Materiales de Construcción: Propiedades, Tipos y Usos

Materiales Comunes en la Construcción

• Concreto: Compuesto conformado por un aglomerante al que se le añaden agregados, agua y aditivos (agua, cemento, arena lavada y piedra picada). La combinación de cemento y agua forma la pasta de cemento; al añadir arena se obtiene mortero; y al incorporar piedra picada, se produce el concreto.
• Acero: Aleación de hierro y un porcentaje de carbono (entre 0.008% y 2.11%). Con menor porcentaje de carbono se consideran hierros, y con mayor porcentaje, fundiciones.
• Madera: Compuesto de fibras de celulosa unidas con lignina.

Materiales Tóxicos en la Construcción

Algunos materiales utilizados en la construcción pueden ser tóxicos, como el plomo, el PVC (policloruro de vinilo), el poliestireno, el asbesto y la creosota.

Agregados: Características y Tipos

Los agregados son materiales granulares o fibrosos unidos entre sí por un aglomerante, caracterizados por su resistencia mecánica y estabilidad química.

Tipos de Agregados

• Naturales: Provienen de la descomposición o trituración de rocas.
• Artificiales: Hechos por procesos fisicoquímicos o residuos de otros procesos, incluyendo el reciclaje.

Propiedades Fisicoquímicas de los Agregados

Las propiedades fisicoquímicas de los agregados están determinadas por el origen de las rocas que los componen.

Clasificación de Agregados Según su Origen

• Ígneas: Formadas por la consolidación del magma. Sus propiedades dependen de la velocidad de enfriamiento.
• Sedimentarias: Formadas por la degradación química o mecánica de rocas antiguas, acumuladas en depósitos por precipitación.
• Metamórficas: Formadas por cambios de temperatura y presión sobre rocas sedimentarias o ígneas.

Las rocas ígneas poseen mejores propiedades mecánicas que las sedimentarias. Las rocas sedimentarias, al transformarse en metamórficas, mejoran sus propiedades mecánicas.

Las rocas ígneas se subdividen según su profundidad en:

• Extrusivas (superficiales)
• Hipobisales (intermedias)
• Intrusivas (profundas)

Agregados de Rocas Ígneas

• Granito (intrusiva)
• Andesita (hipabisal)
• Basalto (extrusiva)

Origen de las Rocas Sedimentarias

• Natural: Por sedimentación, clastos y agua (compactación e hidratación, cementación), formando rocas detríticas como conglomerados, cantos rodados y arena de río.
• Químico: Por precipitación química de minerales disueltos en agua, como los agregados calizos.

Rocas Metamórficas

Ejemplos de rocas metamórficas incluyen el esquisto y el mármol.

Clasificación de Agregados por Tamaño

• Gruesos: Mayores a 4.76 mm (rocas).
• Finos: Menores a 4.76 mm (arenas).

Granulometría

La granulometría es la distribución por tamaños de las partículas de un agregado. Se puede realizar de forma manual (tamices y a mano) o mecánica (tamices y tamizadora). Un ejemplo de tamiz es: 5´´ (5.00 in, 123 mm).

Tamizado

El tamizado consiste en pasar una muestra por un juego de tamices colocados en orden decreciente, desde la mayor abertura hasta la menor. Después de usar la tamizadora o tamizar a mano, se pesa el material retenido por cada tamiz.

Tamaño Máximo (TM)

El tamaño máximo es el mayor tamaño del agregado, correspondiente a las partículas más gruesas. A mayor TM en concreto ordinario, aumenta la resistencia mecánica. A menor TM en concreto de alta resistencia, se reduce la resistencia mecánica.

Módulo de finura = sumatoria del porcentaje retenido acumulado / 100.

Aditivos

Los aditivos son compuestos químicos, orgánicos o inorgánicos, añadidos antes o durante el mezclado para mejorar o modificar alguna propiedad del concreto en estado fresco o endurecido. Modifican la consistencia, el tiempo de fraguado y la resistencia. Pueden ser líquidos o en polvo, y se añaden en una proporción menor al 5% respecto a la mezcla total. Se utilizan para:

• Reducir el costo de construcción del concreto.
• Obtener propiedades específicas en el concreto.
• Asegurar la calidad en las etapas de mezclado, transporte, colocación y curado.
• Superar emergencias en las operaciones de mezclado, transporte, colocación y curado.

Tipos de Aditivos

• A: Reductor de agua.
• B: Retardador de fraguado.
• C: Acelerador de fraguado.
• D: Reductor de agua y retardador.
• E: Reductor de agua y acelerador.
• F: Reductor de agua de alto rango.
• G: Reductor de agua de alto rango y retardador.
• S: Aditivos con características especiales.

Adiciones Minerales

Las adiciones minerales son materiales inorgánicos, naturales o artificiales, que frecuentemente mejoran el comportamiento físico y químico del concreto.

Tipos de Adiciones Minerales

• Adiciones minerales inertes: No alteran físicamente las condiciones de producción del concreto (fraguado, endurecimiento, estabilidad del volumen), pero mejoran la adherencia, plasticidad y rendimiento.
• Adiciones minerales activas: Reaccionan con el hidróxido de calcio a tempranas horas del fraguado del concreto para formar más hidrosilicato de calcio.

Aglomerantes, Aglutinantes o Cementantes

Los aglomerantes son materiales que pueden adherirse a otros y unir materiales pétreos con bloques, agregados, etc.

Clasificación de Aglomerantes

• Aéreos: Endurecen en contacto con el aire (yeso, cal).
• Hidráulicos: Endurecen tanto en contacto con el aire como bajo el agua.
• Hidrocarbonados: Endurecen por enfriamiento o evaporación de sus disolventes (asfalto, alquitrán).
• Resinas: Endurecen por enfriamiento, calor, presión o reacción entre componentes.

Historia del Cemento

Los romanos utilizaban una mezcla de ceniza volcánica y cal, llamada «cementum», como material de construcción.

Cemento Portland

El cemento Portland se produce al calcinar hasta la fusión mezclas homogéneas de caliza y arcilla, obteniendo el «Clinker». Luego, se pulveriza y se mezcla con hasta un 3% de yeso para retardar su fraguado.

Tipos de Cemento Portland

• I: Uso general.
• II: Moderador de calor de hidratación y resistencia a sulfatos.
• III: Alta resistencia inicial.
• IV: Bajo calor de hidratación.
• V: Resistencia a sulfatos.

Fraguado

El fraguado es el proceso por el cual una mezcla aguada se va rigidizando. Inicia aproximadamente 3 horas después de la mezcla y concluye después de 7 horas. El tiempo de fraguado se mide con la aguja de Vicat.