materiales de construccion para ingenieria

materiales de construccion para ingenieria civil  INTRODUCCION Desde que el hombre apareció en el planeta utilizo objetos y productos de la naturaleza para poder satisfacer sus necesidades. El hombre en el afán de construir una estructura de protección, utilizo los materiales que la naturaleza le proporcionaba. Las principales estructuras fueron muy simples, hechas de ramas y piedras. Al transcurrir el tiempo el hombre mejoro sus técnicas de construcción y la forma de utilizar los productos que le proporcionaba la naturaleza como materiales de construcción. Una de estas formas mejoradas fue el adobe de barro utilizado en muchas culturas antiguas como material principal para la construcción de sus viviendas. Los materiales de construcción son pieza clave a la hora de diseñar y construir una estructura civil, ya que estos van a definir y delimitar muchos de sus aspectos. El objetivo de este trabajo académico es la presentación de los principales y más comunes materiales de construcción, utilizados en estos tiempos. Así como la especificación de sus propiedades y usos. Está dirigido a estudiantes de formación profesional que quieran iniciarse o tener noción del estudio de los materiales. Por lo tanto el objetivo es que el lector conozca, entienda y distinga los diferentes tipos de materiales aquí mencionados. Presentaremos en primera instancia generalidades y conceptos básicos de los materiales de construcción, iniciando con la demarcación entre materia y material, además de las propiedades, características y factores que se tienen en cuenta a la hora de seleccionar un material para la edificación. La complementación del trabajo consta de la enumeración de los materiales más comunes, detallando sus propiedades y sus distintas clasificaciones, además de sus variados usos. Los materiales de construcción es un factor delimitante a la hora de construir. Nosotros como estudiantes de la carrera de ingeniería civil, creemos que el conocimiento de este tema es fundamental para para el desarrollo adecuado de la carrera, por ende es pieza clave en la formación de un ingeniero civil o profesionales relacionados a la construcción. GEENERALIDADES Y CONCEPTOS DE MATERIALES DEFINICION._ materia es toda sustancia extensa e impenetrable, capaz de recibir toda especie de forma. Material es la materia dada forma como elemento para uso. Solo se puede considerar material de construcción si este integra la obra, por ejemplo, no puede considerarse un andamio como material de construcción. Se considera material de construcción principal o resistente al que forma parte de las cimentaciones, estructuras, etc. De un edificio. Por ejemplo: rocas naturales, hierro, hormigón, productos cerámicos, etc. La clasificación se puede dar según el orden de intervención: de cimentación, de estructura y de cubierta. Material de cimentación es todo aquel que forma parte dela base que sostendrá la estructura civil de un edificio. Usualmente para formar los cimientos se utilizan piedra, hormigón y concreto. Material de estructura es todo aquel que se utiliza, en la ejecución de la estructura de un edificio. El hormigón, la madrera o el hierro son algunos de este tipo de materiales. Material de cubierta se la llama a todo aquel que se utiliza para cubrir la estructura. Uno de los más comunes es la teja, sin embargo existen otro como las calaminas, eternit, etc. Materiales según su composición Los materiales de construcción metálicos provienen de procesos metalúrgicos donde adoptan formas requeridas en la construcción. Los más comunes son los de hierro, aluminio y cobre. Se les denomina materiales de construcción férricos a los que están compuesto de hierro o sus aleaciones. De tal manera se les denomina no férricos a aquellos que son de aluminio, cobre y zinc. Propiedades de los materiales de construcción Propiedades mecánicas El comportamiento mecánico de un material se define como la respuesta del mismo a las cargas externas. Todos los materiales se deforman como respuesta de las cargas; sin embargo, la respuesta específica de un material depende de sus propiedades, de la magnitud y tipo de carga y de la geometría del elemento. Condiciones de carga Una de las consideraciones en el diseño de un proyecto es la carga a la que la estructura estará sometida. Existen dos tipos de cargas: Cargas estáticas: implica una carga constante en la estructura a lo largo de un periodo de tiempo. Un ejemplo es el peso de la estructura. Cargas dinámicas: estas cargas se pueden considera periódicas y transitorias. Generan vibraciones, por ejemplo un equipo giratorio de un edificio puede producir una carga giratoria, del mismo modo las cargas producidas por los camiones en un puente y por supuesto los terremotos. Relaciones esfuerzo deformación.- los materiales se deforman en respuesta a las carga o fuerzas. La cantidad de deformación es proporcional a las propiedades del material y sus dimensiones. El efecto de las dimensiones se puede normalizar. Dividiendo la fuerza entre el área de la sección trasversal del elemento se normaliza el efecto del área cargada. La fuerza por unidad de área se define como el esfuerzo σ ejercido sobre el elemento (es decir, σ=Esfuerzo / Área). El cociente entre el alargamiento y la longitud se define como la deformación ε del elemento (es decir, ε=variación de la longitud/longitud original). Comportamiento elástico.- Si un material exhibe un verdadero comportamiento elástico, debe tener una respuesta (deformación) instantánea a la carga. Y el material debe volver a su forma original cuando la carga se elimina. Muchos materiales, incluso la mayoría de los metales presentan un comportamiento elástico, al menos para niveles de esfuerzo bajos. Comportamiento elastoplástico._ para algunos materiales, a medida que se incrementa el esfuerzo aplicando al elemento, la deformación se incrementara de manera proporcional hasta alcanzar cierto punto. Después de ese punto, la deformación se incrementara aplicando muy poco esfuerzo adicional. En este caso, el material exhibe un comportamiento elástico lineal, seguido de una respuesta plástica. El nivel de esfuerzo para el que el comportamiento cambia de elástico a plástico se denomina “limite de elasticidad”. propiedades no mecánicas._ estas propiedades hacen referencia a las características del material, distintas a la respuesta de carga, que afectan a la selección, el uso y el comportamiento de ese material. Las que más preocupan a los ingenieros civiles son la densidad, las propiedades térmicas y las características superficiales. Densidad y peso específico._ en muchas estructuras, el peso propio de los materiales de la estructura contribuye de forma significativa al nivel de esfuerzo total previsto en el diseño. Si el peso puede reducirse también podrá reducirse el tamaño delos elementos estructurales. Hay tres términos generales utilizados para describir las relaciones entre la masa, el peso y el volumen de los materiales. La densidad es la masa por unidad de volumen del material. Expansión térmica._ prácticamente todos los materiales se expanden a medida que la temperatura aumenta y se contraen a medida que la temperatura desciende. El grado de expansión por unidad de longitud debido al aumento de la temperatura es una constante del material y se expresa mediante el coeficiente de expansión térmica. Donde: αl: coeficiente lineal de expansión térmica. L: variación de la longitud. T: variación de la temperatura. V: coeficiente volumétrico de expansión térmica. V. Variación del volumen. T; variación de la temperatura. V: volume original Características superficiales.- las que más interesan a los ingenieros civiles incluyen: La corrosión y la degradación._ casi todos los materiales se deterioran y dependen de las características del material y el entorno. Resistencia a la abrasión y el desgaste._ debido a que las estructuras civiles son estáticas no se considera mucho este aspecto, sin embargo no se puede decir que deba ignorarse por completo. Los pavimentos deben ser capaces de resistir al desgaste y la acción de pulido provocado por las ruedas de los vehículos. La textura superficial._ tiene mucha importancia en la ingeniería civil, por ejemplo las mesclas de hormigón asfaltico se necesita áridos de textura rugosa para proporcionar una capa estable pavimento que resista la deformación cuando exista una carga. características estéticas.- Hacen referencia a la apariencia del mismo. Generalmente, estas características son responsabilidades del arquitecto. Sin embargo, el ingeniero civil es responsable de colaborar con el arquitecto para garantizar que las características estéticas sean compatible con los requisitos estructurales. Producción y construcción.- incluso si un material está bien adaptado a una aplicación específica, determinadas consideraciones relativas a la producción y construcción pueden impedir la selección de ese material. Entre las consideraciones de producción incluyen la disponibilidad del material y la capacidad de fabricarlo en las formas deseadas y según las especificaciones requeridas. Las consideraciones de construcción hacen referencia a todos los factores relacionados con la capacidad de fabricar y elegir la estructura en su lugar final. Uno de los factores principales es la disponibilidad de mano de obra adecuadamente formada. factores económicos._ Los costos del proceso de selección de materiales se ven influenciados por muchos más factores que el costo del material. Entre los factores a tener en cuenta a la hora de seleccionar un material hay que incluir. Disponibilidad y costo de los materiales en bruto. Cotos de fabricación Transporte Colocación Mantenimiento TIPOS DE MATERIALES ROCAS DEFINICION._ solido de agregado natural compuesto por uno o varia materiales y a veces sustancias no cristalina, que constituyen sobre la tierra masas geológicamente independientes. El mineral esencial o en mayor proporción es el que define la familia de la roca. el mineral secundario es el que determínalas variedades dentro de la misma familia. La roca natural es el único material que ha encontrado siempre nuevas aplicaciones y se ha manifestado insustituible. CLACIFICACION ROCAS ERUPTIVAS O IGNEAS.- son las más antiguas y se han formado por el enfriamiento y consolidación de magmas fundidos, y según que se haya producido en el interior de la corteza terrestre o sobre ella, se llaman intrusivas o plutónicas (mucha profundidad),filoneanas(poca profundidad) o expresivas y volcánicas (superficiales) Principales rocas ígneas: Granito. Roca plutónica más abundante, constituida fundamentalmente por cuarzo. Sienita. Muy parecida al granito pero con muy poca cantidad de cuarzo Basalto. Roca volcánica. De color oscuro, compacto, denso, duro, muy resistente y suele usarse en adoquines. ROCAS SEDIMENTARIAS.- se han formado debido al trasporte, acarreo, depósito y acumulación de materiales, que principalmente provienen de rocas ígneas y metamórficas. Se pueden clasificar de acuerdo a su procedencia en detríticas, intermediarias y no detríticas. Dentro del grupo de las detríticas están incluidas todas aquellas formadas por sedimentos de otras. Dentro del grupo de las no detríticas se encuentran aquellas formadas fundamentalmente por precipitación de sustancias que se encontraban en la disolución en las cuencas de sedimentación, y que luego han sufrido procesos de consolidación. También en ellas se incluyen las rocas formadas por caparazones organismos. Por ultimo existe un tercer grupo, rocas intermediarias de rocas formados pr materialdes del mismo origen. ROCAS METAMORFICA.- las rocas metamórficas se originan por metamorfismo fundamentalmente de las rocas sedimentarias. Recibe el nombre el metamorfismo el proceso por el que se producen cierta composición mineralógica. Algunas de este tipo de rocas son los mármoles y pizarra. MADERA ORIGENES Y CARACTERISTICAS la madera es un material o producto de origen orgánico al igual, que otros de los utilizados en la construcción como el corcho, la caña, la cuerda, el betún, la resina o plásticos. La madera y la roca son los materiales más antiguos utilizados por el hombre, ya que su primera actividad consistió en realizar una protección contra la intemperie y peligros exteriores. Y para este fin el hombre se sirvió de aquello que le era más útil y que la naturaleza ponía a su alcance. Ejemplo de ello son las chozas y palafitos construidos sobre estacas o pies derechos. En la actualidad la madera está presente en puertas, marcos, vigas, escaleras, pasamanos, pavimentación, evanesciera, etc. PRODUCCION DE MADERA COMPOCICION QUIMICA._ a la madera se le define como la parte solidad o leñosa que se encuentra debajo de la corteza de los diversos árboles, y como cuerpo orgánico dispone de la siguiente composición química aproximada: Carbono…….50% Oxigeno……..42% Hidrogeno…...6% Nitrógeno…….1% Cenizas……….1% Otra composición interesante en lo que respecta a sus subproductos seria la siguiente: Celulosa……..50% Lignina………23%-33% en coníferas, 16%-25% en frondosas. Hemicelulosa….15%-20% en coníferas y 20-30% en frondosas. La celulosa es una sustancia que, en unión de la lignina, constituye el principal componente de las células vegétale; de color blanco y amorfa, es insoluble en los ácidos, álcalis, alcohol y éter. Inalterable en el aire seco, en el agua se descompone y pudre, perdiendo sus propiedades resistentes PROPIEDADES PROPIEDADES FISICAS._ las propiedades físicas de la madera dependen del crecimiento, edad, contenido de humedad, clases de terreno, parte del tronco donde se realiza el trabajo y época de corte, así como el tipo de elaboración y secado. Humedad._ la madera contiene agua de constitución, agua de saturación y agua libre. La primera es inherente a su naturaleza orgánica, la segunda impregna las paredes delos elementos leñosos y la tercera es adsorbida por capilaridad. Una madera con humedad comprendida entre el 25% y el 30% se considera que se encuentra saturada; del 20% al 25% se llamaría semiseca; del 15% al 20% la denominaríamos seca a efectos de venta; del 10% al 15% es el resultado de secar al aire; con menos de 10% la consideraremos desecada. Densidad._ la densidad real de todas las maderas es sensiblemente igual para todas las especies, fijándose 1.56, sin embargo la densidad aparente varia, no solo de una especies a otras sino en la misma, oscilando entre 0.3 kg/d y 0.9 kg/. Contracción e hinchamiento._ la madera cambia de volumen según la humedad que contiene, siendo dicha contracción mayor en la albura que en el núcleo o el corazón, originándose tensiones por desecación que agrieta y alabean las piezas elaboradas. El hinchamiento se produce en un punto (momento) llamado de saturación o absorción, con un 20%-25% en peso de agua. Dureza._ es la resistencia que ofrece al desgaste, rayado y clavazón. Depende de su densidad, edad, estructura y sequedad. La madera de corazón es más dura que la de albura; la crecida lentamente es más dura que la crecida deprisa. Conductividad._ la madera seca es mala conductora del calor y electricidad, pero humedad se hace conductora de esta última, siendo mayor en sentido longitudinal que en radial o trasversal, y más las pesadas que las ligeras o porosas. Por ello se emplea como aislador térmico e mangos de herramientas, pavimentos, etc. Duración. Depende mucho de la clase y medio (a la intemperie, sumergida en agua, tierra, impregnada, alternativas de humedad-sequedad, empotrada, apilada, etc.). Diremos que todas ellas (roble, álamo, pino, haya, sauco, liso, olmo, encina, fresno y otras de similares características), aun en las peores situaciones, aguantan bastante bien más de 50 años PROPIEDADES MECANICAS._ conocerlas propiedades mecánicas de la madera es un prerrequisito para poder diseñar adecuadamente una estructura de madera. Módulo de elasticidad._ La relación típica de esfuerzo-deformación de la madera es lineal hasta un cierto límite, seguido de una curva no lineal después de la cual se produce la fractura. Propiedades de resistencia._ Entre las propiedades comunes de la madera se incluye el módulo de fractura en flexión, la resistencia a la comprensión paralela y perpendicular a la veta y cortante paralela a la veta. Otras propiedades de la resistencia menos comunes, son la resistencia a la tracción, la torsión, la tenacidad, la resistencia a la fatiga y la resistencia cortante rodante. Reptación,_ bajo cargas sostenidas, la madera continua deformándose, fenómeno que se conoce como reptación. Capacidad de amortiguación. La amortiguación es el fenómeno por el cual, la amplitud de una vibración en un material se reduce con el tiempo, esa reducción se debe a la fricción interna del material y a la resistencia del sistema de soporte. La humedad y la temperatura afecta en gran medida la fricción interna de la madera. CLACIFICACION DE LA MADERA: tres son las clasificaciones que vamos a enumerar. La primera refiere a la dureza, se clasifican en durísima (ébano, boj), dura (cerezo, arce, roble), semidura (haya, nogal, castaño), blanda (abeto, abedul, aliso), muy blanda (sauce, balsa). La segunda corresponde a su peso, varían en tres tipos: madera pesada (mayor a 0.8 g/cm3), madera ligera (0.5-0.7 g/cm3), madera muy ligera (menor de 0.5 g/cm3). La tercera clasificación se relaciona a la especie a la que pertenece debido a su estructura anatómica, vasos, poros, canales, fibras: coníferas o resinosas, frondosas y frutales. CERAMICA DEFINICION Y ORIGEN._ incluidos dentro de os materiales pétreos artificiales y obtenidos por un amasado, moldeo y cocción de rocas arcillosas. Su materia prima es la arcilla, su transformación química por el calor produce producto cerámico, además tienen los siguientes componentes: desgrasantes, fundentes, agua, colorantes. El proceso de fabricación consiste en proyección del yacimiento, la extracción del material del terreno, transporte a fabricas a través de camiones, preparación del material (purificación del material), moldeo, secado, cocción (le dará dureza). TIPOS Y CLACIFICACION LADRILLOS._ la terminología de un ladrillo define como pieza destinada a la construcción de muros, generalmente, en forma de ortoedro, fabricado por la cocción de arcilla o tierra arcillosa y , a veces con adición de otras materias. El ladrillo puede considerarse como el primer elemento constructivo artificial creado por el hombre y, aunque algunas funciones estructurales se confían actualmente al acero y al hormigón armado, sigue siendo la materia o producto predominante en cualquier construcción normal. Algunos tipos son: Ladrillos macizos._ ladrillos prensados en forma de paralepípedo en los que se permite perforaciones paralelas a una arista, de volumen total no superior al 5 % del total aparente de la pieza. Ladrillos perforados._ se define como ladrillos perforados las piezas de arcilla en forma de paralepípedo rectangular en las que existen perforaciones paralelas a cualquiera de las aristas de un volumen total superior al 5% y no mayor al 33% del total aparente de la pieza. Ladrillo prensado._ de preparación algo más selectiva, moldeo ajustado a lo que la maquinaria automática precisa en nuestros días, pudiéndose obtener todo tipo y moldeo de piezas que diseñamos con solo preparar el troquel de acero que corte y moldee lo solicitado antes de poner a cocer en horno. El ladrillo prensado es, por lo general, completamente macizo. Ladrillo hueco._ piezas de arcilla cocida, en forma de paralepipedo rectangular, cuyas perforaciones paralelas, a una de sus aristas tienen un volumen superior al 33% del volumen total de la pieza. TEJAS._ la teja es una pieza cerámica fabricada con tierras arcillosas a las aquea veces se le agregan materias áridas por el procedimiento de cocción al rojo, siendo la pieza empleada en la ejecución de tejados y faldones de viviendas. Existen tres tipos de cerámicos: Teja curva._ llamada también teja árabe. Su peso y sobre todo su impermeabilidad, hacen de ella un implemento de cubrición inmejorable, ya que al mismo tiempo que supone una protección frente a la lluvia, ofrece una buena resistencia ante los efectos del viento. Teja plana._ se emplea, como la curva, en la cobertura de faldones de los edificios para evitar la penetración de la lluvia, de medidas aproximadas de 40 cm por 25 cm. Procedente del canolis romano. Su colocación se hace sobre listones de madera. Teja mixta._ resultante de la unión de una curva y una plana en una misma pieza, tiene las ventajas de ambos modelos en cuanto a su acoplamiento y resultado. OTROS._ existen otros tipos de productos cerámicos, algunos de los que existen son: Baldosas cerámicas._ utilizados para pavimentar o revestir los pisos. Bovedillas y forjados cerámicos._ pieza de forma arqueada situada entre dos vigas de un techo y en caso de que separe varias viviendas toma el nombre común de forjado, cuya posición en una planta sirve de techo y en otra de piso. Cerámica refractaria._ resistente a la acción del fuego, sin cambiar de estado y descomponerse. Cerámica impermeable._ resistente a todo contacto con líquidos. Cerámica decorativa._ en esta parte le daremos al azulejo o pieza en forma de baldosín, hecha de arcilla seleccionada y esmaltada por una cara. AGLOMERANTES Y COMGLOMERANTES DEFINICION CLACIFICACION TIPOS Y DESIGNACION METALES O DEFINICION Y ORIGEN PROPIEDADES TIPOS, CLACIFICACION Y DESIGNACION VIDRIOS DEFINICION Y ORIGEN TIPOS, PROPIEDADES Y CARACTERISTICAS FORMAS COMERCIALES APLICACIONES Y USOS