Aspectos Clave de los Materiales de Construcción

Los materiales de construcción abarcan mano de obra, maquinaria, herramientas y los materiales en sí. Un material es una sustancia con propiedades útiles, ya sean mecánicas, físicas o químicas.

Clasificación de Materiales

Los materiales se clasifican en:

• Metales y aleaciones
• Cerámicos
• Polímeros
• Compuestos
• Semiconductores

Funciones de los Materiales

Los materiales deben:

• Soportar cargas
• Ser durables
• Ser estéticos
• Ser económicos
• Satisfacer requerimientos específicos
• Ser sustentables

Propiedades de los Materiales

Propiedades Físicas

Incluyen color, masa, volumen, forma, densidad, porosidad, permeabilidad, y comportamiento térmico y acústico.

Propiedades Mecánicas

Se refieren a esfuerzos, deformaciones, ductilidad, tenacidad, fragilidad y dureza.

Propiedades Químicas

Comprenden tipos de enlaces, reacciones, compuestos, corrosión, conductividad eléctrica, lixiviación, carbonatación y reacción álcali-agregado.

Etapas de la Ingeniería de Materiales

Las etapas incluyen diseño, fabricación, evaluación, producción en serie y mantenimiento.

Normatividad

Son documentos que establecen la uniformidad de materiales, productos y servicios (privadas, gubernamentales, voluntarias).

Agregados para el Concreto

Los agregados constituyen aproximadamente el 75% del concreto. Son materiales granulares naturales, procesados o artificiales, utilizados en la fabricación de concreto y mortero hidráulico o asfáltico.

Propiedades de los Agregados

Las propiedades importantes son:

• Tamaño
• Forma
• Contaminación
• Reactividad química
• Degradación
• Resistencia al desgaste
• Densidad volumétrica
• Densidad específica
• Absorción

Clasificación por tamaño: Grueso (≥4.75mm), Fino (≥0.075mm).

Granulometría

Es la distribución de tamaños de un agregado fino o grueso, representada en proporciones de masa o porcentaje.

Tipos de Granulometrías

• Normalmente graduada (especificada en una norma)
• Densa (espacios entre partículas mínimos)
• Discontinua (uno o más tamaños no están presentes)
• Uniforme (un solo tamaño de partículas)

Influencia de la Granulometría

La granulometría influye en:

• Estado fresco: manejabilidad, requerimiento de agua, exudación
• Estado endurecido: resistencia mecánica, durabilidad, economía, cambios volumétricos

Relaciones Volumétricas y Pesos Unitarios

• Porosidad abierta: espacios internos interconectados con la superficie
• Porosidad cerrada: espacios vacíos no interconectados
• Volumen de vacíos: espacios libres entre partículas
• Volumen aparente: volumen total de la materia sólida, incluyendo poros abiertos y cerrados
• Absorción: cantidad máxima de agua que puede almacenar una partícula
• Humedad: cantidad de agua contenida en el interior de una partícula

Formas y Texturas de los Agregados

La forma está relacionada con el proceso de origen. El coeficiente volumétrico (CV) indica la forma: CV > 0.2 (buena forma), CV ≤ 0.15 (mala forma). La textura se relaciona con la naturaleza de la roca de origen y el mecanismo de obtención.

Clasificación por Origen

• Ígneas: solidificación del magma (Intrusivas: grano grueso, Extrusivas: grano fino)
• Sedimentarias: transporte y deposición (areniscas, lutitas, limolitas)
• Metamórficas: alta presión y temperatura (mármol, pizarra)

Clasificación por Fragmentación

• Naturales: fuerzas de la naturaleza (erosión, expansión del agua)
• Manufacturadas: explotación de yacimientos rocosos
• Artificiales: procesos físicos, químicos o mecánicos (subproductos)

Materiales Contaminantes

• Finos (limo: no plástico, arcilla: plástica)
• Materia orgánica (transformación química)

Sanidad de un Agregado

Condición de estar libre de grietas y fisuras, indicando resistencia al intemperismo.

Resistencia a la Abrasión

Resistencia al desgaste, rotura o desintegración.

Reacción Álcali-Agregado

Reacción química entre minerales amorfos en los agregados y la pasta de cemento alcalina, formando un gel expansivo que causa tensiones.

Concreto

Mezcla de agregados naturales, procesados o artificiales, unidos por cemento y agua, con posibles aditivos.

Dosificación Base

Cantidades de componentes por 1m³ de concreto, medidas por peso o volúmenes aparentes.

Mezcla de Prueba

Cálculo de una revoltura considerando características físicas de los materiales y requerimientos del concreto.

Corrección de Mezcla de Prueba

Cálculo que corrige las proporciones según las características reales del concreto.

Producción del Concreto

Cálculo que considera los implementos disponibles, por peso o volumen.

Estados Básicos del Concreto

• Estado fresco: trabajabilidad, cohesión, exudación
• Estado endurecido: resistencia a compresión, tensión, módulo de elasticidad, durabilidad

Propiedades Mecánicas

Fuerza (esfuerzos, grietas, fisuras, ruptura). Tipos de fuerzas: cargas muertas, cargas vivas, cargas accidentales. Formas de actuación: concentradas, distributivas.

Esfuerzos = F/A = σ = f’c = f’cr = resistencia sobrediseño. Tipos de esfuerzo: tensión, compresión, corte, flexión, torsión, tensión diagonal.

Concreto en Estado Fresco

Se considera en estado fresco mientras conserva la fluidez para mezclado, transporte y colocación.

• Trabajabilidad: facilidad de ser moldeado
• Cohesión: característica de no separarse
• Exudación: formación de películas de agua en la superficie
• Curado: grado satisfactorio de humedad

Cemento Portland

Aglomerante en polvo fino gris o blanco que reacciona químicamente con el agua (reacción exotérmica).

Materias Primas

• Roca caliza
• Materiales arcillosos
• Correctores
• Yeso
• Adiciones minerales (ceniza volante, humo de sílice, escoria de alto horno)

Proceso de Fabricación

Carbonato de calcio + materiales arcillosos + correctores + 1400°C = clinker + yeso + adiciones minerales = cemento.

Química del Cemento

• Silicato tricálcico (C3S): adquisición de resistencia temprana
• Silicato dicálcico (C2S): resistencia tardía
• Aluminato tricálcico (C3A): libera mucho calor de hidratación
• Ferroaluminato tetracálcico (C4AF): baja la temperatura de fusión

Aditivos

Sustancias químicas (0.1-5% del total del cemento) agregadas al mortero o concreto durante su elaboración.

Funciones

• Concreto fresco: trabajabilidad, reducción del sangrado, cohesión, menor segregación, mejor bombeo, control de fraguado
• Concreto endurecido: control del calor de hidratación, mejoramiento del acabado, densidad de la mezcla endurecida, disminución de agrietamientos

Tipos de Aditivos

• Plastificantes: aumentan el revenimiento y la fluidez, reducen el agua hasta 12%, optimizan el cemento
• Superplastificantes: aumentan la fluidez, reducen el agua hasta 35%, para concretos bombeados

Mampostería

Sistema constructivo compuesto de piezas individuales, naturales o prefabricadas, cementadas o no cementadas.

Cementantes para Mampostería

• Cemento Portland hidráulico
• Cemento de albañilería (Portland, escoria, cal hidratada)
• Yeso (sulfato de calcio hidratado)
• Arcillas