Materiales Pétreos Naturales y Artificiales

Tecnológico de Monterrey. Campus Estado de México Departamento Departamento de Ingeniería Civil y Arquitectura

Asignatura: Materiales de Construcción I Tema 2. Materiales Pétreos

TEMA 2. MATERIA M ATERIALES LES PÉTREOS NATURALES NATURALES Y ARTIFICIALES ARTIFICIALES

Profesora: Inmaculada Inmaculada Rodríguez Toledo Ingeniera Civil

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1 INTRODUCCIÓN

Los materiales pétreos para la construcción son aquellos que integran las obras de construcción, cualquiera que sea su naturaleza, composición o forma. Su utilización se realiza atendiendo a los criterios siguientes: 

Como elemento resistente.



Como elemento decorativo



Como materia materia prima prima para la fabricación de otros otros materiales de construcción. construcción.

Estos materiales son muy numerosos. Su estudio requiere una clasificación de los mismos atendiendo a diversos criterios (origen, aplicación, etc.). En este tema haremos dos grupos, rocas, arenas, gravas y minerales no metalúrgicos, en los pétreos p étreos naturales y cerámicos y vidrios, en los pétreos artificiales. Un mineral es una sustancia químicamente homogénea, homogénea, mientras una roca es una combinación de varios minerales. Por ejemplo, el cuarzo es un mineral mientras el granito es una roca compuesta de tres minerales: cuarzo, feldespato y mica. Los minerales pueden formar cristales y así tener la forma de una piedra. En la construcción es más común utilizar los minerales en forma de polvo como aditivos y utilizar las rocas para todo desde cimientos hasta fachadas. Diferentes tipos de rocas pueden contener los mismos minerales, pero si no tienen las mismas condiciones de formación resultan en rocas con caracteristicas muy diferentes y por l o tanto clasificaciones distintas.

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2 CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES PÉTREOS NATURALES Los materiales pétreos son las piedras naturales, se obtienen de rocas y se utilizan sin apenas sufrir transformaciones principalmente en la construcción de edificios, obras públicas y para ornamentación. Pueden presentarse en forma de bloques o losetas (mármol, granito y pizarra), o también en forma de gránulos y fragmentos de distintos tamaños (arenas y gra vas). Roca: agregado de partículas minerales, de estructura homogénea y sin forma determinada. Mineral: sustancia química homogénea y natural que se presenta en la naturaleza como producto de distintos

procesos químicos. -

Rocas Ígneas o Eruptivas Intrusivas

o

Granitoideas



Porfídicas



Efusivas

o

-

Rocas Metamórficas

-

Rocas Sedimentarias Arcillosas

o

Cálcicas

o

De ahora en adelante nos centraremos principalmente en las rocas más utilizadas en construcción.

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2.1 ROCAS ÍGNEAS La palabra ígnea proviene del latín y significa fuego. Estas piedras están formadas por el enfriamiento del magma en el interior de la Tierra o cuando la magma brota a la superficie; también se conocen como magmátitas o rocas magmáticas. Los minerales más comunes en las rocas ígneas son los silicatos; entre los componentes de color claro se encuentran el cuarzo y los feldespatos, y los de color oscuro incluyen las micas, los piroxenos, los anfíboles y el olivino. Están divididas a su vez en intrusivas, aquellas que se enfrían lentamente dentro de la corteza terrestre y salen posteriormente al exterior; y efusivas, aquellas que sufren un enfriamiento brusco en el exterior. Las rocas intrusivas, debido a que su formación tiene lugar en el interior de la tierra, presentan mejores características en cuanto a robustez y homogeneidad.

2.1.1 Rocas Granitoideas (intrusivas) Formadas por 2 o 3 minerales esenciales simplemente adheridos. Las más importantes son:

Granito Es un componente fundamental de la corteza continental y es una roca muy común. Tiene muchas aplicaciones en la construcción debido a su abundancia, firmeza y aspecto atractivo. Es susceptible a la lluvia ácida y por lo tanto en la actualidad está siendo reemplazado por el mármol para monumentos y edificios públicos. Roca ígnea consolidada a gran profundidad. Compuesta por cuarzo, 30%, feldespato, 50%, y mica, 20%. La estructura granítica puede ser de grano grueso, medio o fino. Normalmente tienen color gris, pero debido a la coloración de los feldespatos presentan tonalidades rosas, verdosas o amarillas. Es muy buena piedra de construcción, por su resistencia a compresión, aunque no admite labras complicadas. El granito es muy abundante en la naturaleza y sus principales usos son: adoquinado, bordillos, losas, áridos para concretos, balasto para plataformas ferroviarias, etc.

Sienita Dentro de las rocas granitoides es la más similar al granito, pero no contiene cuarzo. Se utiliza principalmente como roca de ornamentación.


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Diorita La diorita es una piedra suave que se utiliza en la construcción como un agregado. Visualmente, la diorita es parecida al granito; sin embargo tienen composiciones químicas distintas. En la encimera de la cocina a veces la diorita (y otras piedras con una apariencia similar) se vende bajo el nombre de granito.

Gabros Grano muy grueso de color gris o verde. Alta resistencia. Usos: ornamentación y afirmado de carreteras.

Diabasa Roca muy pesada, se presenta asociada a cuarzo, olivino, magnetita o pirita. Normalmente amarillenta o verdosa Usos: ornamentación, adoquinado y afirmado de carreteras.

Ofita Variedad de la diabasa. Color verde y altísima resistencia. Usos: ornamentación, adoquinado y concretos de al ta resistencia.

Serpentina Roca compuesta de grano fino, presenta venas y ramificaciones. Uso como piedra ornamental

2.1.2 Rocas porfídicas La composición de las rocas porfídicas es análoga a las rocas de la familia del granito. Sus usos son los mismos, aunque abunda menos en la corteza terrestre. Algunos de los pórfidos presentan vistosos colores, empleándose entonces como piedra ornamental.

2.1.3 Rocas volcánicas Formadas por enfriamiento brusco en el exterior, lo que produce la formación de características vítreas (mayor fragilidad). Las más utilizadas en construcción son:

Basalto Roca agregada. Tiene color oscuro. Suele tener fractura concoidea. Se emplea en adoquinado.


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Una piedra dura de grano fino que se rompe con dificultad, el basalto se utiliza en la construcción para el afirmado de las vías de tren, construcciones bajo el agua, enladrillados pequeños y en forma de grava para las carreteras.

Pumita Comúnmente conocida como piedra pómez, la pumita se forma por el enfriamiento rápido de una lava rica en gases. En zonas volcánicas donde la pumita es abundante, se ha utilizado para cimientos en viviendas tradicionales y para muros construidos para detener la tierra o dividir propiedades; sin embargo en la construcción moderna no se considera apta para cimientos debido a su porosidad. Ahora se utiliza ampliamente en la producción de cemento y hormigones ligeros; también se emplea como roca ornamental y en la sillería.

Cenizas Son rocas sueltas de tamaño fino, de origen volcánico. Tienen gran cantidad de partículas vítreas. Se emplean como árido ligero.

2.2 ROCAS METAMÓRFICAS Resultan de la transformación de cualquier otro tipo de roca. Tienen características entre las rocas ígneas y las sedimentarias. Tienen el aspecto de las ígneas y se presentan en yacimientos análogos a las sedimentarias. Presentan microestructura cristalina debido a efectos de aumentos de presión o temperatura. Además, presentan macroestructura esquistosa u hojosa (rompen en planos), y la dirección de estratificación no coincide normalmente con la de esquistosidad. Son rocas de resistencia moderada, tiene alguna aplicación en la construcción como:

Pizarras Las pizarras proceden de la metamorfización de sedimentos arcillosos. Tienen estructura hojosa (se orienta en planos paralelos dándole su característica de marca de exfoliación). Se presta para la obtención de placas planas e impermeables de escaso grosor, las cuales se emplean en la mampostería y para recubrimientos de exteriores e interiores. Normalmente son de tonos oscuros, negro violáceo y gris azulado. Su aplicación en construcción es para cubiertas y recubrimientos.

Gneis Son de composición análoga al granito, aunque a veces la mica está sustituida por un piroxeno o un anfíbol. Hay dos variedades, el gneis micáceo y el gneis granular. Profesora: Inmaculada Rodríguez Toledo Ingeniera Civil

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Estructura hojosa y pizarrosa. A veces se emplea en pavimentación, pero en general es mala roca de construcción.

Mármol Es una caliza de tipo cristalino. Las impurezas le dan diversas coloraciones. Su aplicación fundamental es en decoración y pavimentación. Una de las piedras más codiciadas en la construcción, el mármol se ha utilizado desde la antigüedad en prácticamente todos los aspectos de la construcción, desde cimientos hasta elementos ornamentales de los más finos. Es un tipo de piedra muy dura que cobra un brillo perfecto al ser pulida. El mármol puro es totalmente blanco; sin embargo son las impurezas que le dan su variación de tonos atractivos. Para los geólogos es importante distinguir entre el verdadero mármol (una roca metamórfica que ha tenido un proceso de recristalización) y algunos tipos de caliza (una roca sedimentaria que no ha llegado a este grado cristalizado). Aunque en la construcción sea común llamarles mármol a los dos, el nombre correcto de una caliza suceptible de ser pulida es caliza marmórea.

Micacitas Son análogas al gneis, pero sin feldespato. Se utilizan en pavimentación y para techar.

2.3 ROCAS SEDIMENTARIAS Se han originado como consecuencia de la alteración, transporte y sedimentación sobre cualquier tipo de roca. De éstas, destacaremos las sedimentarias silíceas, arcillo sas y calizas. Debido a su formación, la mineralogía es muy sencilla, con componentes muy estables y poco alterables. Normalmente están muy estratificadas y no suelen presentar estructura cristalina.

2.3.1 Rocas silíceas Compuestas por cuarzo, calcedonia u ópalo. Existen agregadas, sueltas y aglomeradas.

Silex o pedernal Roca agregada. Formada por cuarzo amorfo, con coloraciones grises y acarameladas. Se usa en el afirmado de carreteras y en el concreto.

Gravas y arenas Son rocas sueltas. Constituidas, generalmente por cuarzo, formando depósitos en donde han sido llevados por el viento o el agua. Se utilizan en concreto y mortero de cemento.

Arenisca Profesora: Inmaculada Rodríguez Toledo Ingeniera Civil

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Roca aglomerada, formada mediante arenas unidas por cemento de naturaleza variable. Son muy porosas y permeables al agua, por lo que es muy peligroso utilizarlas en climas húmedos y fríos. Debido a su fácil talla son muy buenas para la sillería.

2.3.2 Rocas arcillosas Son las formadas por materiales finos procedentes de la desintegración de las rocas. Las más empleadas en construcción son:

Arcilla Compuesta por silicatos de aluminio hidratados. Es un agregado de partículas muy finas de minerales procedentes de rocas ígneas desintegradas. Presentan una gran variedad de coloración, debiéndose ésta a las impurezas que contienen (blancas, amarillentas, pardas, rojizas, etc.). Una de las propiedades más notables de las arcillas es la plasticidad, al estar húmedas. Pueden absorber hasta un 70% de agua, y al mismo tiempo aumenta su volumen. Cuando están saturadas se hacen impermeables. Se utilizan para la fabricación de materiales cerámicos y cemento, núcleos de presas de materiales sueltos impermeabilización de elementos.

Caolín Es una arcilla muy pura y de alta calidad, procede de la descomposición de feldespatos y es normalmente de color blanco. Se usa para la fabricación de porcelana, refractarios y de cemento blanco.

Margas Roca mezcla de arcilla y caliza. Puede presentar distintos colores, aunque son principalmente grisáceas. Estructura compacta y terrosa con estratificación. Se utilizan para la fabricación del cemento.

2.3.3 Rocas cálcicas Están formadas por Ca, oxígeno y un no metal. Normalmente son de origen orgánico (caparazones de organismos vivos, etc.)

Calizas Formadas fundamentalmente por CO 3Ca, al que pueden acompañar impurezas de proporción variable.


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Se disuelven en presencia de ácidos y como consecuencia de estar frecuentemente agrietada, la roca madre es muy permeable. Es muy buena piedra de construcción tanto en sillería como en mampostería. Se usa para fabricar concretos, cemento y cal.

Aljez Sulfato cálcico dihidratado (SO4Ca2. 2H2O). Normalmente de color blanco o gris. Es la materia prima para la fabricación del yeso.


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3 PROPIEDADES DE LAS ROCAS 3.1 Estructura Forma en que se disponen los distintos agregados minerales que componen cada una de las rocas existentes. Tipos: -

Granitoídea: minerales de tamaños parecidos simplemente adheridos.

-

Porfídica: roca formada por pasta, matriz, que aloja granos de mayor tamaño.

-

Estratificada: alojamiento de minerales en bandas.

-

Esquistosa: alojamiento de minerales en bandas de pequeño espesor.

-

Clástica: cementación de minerales o rocas sueltas.

-

Laminar: roca fácilmente exfoliable.

-

Sacaroidea: estructura de láminas brillantes entrelazadas en todos los sentidos.

-

Fibrosa: fibras paralelas o radiales.

-

Granuda: compuesta por granos

-

Compacta: estructura homogénea.

-

Porosa. Estructura heterogénea

-

Cristalina: componentes cristalizados

-

Vítreas: constituidas por elementos amorfos

3.2 Fractura Aspecto que presentan las caras de fractura al romper una roca, está relacionada con el tipo de estructura. Pueden ser: plana, escalonada, ondulada, hojosa, astillosa, terrosa, concoidea…

3.3 Dureza La dureza se define como la resistencia que presenta un material a dejarse penetrar por cuerpos duros. En las rocas, su dureza depende de los minerales que la componen y de la cohesión de la misma. Tipos de rocas según su dureza: -

Blandas: se cortan con una sierra metálica de dientes (areniscas)

-

Semiduras: los dientes de la sierra deben tener mayor dureza


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-

Duras: se cortan con una sierra de arena (mármol)

-

Muy duras: sólo se pueden cortar con una sierra de diamante (pórfidos y diamantes)

Determinación de la dureza El ensayo de dureza se realiza rayando la roca por los elementos que constituyen la escala de Mohs y rayando, a su vez, a estos elementos con la roca ensayada. La escala de Mohs está constituida por 10 minerales, ordenado por orden creciente de dureza. Están elegidos de modo que cada uno raye al anterior y sea rayado por el siguiente: 1. talco, 2. yeso, 3. calcita, 4. fluorita, 5. apatito, 6. feldespato, 7. cuarzo, 8. topacio, 9. corindón, 10. di amante.

3.4 Homogeneidad Llámese a la propiedad de las rocas de no presentar defectos puntuales o lineales que aminoren su resistencia. Las heterogeneidades más comunes son: -

Grietas o pelos: fisuras rellenas de materiales más blandos.

-

Coqueras o cavidades: huecos producidos normalmente por destrucción de restos orgánicos.

-

Nódulos: elementos de mayor dureza.

3.5 Densidad La densidad es la relación entre el peso y el volumen de una roca (  = P/V). Puede ser aparente (contando los poros) o real (absoluta). Influye en la resistencia de la roca y en su transporte. Determinación de la densidad La densidad aparente se determina en probetas cúbicas desecadas hasta peso constante. Y el volumen se determina por medio de balanza hidrostática La densidad real se halla pulverizando la piedra hasta que pase por el tamiz de 0.2 mm y desecándola. Y el volumen se aprecia con un volumenómetro o picnómetro lleno de agua destilada. Los volumenómetros son unos frascos con el cuello graduado. Si el material es soluble en agua, se opera con otro líquido distinto al agua: petróleo, xilol, benceno, etc.

3.6 Compacidad Relación entre la densidad aparente y la real. C = Dap/Dabs


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3.7 Porosidad La porosidad es la relación entre el volumen de huecos y el volumen aparente de la muestra. Se suele expresar en %. P = Vh / Vap La porosidad influye en la densidad de la roca, en la capacidad de absorción de agua y en las resistencias mecánicas y a agentes agresivos. Las rocas ígneas intrusivas tienen porosidad reducida por su enfriamiento lento y las rocas volcánicas efusivas tienen porosidad elevada por lo contrario.

3.8 Permeabilidad Es la facilidad que presentan las rocas a dejarse atravesar por un fluido, cuando existe diferencia de presión entre ambas caras. En las rocas utilizadas para cubiertas y cerramientos se exige impermeabilidad grande, p.e. pizarras. Las calizas, impermeables, si presentan grietas son muy permeables. En las areniscas la humedad colmata sus poros, riesgo de heladas. Y las arcillas acaban impermeabilizándose cuando están saturadas.

3.9 Capilaridad Propiedad en virtud de la cual un líquido penetra y asciende por los poros de una roca, debido a la tensión superficial del mismo.

3.10 Resistencia mecánica La resistencia a compresión es una de las principales características o requisitos de las rocas en construcción. La resistencia a tracción es del orden de 1/30 la de compresión. En las rocas calizas, la resistencia a compresión depende del proceso de formación; en los mármoles influye la total o parcial cristalización, en las areniscas del cemento que las aglomera; y en las metamórficas del tipo y grado de metamorfismo. Las rocas estratificadas son más resistentes cuando se ejerce un esfuerzo perpendicular al plano de los estratos. En general, la resistencia a compresión es directamente proporcional a la uniformidad de su estructura física e inversamente proporcional al tamaño de sus granos Determinación de la resistencia a compresión Este ensayo es quizás el más importante a realizar con piedra natural, ya que, estos materiales tienen un buen comportamiento frente a los esfuerzos que actúan a compresión. Para realizar el ensayo se colocan las probetas, con unas dimensiones normalizadas y desecadas en estufa, entre los platos de una prensa hidráulica y se aplica un esfuerzo perpendicular. Profesora: Inmaculada Rodríguez Toledo Ingeniera Civil

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La forma de rotura varía con la naturaleza de la piedra y forma de la probeta. Las rocas duras y compactas se rompen, dividiéndose en prismas rectos de sección irregular, siendo sus generatrices paralelas al sentido de aplicación de la carga (Fig. izquierda). Las piedras blandas se rompen según planos que pasan por las aristas de las bases, formando un ángulo menor de 50º (Fig. derecha). En el resultado se hace constar la carga total que indica la aguja del manómetro y la unitaria en Kg/cm 2.

3.11 Tenacidad Es la resistencia a la rotura por choque. En general, las rocas graníticas son agrias, es decir, quebradizas o frágiles. Determinación de la tenacidad Este ensayo se hace sometiendo la probeta a una serie de golpes, dejando caer un peso, aprox. 1.02 kg, sobre la probeta, desde alturas crecientes a partir de 1cm, hasta que se produce la fractura. El resultado se expresa en kg, para lo cual se toma nota del número de golpes, altura y peso que produce la rotura.

3.12 Resistencia a la abrasión Es la resistencia al desgaste por frotamiento con un material extraño. Fundamental en rocas destinadas a pavimentos, carreteras, aceras, escaleras, etc. Determinación de la resistencia al desgaste Se realiza sometiendo las probetas, de dimensiones normalizadas, a un frotamiento sobre una pista circular giratoria con interposición de una sustancia abrasiva, arena sílice, limaduras de acero, etc.


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Al cabo de un número determinado de vueltas, se pesa y se mide la disminución de altura. El resultado se expresa en centímetros cúbicos de desgaste. Las piedras destinadas a firmes de carreteras se ensayan al desgaste por rozamiento mutuo con el aparato Deval o con bolas de acero, ensayo de desgaste de Los Ángeles.

3.13 Propiedades térmicas En general, las rocas, tienen baja conductividad térmica. Aunque ésta mejora con la humedad. Tienen calor específico alto y gran inercia térmica, es decir, el calor que absorben lo desprenden lentamente.

3.14 Heladicidad Propiedad a deteriorarse o disgregarse con las heladas. Esta propiedad está muy relacionada con la porosidad de la roca, ya que estos se llenarán de agua.

3.15 Resistencia al fuego Capacidad de resistir altas temperaturas sin perder sus ca racterísticas. Es muy variable pero por lo general son poco resistentes al fuego, debido a que los minerales que las componen tienen diferentes coeficientes de dilatación. Si una roca está sometida a altas temperaturas y por aplicación de agua se enfría rápidamente, la superficie tenderá a contraerse pero se lo impide el núcleo aún caliente, produciéndose un agrietamiento de la roca superficial.

3.16 Durabilidad Es la actitud de la roca para resistir la acción atmosférica. Depende de la roca y de las características del medio (Ej. Carbonatación de las calizas). Las rocas de grano grueso son más sensibles que las de grano fino.

3.17 Belleza Es el aspecto decorativo. Fundamental en rocas ornamentales como el mármol, sienita, serpentina, granito, etc.

3.18 Gravas y arenas Las gravas y arenas deberán tener unas propiedades específicas como son: -

Granulometría adecuada.


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-

Estabilidad frente a agentes atmosféricos.

-

Ausencia de impurezas (tanto orgánicas como inorgánicas)

-

Resistencia mecánica



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4 CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES PÉTREOS ARTIFICIALES Estos materiales se fabrican para sustituir a los pétreos naturales o para obtener otros con características y propiedades diferentes de los que se extraen de las canteras. Se clasifican en productos cerámicos cuando adquieren la consistencia pétrea por procesos físicos, al cocer la arcilla; y vítreos los obtenidos por fusión de ciertos óxidos. Otro grupo de materiales pétreos artificiales son los aglomerados. Por sus características y aplicaciones en construcción los estudiaremos en los próximos capítulos.

4.1 MATERIALES CERÁMICOS PARA CONSTRUCCIÓN Se entiende por material cerámico al producto de diversas materias primas, principalmente arcillas, fabricándose en estado pulverulento o pastos y adquiriendo la consistencia pétrea por procesos físicoquímicos, al cocer esas tierras arcillosas. Se dividen en dos ramas fundamentales: -

La Tejería: elaboración de materiales de construcción (ladrillos, tejas, tubos, etc.).

-

La Alfarería: elaboración de cerámica fina (loza y porcelana)

4.1.1 Materias primas Arcillas La principal materia prima para su fabricación son las arcillas. Las arcillas proceden la desintegración de otras rocas, que químicamente son silicatos de aluminio hidratados. La variedad de arcillas es muy grande y con una gran gama de coloraciones, plasticidades y composición química. Las arcillas más puras son las caoliníticas, las montmoilloníticas son las más empleadas y las ilíticas son las más utilizadas, por ser las más abundantes. Una de las principales características de las arcillas es la plasticidad. Se entiende por plasticidad a la capacidad de deformarse bajo la acción de un esfuerzo y permanecer deformado después de retirada la causa que lo produjo. La plasticidad en las arcillas depende totalmente del contenido en agua, de manera que cuando está seca, no es plástica, y va aumentando su plasticidad conforme vamos añadiendo agua. Hay un cierto contenido de agua por debajo del cual la arcilla deja de comportarse como una masa plástica y se convierte en un material friable. A este contenido de agua se le denomina límite plástico de la arcilla. Y cuando aumentamos tanto el contenido Profesora: Inmaculada Rodríguez Toledo Ingeniera Civil

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de agua que la arcilla comienza a fluir, a este límite se le denomina límite líquido. La diferencia entre ambos límites se denomina índice de plasticidad . En la práctica, las arcillas pierden el agua en dos fases, en la primera, llamada secado, no pierden más que el agua de amasado (agua que se añade a la arcilla para amasarla y moldearla), en tanto que en la segunda fase, durante el proceso de cocción, pi erden el agua zeolítica (moléculas de agu a intercaladas en los vacíos de la red cristalina) y la de constitución. Cuando se produce la eliminación del agua de constitución se rompe la estructura de la arcilla y el fenómeno deja de ser reversible perdiendo definitivamente la posibilidad de ser plástica.

Desengrasantes Se utilizan para reducir la gran plasticidad de las arcillas, disminuyen la contracción y facilitan la salida de agua del interior de la masa. Entre los desengrasantes normalmente usados figura el ladrillo molido, las cenizas de alto horno y la arena.

Fundentes Para bajar el punto de fusión, y así disminuir la temperatura de cocción y abaratar costos. Los más utilizados son: - Carbonato cálcico, que muy frecuentemente es impureza de la arcilla, no siendo necesario añadirlo. El aporte calizo es sin embargo perjudicial para la pieza y conviene reducirlo o molerlo finamente. - El feldespato potásico que da transparencia a las porcelanas y lozas y sirve también para fabricar esmaltes cerámicos. - Óxidos de hierro.

Agua Tiene que estar exenta de sales soluble para evitar que éstas dañen los productos cerámicos formando eflorescencias.

4.1.2 Propiedades generales de los cerámicos Propiedades Mecánicas En general los cerámicos son relativamente frágiles. Muchos son duros y tienen baja resistencia al impacto. Estos materiales tienen mejor comportamiento frente a compresión que frente a tracción, normalmente de 5 a 10 veces más alta.

Propiedades Térmicas


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En general, tienen baja conductividad térmica debido a sus enlaces iónicos y covalentes, por lo que son buenos aislantes térmicos. Debido a una alta resistencia al calentamiento, son habitualmente utilizados como refractarios.

4.1.3 Proceso de fabricación de los materiales cerámicos 1) Extracción Las canteras de arcilla, también llamadas barreros, son explotaciones a cielo abierto y la extracción se realiza por medios mecánicos.

2) Mezclado y Amasado Consiste en la molienda primero y la mezcla de las diferentes materias primas que componen el material. La composición variará en función de las propiedades requeridas por la pieza de cerámica terminada. Las partículas y otros constituyentes tales como aglutinantes y lubricantes pueden ser mezclados en seco o húmedo. Para productos cerámicos tales como ladrillos comunes, tuberías para alcantarillado y otros productos arcillosos, la mezcla de los ingredientes con agua es una práctica común. Para otros materiales cerámicos, las materias primas son tierras secas con agl utinantes y otros aditivos.

3) Moldeo o Conformación. Durante esta fase se le dará a la pasta la configuración y forma deseada. De forma manual o mecánica. - Prensado. La materia prima puede ser prensada en estado seco, plástico o húmedo, dentro de un troquel para formar productos elaborados. - Prensado en seco: este método se usa frecuentemente para productos refractarios (materiales de alta resistencia térmica) y componentes cerámicos electrónicos. El prensado en seco se puede definir como la compactación uniaxial simultánea y la conformación de los polvos granulados con pequeñas cantidades de agua y/o pegamentos orgánicos en un troquel. Después del estampado en frío, las partículas son normalmente calentadas (sinterizadas) a fin de que se consigan la fuerza y las propiedades microestructurales deseadas. El prensado en seco se utiliza mucho porque permite fabricar una gran variedad de piezas rápidamente con una uniformidad y tolerancia pequeñas. - Extrusión. Las secciones transversales sencillas y las formas huecas de los materiales cerámicos en estado plástico a través de un troquel de embutir.

4) Secado Consiste en la eliminación del agua de amasado, hasta reducirla a un 5%. Se realiza de forma lenta y gradual, para evitar alabeos y resquebrajamientos.


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Industrialmente se realiza en secaderos, lugares en los que se hace pasar aire caliente procedente del calor de recuperación de los hornos.

5) Cocción Una vez secados los materiales se les somete a la cocción propiamente dicha en horno a altas temperaturas. Lo que les confiere la consistencia pétrea deseada.

4.1.4 Ladrillos Los ladrillos de arcilla cocida, son toda pieza, generalmente ortoédrica, obtenida por moldeo, secado y cocción a temperatura elevad de una pasta arcillosa, y que se utilizan en construcción. Terminología de las caras y aristas de un ladrillo:

Existen tres tipos de ladrillos en función del tamaño, volumen y situación de las perforaciones: -

Macizos (M): Ladrillo totalmente macizo o taladros en tabla, de volumen no superior al 10% con respecto al volumen total. Además cada taladro tendrá una sección de área n o superior a 2.5 cm 2.

-

Perforados (P): Ladrillo con taladros en tabla, de un volumen superior al 10%, con la particularidad de que al menos tendrá tres perforaciones.

-

Huecos (H): Ladrillo que tiene los taladros en canto o testa, siendo la sección máxima de cada perforación 16 cm2. Tipos: Rasilla, ladrillo hueco, ladrillo hueco doble y ladrillo triple hueco.

Ventajas de los ladrillos huecos: -

Menor peso a igualdad de volumen


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-

Para su cocción se necesita menos combustible.

-

A igual calidad, resulta más barata su fabricación por tener menor cantidad de pasta.

-

Menor coste de acarreo.

-

Mayor poder aislante.

Según su apariencia: -

Clase V ( ladrillo visto): ladrillos para utilizar a cara vista

-

Clase NV (ladrillo común, no visto): para utilizar en obras de fábrica que se revestirán.

Clasificación según su uso:

Ladrillos comunes Son ladrillos fabricados en gran escala y sin cuidados especiales tendentes a la eliminación de manchas superficiales. Se emplean allí donde el aspecto no tiene ninguna importancia, por ejemplo pies de muros, macizos, superficies para revoques, etc.

Ladrillos de fachada Son los producidos con vistas a su aspecto.

Ladrillos vidriados El ladrillo vitrificado es una clase de ladrillo cerámico cuya cara externa está recubierta por una película vítrea que le hace adquirir un tono acristalado, y cuyo color es variable. Dicha vitrificación aísla al ladrillo de la humedad externa.

Ladrillos refractarios Son aquellos que no sufren contracción alguna a temperaturas que llegan hasta su punto de fusión y presentan una elevada resistencia al choque térmico. Se utilizan en todo tipo de hornos…

Propiedades de los ladrillos -

Perfección de la forma y dimensiones normalizadas

-

Aspecto uniforme para ladrillos vistos. Masa homogénea y sin defectos.

-

Densidad normalizada según tipos.

-

Baja permeabilidad, adsorción y succión.

-

Resistencia a la intemperie.


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-


Resistencia a compresión: en los macizos y perforados no debe ser inferior a 100 kg/cm2, y en los huecos no debe ser inferior a 50 kg/cm 2.

-

Heladicidad. Los ladrillos vistos deben ser no heladizos.

Defectos en los ladrillos Eflorescencias Son manchas superficiales producidas por la cristalización de sales solubles arrastradas por el agua hacia el exterior en los ciclos humectación-secado. Los ladrillos vistos no deben presentar eflorescencias. Desconchado por caliche Es el desprendimiento de una parte superficial del caliche. El caliche es un grano de óxido de calcio producido durante la cocción que se expansiona al calentarse.

Disposición de las obras de ladrillo (aparejos) En arquitectura y construcción se llama aparejo a la disposición y trabazón dadas a los materiales empleados en muros y fachadas. El aparejo de un edificio o muro se puede clasificar según el material empleado y la disposición de las piezas. Algunos de ellos son: -

a soga: cuando, apoyada la pieza sobre su tabla, la testa es normal al paramento, resultando las dimensiones de soga paralelas al mismo. Es muy utilizado para fachadas de ladrillo cara vista.

-

a tizón o a la española: se apoya la pieza sobre su tabla, la testa es paralela al paramento, resultando las dimensiones de tizón paralelas al mismo. Muy utilizado en muros que soportan cargas estructurales.

-

a sardinel o rosca: se apoya la pieza sobre su testa o su canto, la tabla es normal al paramento. Según la posición de la arista mayor, existen las variantes horizontal y vertical.

-

a panderete: cuando apoyada la pieza sobre su testa o su canto, las tablas definen el trasdós o intrasdós del elemento. También existen las variantes horizontal y vertical. es el empleado para la ejecución de tabiques, su espesor es el del grueso de la pieza y no está preparado para absorber cargas excepto su propio peso.

4.1.5 Tejas Son piezas delgada de material cerámico y moldeadas de forma tal que se superpongan y/o encajen en superficies inclinadas. Destinadas a techados de edificios y protección de paredes externas. Tipos: -

Teja curva o árabe . Forma de canal troncocónico. Peso aproximado de 2kg, necesitándose 25

unidades para cubrir 1 m2.


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-


Teja plana: Con forma rectangular o similar, y perfectamente plana o ligeramente curvada. En la

cara inferior suele tener un resalto para su apoyo en los elementos de la cubierta. -

Encaje o de alicante : tiene un contorno sensiblemente rectangular, con un espesor variable que da

lugar a rehundidos y pestañas que permiten el encaje de unas piezas con las adyacentes. -

Teja mixta: Entre curva y plana.

Propiedades y requisitos de las tejas -

Perfección de formas y dimensiones

-

Aspecto uniforme

-

Resistencia a la intemperie

-

Impermeabilidad

-

Densidad no superior a 1.5 kg/dm3

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Resistencia mínima a flexión de 100 kg.

4.1.6 Otros productos cerámicos Bovedillas Se pueden definir como piezas cerámicas que se emplean en la construcción de forjados sirviendo de encofrado al hormigón del forjado.

Tuberías de drenaje So tubos porosos que pueden juntarse a tope y soportar la compresión. Se aplican en el drenaje de los terrenos.

Adoquines cerámicos Tienen gran resistencia a flexión y a la compresión, e incluso al impacto y la abrasión. Son antideslizantes y no heladizos. Se usan en carreteras, estacionamientos, etc…

Baldosas y losetas Para su fabricación se utiliza la misma arcilla que para la fabricación de ladrillos. Pero tienen diversos colores y texturas conseguidos mediante adiciones. -

Para suelos: sin vitrificar, pueden ser antideslizantes, tienen elevada resistencia a la abrasión, a la intemperie, al manchado, etc. Las losetas son más gruesas y más bastas (terrazas, balcones, etc..


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Baldosas para paredes: delgadas, coloreadas y vitrificadas. No se deben utilizar en lugares sometidos a ataques de heladas o de abrasión severa..

Gres cerámico Se diferencia de los azulejos en que su masa es compacta y no porosa, debido a la mezcla de arcillas muy seleccionadas, capaces de vitrificar a bajas temperaturas. Tienen extraordinaria compacidad, y son impermeables e inatacables por los ácidos. Se utilizan en depósitos o zonas que estén en contacto con zonas corrosivas.

Loza Son los productos cerámicos de fractura blanquecina después de cocidos. Son muy porosos y absorbentes, tienen que ser esmaltados para hacerlos i mpermeables y duros. Se utilizan en productos sanitarios.

Porcelana Es el producto cerámico más fino, compuesto por una pasta blanca, compacta, translúcida y con sonido metálico. No es rayada por el acero ni atacada por los ácidos, siendo además muy resistente a la temperatura. Es mala conductora de la electricidad, por lo que se utiliza en aisladores. También para la industria química.

4.1.7 Vidrio El vidrio es un material inorgánico duro, frágil, transparente y amorfo que se encuentra en la naturaleza (obsidiana), aunque también puede ser producido por el ser humano. El vidrio es un material cerámico obtenido a partir de materiales inorgánicos, arena de sílice (arcilla), carbonato de sodio y caliza, sometidos a altas temperaturas (1500ºC). Por su composición se distinguen las siguientes clases de vidrios: -

Sólo sílice como ácido: vidrios sodo-cálcicos, vidrios sodo-cálcicos-alumínicos, vidrios potásico cálcico, cristales de potasa-plomo.

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Sílice y otros ácidos: vidrio de boro-silicato (crown glass), cristal boro-silicato (strass) y vidrios de fósforo.

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Sin sílice: vidrios de borato y vidrios de fosfato.

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Silicatos simples de sílice y álcali: vidrios solubles en agua

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Vidrio de cuarzo: sílice puro.

Principales productos de vidrio utilizados en construcción Son el vidrio plano y los vidrios armados. Profesora: Inmaculada Rodríguez Toledo Ingeniera Civil

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a) Vidrios planos transparentes -

Vidrio plano corriente: se obtiene por el procedimiento de estirado. Por su espesor se divide en extrafino, delgado sencillo, medio, doble y grueso.

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Vidrio grueso pulido: Es el vidrio cuyas dos caras han sido desbastadas y pulidas.

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Vidrio plano de color: Es el vidrio transparente que se obtiene con variedad de colores por el procedimiento de estirado.

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Lunas: son vidrios obtenidos por colada o laminación. Sometidos a la operación de recocido, y posteriormente sus dos cras son desbastadas y pulidas. También pueden ser coloreadas.

b) Vidrios planos translúcidos -

Vidrio colado bruto: Obtenido por el mismo proceso que la luna, sin los trabajos de desbaste y pulido.

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Baldosa grabada: Es un vidrio laminado de gran espesor, teniendo impreso un dibujo en relieve en una de sus caras.

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Baldosilla: vidrio colado que lleva en una cara un dibujo en forma de estrías paralelas estrechas.

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Vidrio impreso: Vidrio fabricado por colada y laminado que presenta en sus dos caras una impresión de rodillos que lo han laminado.

c) Vidrios planos opacos -

Opalina pulida

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Vidrio opal masivo

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Opal doblado

d) Vidrios de seguridad Son aquellos que al romperse no se astillan. Se obtienen mediante alterne de láminas de vidrio plano y capas plásticas transparentes, como material de refuerzo, o bien mediante templado de vidrio. También se recurre a los vidrios armados, que son vidrios laminados que tienen colocado en su interior un armadura.

Propiedades generales de los vidrios Los vidrios tienen propiedades especiales no encontradas en otros materiales de ingeniería. La combinación de transparencia y dureza a temperatura ambiente junto a una excelente resistencia a la corrosión en la


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mayoría de los ambientes hacen al vidrio indispensable para muchas aplicaciones de ingeniería tales como la construcción. Propiedades físicas:

La característica más apreciable y notable de l os vidrios es su transparencia. La dureza, en la mayor parte de los vidrios industriales, varía, según la escala de Mohs, entre 6 (feldespato) y 7 (cuarzo); y en algunos vidrios especiales hasta 8 (topacio). Propiedades mecánicas:

Las propiedades mecánicas del vidrio están condicionadas por su fragilidad, considerada ésta como su defecto más pronunciado. La fragilidad del vidrio es debido a que no existe zona de deformación plástica, de tal manera que cuando se supera el límite elástico el material se rompe. Propiedades químicas:

Es un material extraordinariamente estable frente a la mayor parte de los compuestos químicos. De los ácidos el único que le ataca fuertemente es el ácido fluorhídrico, ya que forma con la sílice fluoruros gaseosos.


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Materiales Pétreos Naturales y Artificiales

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