Tema 1: Los Materiales de Construcción

Transcripción

1 Tema 1: Los Materiales de Construcción 1. Los Materiales en la Construcción. 2. Materiales Inorgánicos No-Metálicos. A. Microestructura Inorgánica. B. Propiedades Básicas de los Materiales. 3. Normativa y Calidad de los materiales. A. Normativa General (CTE) y Específica. B. Normativa de Calidad (Marcado CE y DITE). 4. Glosario de Términos. MATERIALES I Curso Ciencia y Tecnología de la Edificación. C. Guadalajara Profesor: Ana Mª Marín Palma

2 Los materiales en la Arquitectura La incorporación de los materiales en una obra de Arquitectura requiere de una selección adecuada. Hay que tener en cuenta aspectos relacionados con el material y con su aplicación (adecuación y compatibilidad). La durabilidad dependerá de la naturaleza del material y del ambiente al que se exponga (durabilidad). De acuerdo con los requisitos a cumplir, se pueden definir criterios de selección: de diseño tecnológicos de fabricación y puesta en obra.

3 Materiales de Construcción Son los Materiales utilizados como materia prima constitutiva de los Productos de Construcción. Ejemplos: Piedra, hormigón, madera, acero, plástico, asfalto, etc. Tipos: Naturales Transformados Artificiales

4 Tipos de Materiales de Construcción Minerales Metálicos Poliméricos Compuestos Naturales (piedras y suelos) Artificiales (cerámica, vidrio, conglomerados) Siderúrgicos (Aceros y aleaciones férricas) No férricos (aluminio, cobre, aleaciones) Orgánicos Naturales (madera, etc.) Sintéticos (plásticos, etc.) Inorgánicos (siliconas) Híbridos (laminados) Rellenos (sándwich) Reforzados (hormigón armado)

5 Productos de Construcción. Son objetos conformados industrialmente para su aplicación constructiva, antes de su puesta en obra. Tipos: Por su Función Monovalentes Polivalentes Por su composición Por su grado de procesado Homogéneos Compuestos Semielaborados Elaborados

6 Niveles Constructivos Materiales de Construcción Productos de Construcción Componentes Elementos Constructivos Sistemas Constructivos

7 Materiales Inorgánicos No-Metálicos La composición y organización interna de los materiales condicionan sus propiedades: Microestructura: Cristalina iónica, Policristalina y, en general, polifásica (depende de la composición y fabr.) Macroestructura: Diferentes grados de porosidad. Propiedades Básicas: Rígidos, Frágiles, Estables, Susceptibles de degradarse en determinados ambientes, Absorbentes y permeables (depende de la porosidad), conformables (artificiales), No combustibles (depende de la composición.

8 Características derivadas del enlace iónico Anisótropos (propiedades diferentes en cada dirección) Densos (depende del grado de empaquetamiento). Solubles en disolventes polares (agua). Físicas Mecánicas Aislantes eléctricos (dieléctricos) Incombustibles Alta inercia térmica Bajo coeficiente de dilatación Duros Frágiles Alta resistencia a compresión

9 Microestructuras cristalina y no cristalinas. Microestructura: (a) Cristalina (b) no cristalina El orden cristalino es la forma de organización básica. Existe un orden elemental (celda unitaria) que se repite, según 14 tipos de redes cristalinas (Redes de Bravais).

10 Microestructura cristalina y no cristalinas. Las Materiales cristalinos pueden estar formados por un solo cristal (monocristalino) o muchos (policristalino). Las estructuras amorfas pueden ser vítreas o poliméricas. Las estructuras cristalinas no son perfectas: Existen Defectos que modifican sus propiedades.

11 Sólidos monofásicos y polifásicos. Disolución: mezcla de dos sustancias en la que una pierde su identidad física. Dispersión: mezcla de dos o más sustancias en que cada una mantiene su estado y naturaleza. Se llama FASE a cada una de las sustancias que se distinguen en una dispersión. El Material formado por una fase se llama monofásico u homogéneo. El Material formado por varias fases se llama polifásico o heterogéneo.

12 Sólidos polifásicos. En los sólidos polifásicos, las fases pueden: Formar sistema: existe relación entre las fases. Al variar una varía la otra. Ambas dependen de las condiciones de presión y temperatura. Se trata de un Material Polifásico (por ejemplo, el acero). No formar sistema: Las fases son independientes. Se trata de un Material Compuesto.

13 Sólidos policristalinos y polifásicos (granito)

14 Estructura de un material poroso

15 Estructura de una cerámica porosa

16 Influencia de la porosidad

17 Propiedades de los Materiales. Son sus cualidades intrínsecas esenciales. Dependen fundamentalmente de su estructura. Distinguimos dos tipos de propiedades: Propiedades organolépticas: Se perciben mediante los sentidos. Propiedades tecnológicas: Condicionan su comportamiento frente a acciones exteriores (físicas, mecánicas, etc.).

18 Definición: Propiedades físicas Son los parámetros que definen el comportamiento de los materiales frente a acciones exteriores. Pueden variar con el tiempo (durabilidad y envejecimiento) o por las condiciones ambientales. El comportamiento de los materiales frente a acciones de tipo físico está ligado a su microestructura. Las propiedades se pueden determinar mediante ensayos de caracterización.

19 Acciones físicas sobre los materiales Los materiales se ven sometidos a acciones físicas del ambiente en que se encuentran. Los materiales tienden al equilibrio con el ambiente. Se producen flujos de energía y materia a través de la parte sólida y los huecos (difusión). Las propiedades, composición y estructura del material determinan su Comportamiento frente a las acciones. Tipos de acciones físicas Térmicas Hídricas Acústicas Lumínicas Mecánicas

20 Comportamiento frente a acciones térmicas El calor es una forma de energía (se mide en cal o J). Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos cuerpos, se produce un flujo de calor (de +T a -T). El cuerpo que recibe el calor refleja una parte, absorbe otra y el resto la transmite. El comportamiento de los materiales frente al calor se evalúa mediante tres parámetros: Dilatación térmica Conductividad térmica Inercia térmica

21 Comportamiento frente a acciones hídricas El agua está presenta en el ambiente en forma de agua líquida y de vapor de agua. La presencia de agua y el estado en que aparece en el ambiente afecta a los materiales, especialmente a los materiales porosos. El comportamiento de los materiales frente al agua se evalúa mediante tres parámetros: Absorción Permeabilidad Retracción

22 Comportamiento higrotérmico Por acciones higrotérmicas se entiende la combinación simultánea de acciones térmicas e hídricas, esto es, del calor y de la humedad (vapor de agua contenido en el aire), sobre los materiales. El calor y la humedad afectan de modo similar a aquellos materiales a través de los cuales pueden difundirse Todos los materiales tienden, con el tiempo, al equilibrio con las condiciones higrotérmicas del ambiente. El cambio de condiciones higrotérmicas supone una adaptación dimensional (dilatación+entumecimiento).

23 Comportamiento frente a acciones acústicas El Sonido es una vibración perceptible auditivamente. Se trata de un tipo de energía que se transmite en forma de ondas, con una velocidad y frecuencia determinadas. Se mide por la Presión acústica (1 Pa = 1N/m2) y la energía sonora incidente (db). El comportamiento de los materiales frente al sonido se evalúa mediante el Coeficiente de absorción acústica: Cociente entre la energía sonora absorbida e incidente. Depende de la frecuencia y tipo de ruido (aéreo o de impacto) y forma del material.

24 Comportamiento lumínico de los materiales La luz es una forma de energía. Los materiales pueden reflejar, absorber o transmitir la luz que incide en ellos. Existen tres casos puros de comportamiento lumínico: Si refleja la luz, es brillante y opaco. Si absorbe la luz, es mate y opaco. Si transmite la luz, es transparente. El comportamiento lumínico de los materiales depende de su espesor, color, textura superficial, etc.

25 Acciones mecánicas sobre los materiales Son todas las variaciones del medio que movilizan mecanismos de tensión en los materiales. Por tanto, producen cargas mecánicas sobre el material. Pueden ser acciones mecánicas directas (fuerzas, desplazamientos impuestos o momentos) o indirectas. Las acciones higrotérmicas pueden suponer acciones mecánicas sobre materiales que tienen limitado su desplazamiento (dilatación térmica o entumecimiento). Dependiendo de la velocidad de carga, se consideran como estáticas (lentas) o dinámicas (rápidas y, normalmente, repetitivas). En función de la duración de la carga pueden ser variables o permanentes (de larga duración).

26 Tipos de Mecanismos de deformación Los principales mecanismos de deformación son tres: Deformación elástica Deformación plástica Deformación viscosa Se trata de mecanismos teóricos que, aunque no se dan puros en la realidad, permiten estudiar y analizar los materiales. Estos mecanismos se suelen combinar (elasto-plástico, visco-elástico, etc.)

27 Fluencia y Relajación Son fenómenos producidos por el comportamiento viscoso de los materiales (a largo plazo). Fluencia: aumento de la deformación en el tiempo de un material sometido a tensión constante. Relajación: reducción de la tensión de un material en el tiempo sometido a una deformación constante. P P Δε t i = 0 t f = n Fluencia σ i > σ f Relajación

28 Comportamiento frente a acciones dinámicas La respuesta mecánica de los materiales depende de la velocidad de carga y del número de repeticiones. Normalmente los materiales muestran mayor resistencia al aumentar la velocidad de carga (impactos). Se distinguen tres parámetros de caracterización: Resistencia a impacto: aplicación de una carga muy rápida. El material responde absorbiendo energía (Resiliencia). Fatiga: aplicación de cargas repetidas inferiores a la resistencia estática y repetidamente hasta rotura. La rotura se produce a tensiones inferiores a la resistencia estática. Amortiguamiento: Capacidad de disipación de energía.

29 Tipos de fractura Están relacionados con los mecanismos de deformación: Frágil: baja deformación en rotura (elástico). Dúctil: alta deformación en rotura (muy plástico). Por fluencia: rotura por deformación diferida (viscoso). Por fatiga: cargas repetidas inferiores a σ máxima. Frágil Poco dúctil Dúctil Por Fluencia

30 Resumen de comportamiento mecánico Deformación Dependencia del tiempo Recuperable Tipo de fractura Elástica NO SI Frágil Plástica NO NO Dúctil Viscosa SI NO Fluencia Visco-elástica NO (depende de la repetición de carga) Parcialmente Fatiga

31 Reacción y Resistencia al fuego Reacción al fuego: Es la respuesta de los materiales frente a fuego. Es una característica propia de un material o producto y determina la magnitud relativa con la que puede favorecer el inicio y desarrollo de un incendio. No confundir con Resistencia al Fuego. Resistencia al fuego: es la característica que corresponde a una solución constructiva, por la cual se determina la capacidad de resistir en el tiempo, a la acción del fuego. Los cambios en la microestructura reducen la capacidad mecánica.

32 Clases de Materiales por su Reacción al fuego Clasificación: Euroclases - Incombustible A1, A2 - Combustible, no inflamable B - Inflamabilidad Baja C - Inflamabilidad Media D - Inflamabilidad Alta E - Sin Clasificar F - Producción de humo (baja, media y alta) s1, s2, s3 - Caída de gotas/partículas (nula, media, alta): d0, d1, d2 La clasificación depende también de la forma en que éstos se colocan sobre los soportes, consecuentemente, los materiales deben clasificarse según su aplicación final. - paredes y techos irán sin subíndice, - para los suelos llevarán el subíndice FL (floor) - productos lineales para aislamientos de tuberías llevarán el subíndice L (line).

33 Durabilidad y mecanismos de degradación La durabilidad define el tiempo en que un material mantiene sus propiedades. Depende del tipo de material y exposición a los agentes externos (ambiente y acciones externas). Los mecanismos de degradación de los materiales son los procesos de pérdida de propiedades. Las acciones pueden ser de varias naturalezas y, en función del tipo de material, producen diferentes mecanismos de degradación.

34 Acciones y mecanismos de Degradación Químicas Biológicas Físicas Mecánicas Oxidación y corrosión Ataques de ácidos y bases Consumición Putrefacción Térmicas y fuego Hídricas Radioactivas y electromagnéticas Desgaste Fractura Deformación

35 Ley de Ordenación de la Edificación (LOE, 38/1999) Regula el proceso de la edificación, definiendo las figuras legales de los agentes que intervienen. Fija sus obligaciones para establecer las responsabilidades y cubrir las garantías a los usuarios. El Arquitecto Técnico controla la recepción de materiales y productos y la ejecución material de las obras. Las obras deben cumplir los Requisitos esenciales. Para ello, el Gobierno aprobó por RD el Código Técnico de la Edificación (CTE). (se aprobó en marzo de 2006 y es de aplicación obligatoria desde marzo de 2007)

36 Código Técnico de la Edificación Es el nuevo marco normativo español ( ). Se trata de una normativa por prestaciones que garantice la seguridad, habitabilidad y proteja el medioambiente. Sus objetivos básicos más importantes son simplificar, coordinar y sustentar toda la normativa obligatoria. Se organiza en dos partes: En la Primera se fijan las Exigencias Básicas (necesidades a cubrir según los Requisitos Esenciales). En la Segunda se describen métodos de verificación y soluciones aceptadas (que cumplen las Exigencias Básicas), en forma de varios Documentos Básicos.

37 Documentos Básicos (CTE) DOCUMENTOS BÁSICOS DE SEGURIDAD: Seguridad Estructural. DB-SE : DB SE-AE Acciones en la edificación DB-SE-C Cimentaciones DB-SE- A Estructuras de Acero DB-SE- F Estructuras de Fábrica DB-SE- M Estructuras de Madera Seguridad en caso de incendio. DB-SI. Seguridad de utilización. DB-SU. DOCUMENTOS BÁSICOS DE HABITABILIDAD Habitabilidad. Salubridad. DB-HS. Protección contra el ruido. DB-HR. Habitabilidad. Ahorro de energía. DB-HE.

38 Instrucciones sobre materiales EHE-08, Instrucción de Hormigón estructural: Soluciones generales de práctica constructiva y de control de calidad de materiales y de proceso constructivo. Es de obligado cumplimiento en el proyecto y ejecución de obra nueva en construcción (incluye Edificios). Cementos, RC-08: establece las prescripciones técnicas de cementos para su recepción en obras de construcción. Establece los métodos de ensayo para determinar las características de los materiales según normas UNE-EN (Marcado CE).

39 Normas UNE (Una norma española) Constan de un extenso número de Especificaciones Técnicas (criterios de calidad de materiales) y de procedimientos de ensayo. Las publica AENOR y son normas de referencia. Cada tipo de materiales o aplicación se estudian y normalizan en Comités Técnicos (AEN/CTN). Muchas normas UNE son transposición de normas europeas (Normas EN). Pueden declarase de obligado cumplimiento por Ley, Real Decreto u Orden Ministerial (CTE, EHE, RC).

40 Requisitos esenciales de los Materiales (Directiva 89/106/CEE y RD 1630/92) Establecen las propiedades de los materiales y Productos de Construcción para establecer la Calidad : 1. Resistencia Mecánica y estabilidad. 2. Seguridad en caso de incendio. 3. Higiene, salud y medio ambiente. 4. Seguridad de utilización. 5. Protección contra el ruido. 6. Ahorro de energía y aislamiento térmico.

41 El Marcado CE de materiales y Productos de Construcción Es un Distintivo de carácter Obligatorio. Es de aplicación a los productos de construcción para su comercialización en el ámbito de la UE. Garantiza la conformidad con los Requisitos esenciales y la normativa (UNE-EN y DITE). Con el marcado "CE", el fabricante declara la conformidad con las obligaciones referentes a los productos, que incumben al fabricante, de acuerdo con las Directivas comunitarias y su aplicación. La conformidad se evalúa según un sistema de evaluación determinado.

42 Marcado CE: Evaluación de la conformidad

43 Documentos de Idoneidad Técnica (DIT, DITE, DAU) Los materiales y productos que no tienen una normativa de calidad propia no pueden certificarse. Los materiales novedosos no tienen normativa reguladora, por lo que necesitan de otros documentos acreditativos de su calidad. Existen documentos para su elaboración Guías DITE Los DITE son documentos que acreditan que los materiales y productos no sujetos a normativa cumplen los Requisitos esenciales (para una determinada aplicación constructiva). Los conceden organismos oficiales y tiene un periodo de validez limitado.

44 Parámetros de Recepción de Materiales Identificación del material. Caracterización de sus propiedades: Mediante ensayos de caracterización Mediante certificaciones de producto Mediante distintivos (Sellos y Marcas de calidad ) Adecuación a las especificaciones técnicas definidas en el proyecto de arquitectura. Adecuación a la Normativa.

45 Glosario de conceptos del Tema 1 Material de Construcción Propiedades Físicas Fluencia y Relajación Producto Acciones físicas Comp. Dinámico Adecuación Comportamiento térmico Fractura Compatibilidad Dilatación Reacción al fuego Durabilidad Conductividad Degradación Tipos de materiales Inercia térmica LOE-1999 Niveles Constructivos Comportamiento hídrico CTE Enlace Químico Absorción EHE-08 y RC-08 Enlace Iónico Capilaridad UNE-EN Microestructura cristalina Permeabilidad Control de Calidad Material Policristalino Retracción Requisitos Esenciales Material Polifásico Comp. Higrotérmico Marcado CE Material Compuesto Absorción acústica SEC Porosidad Comp. lumínico Guía DITE Tipos de poros Mecanismos deformac. Recepción de Materiales

46 Tema 1: Los Materiales de Construcción 1. Los Materiales en la Construcción. 2. Materiales Inorgánicos No-Metálicos. A. Microestructura Inorgánica. B. Propiedades Básicas de los Materiales. 3. Normativa y Calidad de los materiales. A. Normativa General (CTE) y Específica. B. Normativa de Calidad (Marcado CE y DITE). 4. Glosario de Términos.

47 Bibliografía de consulta recomendada. Callister, W.; Ciencia e ingeniería de materiales, Ed. Reverté, Smith, W.; Fundamentos de ciencia e ingeniería de los materiales, Ed. McGraw-Hill, Código Técnico de la Edificación (CTE) García Messeger, A.; Fundamentos de la Calidad en la Construcción, Fund. COAAT Sevilla, Directiva 89/106/CEE sobre los productos de la construcción (R.D. 1630/1992) y desarrollo de Marcado CE de materiales y productos de la construcción.