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Tecnología de los Materiales Profesor: José Luis Salvatierra Garrido Universidad de Santiago de Chile Departamento de Ingeniería.

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1 Tecnología de los Materiales Profesor: José Luis Salvatierra Garrido Universidad de Santiago de Chile Departamento de Ingeniería en Obras Civiles Construcción Civil

2 1. Clasificación de los materiales de construcción Su clasificación es en base a distintos criterios tales como: 1. FUNCIÓN EN LA OBRA 2. INTERVENCIÓN EN LA OBRA 3. ORIGEN 4. OTROS

3 1. Función en La Obra Materiales Resistentes Materiales Resistentes Materiales Aglomerantes Materiales Aglomerantes Materiales Auxiliares Materiales Auxiliares

4 2. Intervención en La Obra Cimentación Cimentación Estructuras Estructuras Terminación Terminación

5 3. Origen Pétreos Aglomerantes Metálicos Orgánicos Otros

6 Rocas ígneas Se originan a partir de un magma (rocas fundidas a muy alta temperatura) Las rocas ígneas se solidifican cuando se enfría el magma, sea bajo tierra o en la superficie El granito es la roca ígnea más corriente, aunque existen más de 600 tipos Hay dos tipos de rocas ígneas que se distinguen porque en un caso el magma alcanza la superficie terrestre antes de enfriarse y endurecerse, y en el otro no. El magma que cristaliza bajo tierra forma rocas ígneas intrusivas. El que alcanza la superficie antes de solidificarse forma las rocas ígneas extrusivas.

7 La cantidad de sílice que contienen Tamaño de los cristales El tipo de magma La forma en que viaja hasta la superficie La velocidad de enfriamiento Estas propiedades determinan la composición y características como el tamaño del grano, la forma de los cristales y el color. - El tamaño del grano indica si una roca ígnea es intrusiva (de grano grueso) o extrusiva (de grano fino). - La forma de los cristales es otro indicador del origen de la roca. Un enfriamiento lento permite que los minerales tengan tiempo de desarrollar cristales bien formados. Un enfriamiento rápido sólo permite la aparición de cristales mal formados. - El color puede ayudar a establecer la composición química de una roca. Las de color claro contienen más del 65% de sílice. Las oscuras, tienen un bajo contenido en sílice y una mayor proporción de minerales ferromagnesianos oscuros y densos. Clasificación de las Rocas Ígneas

8 Rocas ígneas

9 Rocas sedimentarias Se forman en la superficie terrestre o cerca de ella. Normalmente, la roca se fragmenta y se disuelve por acción de la meteorización y la erosión, las partículas se sedimentan y los minerales disueltos cristalizan a partir del agua y forman sedimentos. Los componentes de la roca fragmentada son transportados por el agua y el hielo y, enterrados a poca profundidad, se convierten en nuevas rocas. Las rocas sedimentarias se disponen en capas, las más recientes situadas sobre las más antiguas, lo que permite a los geólogos conocer la edad relativa de cada capa. Las rocas sedimentarias suelen contener fósiles, que pueden ser de utilidad tanto para datar las rocas como para determinar su origen.

10 Formación de rocas sedimentarias El proceso que convierte los sedimentos no consolidados en roca se denomina litificación. A diferencia de las rocas metamórficas, las sedimentarias se forman cerca de la superficie terrestre, bajo presiones y temperaturas relativamente bajas. Los sedimentos más antiguos quedan enterrados bajo las nuevas capas y se van endureciendo gradualmente por la compactación y la cementación. La compresión que sufren esos sedimentos para formar rocas se denomina compactación. A medida que se van amontonando las capas de sedimentos, las más inferiores van quedando aplastadas por el peso de las superiores. El grado de compresión que pueden soportar depende del tipo de sedimento. El sedimento de grano fino se puede reducir a una décima parte de su grosor original en un proceso del que se obtiene la argilita (roca constituida por arcillas), mientras que la arena se puede comprimir muy poco. Los sedimentos suelen contener una gran cantidad de agua entre las partículas que se expulsan durante la compactación. Los componentes minerales disueltos pueden cristalizar a partir de esa agua y cementar los sedimentos. Los cementos minerales más comunes son la calcita y el cuarzo.

11 Clasificación de las rocas sedimentarias Las partículas que contiene. Tamaño y la forma del grano o la presencia de fósiles - El tamaño de los granos de las rocas sedimentarias varía mucho, desde grandes cantos hasta las minúsculas partículas de arcilla. - La forma de los granos que integran las rocas sedimentarias depende de cómo éstos se han transportado. La erosión del viento crea partículas de arena angulosas, mientras la del agua origina partículas de arena esféricas. - El tipo de fósil que contiene una roca indica su origen. Por ejemplo, un fósil marino sugiere que la roca se formó a partir de sedimentos depositados en el lecho oceánico. Los fósiles suelen aparecer principalmente en rocas sedimentarias, nunca en las ígneas y raramente en las metamórficas.

12 Rocas sedimentarias

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14 Rocas metamórficas En la profundidad de la corteza terrestre, las temperaturas y las presiones son altísimas. Dentro de nuestro planeta, el grupo de minerales que compone una roca se puede transformar en otro que sea estable a presiones y temperaturas superiores. Las rocas situadas cerca de un cuerpo de magma caliente se pueden transformar por la acción del calor. Las rocas que han sido enterradas a gran profundidad por la acción de placas tectónicas convergentes pueden transformarse por el aumento de la presión y de la temperatura. Ese cambio se denomina metamorfismo, un proceso que puede modificar cualquier tipo de roca, sea sedimentaria, ígnea o incluso metamórfica.

15 La clasificación de las rocas metamórficas: Análisis de la estructura Tamaño del grano Contenido mineral - La orientación de los cristales indica si la roca se ha formado como consecuencia de un aumento de presión y de temperatura, o bien, sólo por un incremento de esta última. - En las rocas metamórficas de contacto (Rocas calentadas por magma), los minerales suelen estar ordenados al azar. En las de metamorfismo regional (Formación de montañas), la presión a la que se ha visto sometida la roca suele provocar que determinados minerales se alineen. - El tamaño de los cristales refleja el grado de calor y presión al que se ha expuesto la roca. En general, cuanto más altas hayan sido la presión y la temperatura, menores serán los cristales.

16 Rocas Metamórficas

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18 Materiales Cerámicos Se obtienen a partir de arcillas, que por la gran plasticidad que presentan en estado húmedo, son fácilmente moldeables. Las arcillas que se utilizan habitualmente para fabricar piezas de uso industrial están compuestas por una mezcla de arcilla común y caolín, que constituyen la materia plástica, junto con otros componentes no plásticos y que se añaden con diferentes objetivos. Los componentes no plásticos cumple funciones tales como: disminuir la plasticidad de la masa evitando el agrietamiento y contracción, aumentar la plasticidad y disminuir el punto de fusión de las arcillas con objeto de lograr durante la cocción el vitrificado de la pieza, lo que le confiere mayor resistencia e impermeabilidad, proporcionar coloración, etc.

19 EL proceso de fabricación 1.Preparar las materias primas mediante una serie de procesos mecánicos, como la molienda, y de depuración como la limpieza y eliminación de elementos extraños. 2. Mezcla de las materias primas, plásticas y no plásticas, junto con la cantidad adecuada de agua a fin de dotar a la mezcla de la plasticidad idónea. Tras realizar la mezcla, ésta se deja reposar para que sufra una especie de fermentación, mejorando la calidad de la misma. 3. Moldeo de las piezas, que puede realizarse de diferentes formas según la pieza deseada y el grado de plasticidad de la mezcla. Dentro de las técnicas de moldeo tenemos técnicas manuales y mecánicas.

20 El proceso de fabricación 4. Proceso de secado Las piezas moldeadas contienen cantidades de agua que oscilan entre el 15 y el 50% en peso, cantidad que debe reducirse hasta ~5%. Esto debe llevarse a cabo de forma gradual y lenta a fin de evitar la aparición de grietas y contracciones. El secado se puede llevar a cabo de forma natural, depositando las piezas moldeadas en lugares aireados y cálidos, o bien de forma artificial en cámaras cerradas por donde circulan las piezas a contracorriente de aire caliente forzado por ventiladores. 5. Cocción de las piezas Etapa en la cual adquieren la consistencia pétrea y la inalterabilidad de su forma. La temperatura y tiempo de cocción determinan la resistencia del material. Así, un material poco cocido será menos frágil, menos resistente pero más permeable que uno muy cocido, que será más frágil, mas resistente pero menos permeable. 6. Tratamientos superficiales Finalmente, los objetos cocidos pueden recibir diferentes tratamientos tales como vidriado, esmaltado, pintado, etc.

21 Los azulejos son materiales cerámicos que constan de dos capas: una gruesa de arcilla denominada galleta, y otra fina de esmalte vitrificado, que le proporciona impermeabilidad, resistencia al desgaste y una buena adherencia. Las galletas se fabrican introduciendo a presión arcilla fresca dentro de un molde, o mediante vaciado de barbotina, proceso que consiste en verter barbotina (arcilla líquida) dentro de un molde poroso y dejar que seque. Si las galletas no se recubren de la capa vitrificada se comercializan como baldosas cerámicas. Una vez que se tiene la baldosa, si el esmalte es de un solo color se aplica sobre la baldosa, con silicato diluido en agua al que se agregan los óxidos que le darán color. Si tiene diversos colores o dibujos se emplean plantillas que van tapando las diferentes partes par ir aplicando los diferentes colores. Los azulejos se emplean para el revestimiento de paredes, adhiriéndose con mortero de cemento. Algunos cerámicos

22 Es una sustancia amorfa fabricada sobre todo a partir de sílice fundida a altas temperaturas, se enfría hasta solidificarse sin que se produzca cristalización, además, se halla en un estado vítreo en el que las unidades moleculares, aunque están dispuestas de forma desordenada, tienen suficiente cohesión para presentar rigidez mecánica. El vidrio es un material duro pero muy frágil, transparente o traslúcido, muy resistente a la tracción y a los agentes químicos, salvo el ácido fluorhídrico que lo disuelve, y mal conductor del calor y la electricidad. El vidrio

23 Componentes y características El vidrio se obtiene por la fusión de la arena de cuarzo, rica en sílice, bien molida, que es el elemento vitrificador y el que constituye verdaderamente el vidrio, proporcionando resistencia mecánica al vidrio. Junto con la sílice es necesario añadir caliza que actúa como estabilizador aportando también resistencia, dureza y brillo, y carbonato sódico que actúa de fundente, rebajando el punto de fusión de la sílice. Además pueden añadirse otros ingredientes como el plomo, que proporcionan al vidrio determinadas propiedades físicas, tales como el brillo. Todos los componentes deben mezclarse finamente molidos, y en proporciones precisas para obtener el vidrio con las características óptimas deseadas. El vidrio

24 El vidrio de ventana se obtiene a partir de vidrio plano, fabricándose en diferentes espesores entre 2 y 19 mm. Se trata de un vidrio bastante duro y transparente a la luz visible pero no a la luz UV. Presenta una notable resistencia a la compresión, mientras que a la tracción es bastante menor. Es un buen aislante acústico y resiste bien la acción de los agentes atmosféricos, los ácidos y los álcalis. Vidrios usados en la construcción

25 Los vidrios de seguridad se fabrican a partir de vidrios planos, que pueden estar formados por una o varias capas. En los cristales de una sola capa, ésta está pretensada de modo que al romperse se fragmenta en trozos muy pequeños y de superficie roma. El proceso de pretensado consiste en someter al vidrio a un templado térmico en el que se calienta el vidrio casi hasta el punto de reblandecimiento, enfriándolo rápidamente con un chorro de aire o por inmersión en un líquido. De esta forma, la superficie se endurece de inmediato, y la posterior contracción del interior del vidrio, que se enfría con más lentitud, tira de ella y la comprime; es decir, las capas exteriores quedan comprimidas mientras que las interiores lo están sometidas a tracción, y al romper en una capa exterior, el esfuerzo se transmite al interior a tracción evitando que se rompa. Vidrios usados en la construcción

26 En los cristales de seguridad de varias capas, éstas se unen entre sí por láminas plásticas que mantienen adheridos los fragmentos en caso de rotura. Su resistencia depende del grosor del conjunto de capas de vidrio y plástico. Los cristales de una capa se emplean en acristalados de puertas, mesas, miradores, etc., mientras que los de varias capas se emplean como elemento de seguridad en bancos, joyerías, etc.


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