de los poros provocan, al aumentar su volumen, tensiones tales al interior de los poros que disgregarán el material. 8.3.1.2. Acción Química: Disolución: El agua, al disolver las cementaciones que mantienen unidos los granos de un material pétreo, provoca la “arenación” de la roca, dando origen a desigualdades en la superficie.
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Carbonatación: El anhídrido carbónico disuelto en agua de lluvia, y en la ascendente del suelo, favorece la disolución de los materiales calizos. Cuanto más CO2 más rápida será la disolución. Hidrólisis: Afecta mayoritariamente a los minerales silicatados. La hidrólisis conduce a la formación de minerales arcillosos. Hidratación: Consiste en la incorporación de moléculas de H2O por parte de un mineral. Oxidación: Las reacciones de oxidación y de reducción afectan a los componentes férricos.
8.3.2. Presencia de sales Las sales solubles traen consigo daños físicos y cambios en las piedras cuando éstas cristalizan en su interior o en la superficie de las mismas. Lo más frecuente es que las sales tengan su origen en el propio edificio. De la unión de los aniones y de los cationes, distinguimos sales solubles y poco solubles. Los daños ejercidos por las sales se dan mediante diferentes mecanismos, siendo los más frecuentes, la cristalización y la hidratación. 8.3.3. Fuentes y contaminantes atmosféricos En la actualidad, las grandes concentraciones urbanas y la proximidad a éstas, de núcleos industriales, generan cantidad de productos gaseosos que ha venido a cambiar la composición esencial de la atmósfera. Los contaminantes atmosféricos van a reaccionar con los componentes de la piedra, y se van a producir alteraciones. Entre los principales tipos de contaminantes se encuentran los compuestos de azufre, de nitrógeno, óxidos de carbono, cloruros y fluoruros, compuestos orgánicos volátiles y partículas sólidas. 8.3.3.1. Compuestos de azufre: Una vez en el aire el SO2 se oxida rápidamente y se transforma en SO3, y en combinación con la humedad da lugar a sulfatos dañinos para la piedra. 8.3.3.2. Acción del anhídrido sulfuroso (SO2): Gas producido en la combustión de compuestos derivados del petróleo. Las rocas más afectadas son las calizas y las dolomías. El efecto de las acciones químicas se conoce con el nombre de “cáncer de la piedra”, denotándose en la práctica por la formación de una capa
de color oscuro que, con el paso del tiempo, se desprende y arrastra tras de sí zonas meteorizadas. 8.3.3.3. Compuestos de nitrógeno: Los principales son los óxidos procedentes en su mayoría de los fertilizantes nitrogenados y de los combustibles de los automóviles. Los óxidos de nitrógeno participan en la formación de contaminantes secundarios como el ácido nítrico y radical (OH). 8.3.3.4. Óxidos de carbono: El CO2 es un componente natural de la atmósfera. Sus efectos negativos se manifiestan en los materiales calcáreos. Los poros abiertos pueden ser considerados como los recipientes naturales donde se verifican esos procesos de disolución.
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Materiales Pétreos 8.3.3.5. Cloruros y fluoruros: Su acción se materializa a través del ácido clorhídrico, al reaccionar con el carbonato cálcico dando lugar a sales solubles que cristalizan en condiciones de baja humedad, favoreciendo el deterioro del material. Ataca fundamentalmente a las calizas, mármoles y areniscas. Los compuestos fluorados son bastante activos, se convierten fácilmente en hidruro de flúor, atacando a las calizas. 8.3.3.6. Compuestos orgánicos volátiles: Provienen mayoritariamente de los combustibles de los transportes, contribuyendo al ennegrecimiento de las fachadas, y favoreciendo la formación de costras y pátinas. 8.3.3.7. Partículas sólidas: En el aire existen diferentes partículas sólidas. De por sí no se producen reacciones con la roca, pero al depositarse sobre ésta, aumenta su superficie y se incrementan los daños. 8.3.4. Organismos vivos Vamos a estudiar los de mayor incidencia, así con respecto a su origen, encontraremos 3 grupos: flora, detritus, bacterias. 8.3.4.1. Flora: En este caso nos referimos a las algas, líquenes y mohos cuya acción, aunque lenta, contribuye al deterioro producido por otras causas. 8.3.4.2. Detritus: Los detritus de origen biológico son fundamentalmente el guano de aves diversas, que puede alcanzar concentraciones de ácido fosfórico de hasta un 2%. 8.3.4.3. Terreno bacteriano: Las bacterias ejercen una acción directa al oxidar el SO2 a sulfatos o el amoniaco a ácido nitroso y nítrico. 8.3.5. Otros 8.3.5.1. Esfuerzos mecánicos: Provoca en el material distintos tipos de alteraciones y daños que se traducen en rupturas y grietas. 8.3.5.2. Variaciones de temperatura: Contraen y dilatan el material pétreo. 8.3.5.3. Acción del viento: Relaja o libera tensiones naturales del material rocoso. Las principales acciones del viento son el aumento de la evaporación, el aporte de sales y penetración de la lluvia. 8.3.5.4. Corrosión: Oxidación de componentes metálicos de la piedra. 8.3.5.5. Vibraciones o accidentes naturales. 8.4. Formas de Deterioro 8.4.1. Cromatización: Alteración que se manifiesta a través de una variación de color o del lustre de la piedra. 8.4.2. Moteado: Alteración consistente en la presencia de pequeñas áreas pigmentadas de manera diferente. 8.4.3. Pátina: Es una capa o película delgada que se forma en la superficie de la piedra por diversas causas: • Tonalidades que adquiere por el paso del tiempo. • Decoloración por causas naturales(mármol). • Teñido superficial debido a diversas sustancias(orín).
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Materiales Pétreos 8.4.4. Depósito superficial: Acumulación de material de origen diverso sobre la piedra (humo, hollín, guano…). 8.4.5. Concreción: Alteración que implica en la superficie de la piedra la existencia de una masa dura más o menos compacta, formada por depósitos o desecación. 8.4.6. Eflorescencia: Capa cristalina de sales solubles de color blanquecino muy consistente que se forma en la superficie de una piedra. 8.4.7. Criptoeflorescencia: Es el resultado de la cristalización de las sales en el interior de la piedra. 8.4.8. Costra: Lámina o corteza de material coherente que se forma en la parte externa de una piedra. 8.4.9. Desagregación: Es una descohesión debida a la pérdida de unión de los componentes de la piedra. 8.4.10. Disgregación: Estado avanzado de descohesión interna que se manifiesta por la caída de gránulos. 8.4.11. Arenización: Estado muy avanzado de descohesión interna caracterizado por la caída de granos del tamaño de la arena. 8.4.12. Pulverización: Estado muy avanzado de descohesión interna caracterizado por la caída de materia de la piedra en forma de polvo. 8.4.13. Hinchamiento: Alteración que se manifiesta como un levantamiento de la superficie de la piedra en forma de curva continua. 8.4.14. Combamiento: Deformación que se manifiesta en forma de pandeo de losas. 8.4.15. Escama: Película superficial de formas y espesor irregular y dimensiones variables, se desprende fácilmente. 8.4.16. Hojas de exfoliación: Varias láminas delgadas superpuestas, de espesor uniforme. 8.4.17. Placas: Láminas extensas alteradas o no y de varios milímetros de espesor. 8.4.18. Ampolla: Cuando las costras y escamas se abomban y acaban despegándose del sustrato. 8.4.19. Formación de cavernas: Alteración que se manifiesta por la formación de concavidades profundas. 8.4.20. Alveolización: Degradación de origen físico-químico en forma de alvéolos. 8.4.21. Acanaladura: Excavación que proporciona a la piedra un aspecto ondulado y acanalado. 8.4.22. Picadura: Erosión puntiforme caracterizada por la formación de pequeños orificios o cavidades en la piedra. 8.4.23. Fracturación: Alteración por ruptura con pérdida de materia, que se manifiesta por la formación de soluciones de continuidad en la piedra con desplazamiento relativo de las 2 partes. 8.4.24. Fisura: Alteración por ruptura con pérdida de materia, que se manifiesta por la formación de soluciones de continuidad en la piedra con desplazamiento macroscópico de las 2 partes. 8.4.25. Fragmentación: Alteración por ruptura con pérdida de materia, que se manifiesta por la formación de trozos más o menos compactos.
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Materiales Pétreos IX.
Usos La utilización de la piedra depende de la naturaleza del trabajo, ya sea en construcción civil o en acabados decorativos.
9.1. Para Uso En Construcción Civil 9.1.1. Cimentaciones.- En cimentaciones, son básicamente rocas metamórficas provenientes de las riveras de los ríos, las que llamamos piedras de canto rodado, y que mientras más golpes hayan recibido en su formación, mejor calidad tendrá para su uso. 9.1.2. Piedra de zanja y de cajón Las piedras de zanja, son piedras de forma angulosa o redondeada que se añaden al concreto de los cimientos. Pueden medir hasta 25 cm de lado o de diámetro. La piedra de cajón, se adiciona al concreto de los sobrecimientos. (10 cm como máximo). Ambas deben estar limpias y sin impurezas al ser utilizadas.
9.1.3. Piedra Chancada Es el agregado grueso obtenido por trituración artificial de rocas o gravas cuyas dimensiones son de ½”, ¾”,1” 1 ¼” ,2”, 2 1/2” y 3”. Para seleccionarlas
por tamaños, se usa el tamizado. Ésta piedra debe ser de consistencia dura, es decir, no debe romperse fácilmente. No debe ser porosa ni tener arcilla, polvo o barro adherido a su superficie. Se usa para preparar el concreto.
9.1.4. La Arena Gruesa y Arena Fina La arena gruesa debe estar libre de polvo o sales. Sus partículas pueden llegar hasta un tamaño máximo de 5 mm. La arena fina por su parte no debe contener tierra, polvo, sales, ni presentar una apariencia muy oscura. Por ningún motivo debe usarse arena de mar. Sus partículas deben tener un tamaño máximo de 1 mm. Debe comprarse en canteras de garantía.
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Materiales Pétreos 9.1.5. Hormigón. Esta compuesta por una mezcla de arena gruesa y piedra chancada en proporciones similares. Su costo es más barato que comprar los dos elementos separados, pero su uso esta restringido a concreto de baja resistencia, como cimientos y falso piso.
9.1.6. Piedra de canto rodado Agregado grueso que pueda ser de río o de cantera, con un tamaño de 6” a 10” lo que aproximadamente equivale a 25 centímetros se le denomina “piedra grande” y a las de 1” a 2”, piedra
mediana. Es usada en cimentaciones para albañilería confinada y rara vez como elemento decorativo. Una buena piedra de canto rodado es la que presenta tonalidades de azul.
9.2. Tipos De Piedra Utilizados Como Elementos Decorativos 9.2.1. Arenisca Roca aglomerada. Está formada por arenas unidas por un cemento de naturaleza variable. Es una roca constituida fundamentalmente por granos de cuarzo. Presenta valores de resistencia a compresión y flexión muy variables, desde los bajos e intermedios de las areniscas más deleznables, hasta los ciertamente altos de las areniscas bien cementadas. Estos valores son función de los constituyentes minerales, su distribución y procesos sufridos. La matriz y el cemento son en este sentido los más influyentes. Hay areniscas que, debido a las arcillas que traban los granos, son compactas cuando no contienen humedad pero se ablandan con la absorción de agua, prestándose excelentemente al corte y a la talla en este estado y endureciendo con el tiempo y el secado.
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Materiales Pétreos Otras areniscas, con sus granos de cuarzo fuertemente unidos con cuarzo recristalizado, son muy resistentes. Esa peculiaridad conlleva a que algún ensayo mecánico ofrezca valores distorsionados de humedad de la roca. Hoy en día se utilizan en recubrimiento de fachadas, construcción de viviendas unifamiliares y decoración de exteriores e interiores, adquiriendo con el tiempo cálidas pátinas que contribuyen a ennoblecer su aspecto. Estas rocas son en general malas para muros y para concreto.
9.2.2. Basalto Roca de origen volcánico, constituido principalmente por sílice, hierro y magnesio, de resistencia dura. Esta piedra al ser fundida se usa como revestimiento en la construcción y pavimentación de calles y carreteras, ya que es un material resistente al desgaste, así como al ataque de químicos.
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Materiales Pétreos 9.2.3. Cuarcita Es una roca aglomerante. Esta constituido por granos cuarzosos unidos por cemento también cuarzoso. Su color es blanquecino o amarillo claro. Roca silícea, compacta, constituida por cristales de cuarzo soldados entre sí. Provienen de la recristalización de areniscas, por lo que son más duras, menos porosas y más homogéneas, presentando altos valores resistentes. Suelen presentarse en la naturaleza, tableadas o lajadas, lo cual es aprovechado para su extracción. Se comercializan normalmente como lajas irregulares de distintos grosores, en algunas ocasiones, cortadas o dimensionadas, como tacos para la mampostería. Así pues, se utilizan para muros de mampostería, recubrimientos y solados.
9.2.4. Granito El granito es una piedra frecuentemente utilizada en la construcción, siendo una roca ígnea consolidada lentamente a gran profundidad y que ha llegado a la superficie por plegamientos de la corteza terrestre y destrucción de las capas superiores.
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Materiales Pétreos Geológicamente, el granito comprende a las rocas ígneas de textura granular compuestas esencialmente de feldespato y cuarzo. Es considerado una roca dimensionable, por lo tanto puede ser cortado y pulido a dimensiones y formas especificas. Es superior al mármol en dureza, en resistencia al desgaste, a al corrosión y a la aplicación de esfuerzos de compresión.
9.2.5. Pizarra Es de estructura hojosa, aunque no es tan dura no tan brillante como el granito. Suele presentar colores oscuros. La principal característica de la pizarra es el estar constituida por minerales laminares muy finos, del grupo de la arcilla y el poseer una exfoliación plana muy marcada. Las pizarras se utilizan como placas para las cubiertas de distintos formatos y grosores y en mampostería, si bien, actualmente también se aplica a solados y recubrimientos de exteriores o interiores.
9.2.6. Sillar Piedra de origen volcánico, es un caso especial ya que a pesar de ser de fácil labrado, es muy resistente, y puede ser utilizada también como elemento estructural. En el Perú la Cantera más conocida es la de Yura, y la producción es tan pormenorizada que su uso básicamente se restringe al área de Arequipa
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9.2.7. Mármol Al igual que las calizas, de las que derivan, son rocas conformadas principalmente por carbonato cálcico, que han sufrido procesos de recristalización. Esto proporciona una gran dureza que unido a su buena cristalización, predisponen a estas rocas para su buen pulido superficial, con aparición de perfecto brillo. Los mármoles se han utilizado desde hace siglos principalmente en la ornamentación, escultura y otras nobles aplicaciones artísticas, así como en solados y paramentos de construcción culta y monumental. Hoy en día, se dispone de todo tipo de piezas para interiores y fachadas de edificios, encimeras de cocina o elementos decorativos, estando presentes en construcciones de prestigio.
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Materiales Pétreos 9.2.8. Pórfido Piedra cuya rugosidad y dureza la hacen apta para revestimientos y pavimentaciones. Su composición química es: 70% sílice + 14% alúmina + 8% hierro y calcio + 8%magnesio. Se presentan en los siguientes formatos: a) Bloques Macizos: se los utiliza como revestimientos de muros, pisos, escaleras, mesadas, etc. b) Lajeada o Plano Natural: el pórfido patagónico es la única piedra que presenta una superficie o plano natural de cantera y gracias a su rugosidad y dureza es indicado para revestimientos y pavimentos. Se presenta en canteras, en chapas estratificadas, en espesores de 1 a 10 cm. Y que luego en planta son transformados en adoquines, losas, cordones, lajas irregulares, etc.
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BIBLIOGRAFÍA
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