1. CLASIFICACIÓN UNIDAD 3: MATERIALES PÉTREOS Y CERÁMICOS Existen 5 grandes grupos de materiales empleados en la edificación, que son Pétreos. Elementos naturales como el granito, el mármol, la arena o la pizarra. Se usan de forma natural sin apenas tratamiento. Cerámicas y vidrios. Los primeros se obtienen al cocer el barro en hornos especiales. Ejemplos de cerámicos son las tejas, el ladrillo, las bovedillas. Los vidrios se obtienen de la sílice (tierra) junto a otros componentes para mejorar sus propiedades. Son materiales muy duros y frágiles. Aglutinantes. El cemento y el yeso se sirven a granel en forma de polvo, pero con la mezcla de agua, endurece para formar un compuesto duro. A este proceso se le llama fraguado. Compuestos. Son una mezcla de materiales para crear otro material con una mejora en ciertas propiedades, como por ejemplo el asfalto (mezcla de alquitrán y grava ) o el hormigón (mezcla de cemento, grava, arena y agua ). Metálicos. Partiendo de ciertos minerales, se obtiene una gran variedad de metales puros (aluminio, el hierro ), que al unirlo a otros metales y no metales se obtiene las aleaciones (caso del acero, que es la mezcla de hierro y carbono). 2. MATERIALES PÉTREOS 2.1. Rocas Calizas: son rocas de origen sedimentario que se han formado por la acumulación de sedimentos ricos en carbonato de calcio (huesos, conchas, caparazones...). Se emplean en la construcción de muros y en la fabricación de cemento. Se tallan con facilidad. Tienen gran porosidad y son sensibles a la acción de la lluvia ácida. Areniscas: son rocas sedimentarias, de textura granulada, formadas por arenas unidas con cementos naturales. Las hay de distintos tipos (silícea, caliza, arcillosa, ferruginosa...), con diferentes resistencias, durezas y colores. Se emplea en revestimiento de edificios. Pizarras: son rocas metamórficas. Duras, densas y compactas. Tienen diferentes colores que van desde el negro hasta el ocre. Resultan fáciles de separar en láminas (lajas) y son impermeables, razones por las que se utilizan en cubiertas para tejados y para revestir pavimentos. Granitos: son rocas ígneas de origen magmático, compuestas principalmente de feldespato, cuarzo y mica. El granito es duro, denso y resistente a la compresión y a las condiciones ambientales. Tiene un tacto frío y suave. Se puede tallar y pulir, lo que asegura una superficie de gran brillo. Viene en diferentes colores. No es tan poroso como el mármol y es resistente a los productos químicos y a los ácidos. La presencia de cuarzo le confiere más durabilidad y dureza que el mármol y lo hace más resistente a las manchas y al desgaste. Se utiliza en la construcción de paredes, suelos y encimeras. Mármoles: son rocas metamórficas. Se pueden encontrar en una variedad de colores, tonos y patrones. Al igual que los granitos, pueden ser tallados y pulidos. Son de tacto frío y suave. Ofrecen una alta resistencia a la compresión, tienen una muy alta densidad y dureza, pero son porosos y sensibles a la acción de los ácidos y al calor. Se utilizan en encimeras, en el revestimiento de paredes y suelos y en ornamentación IES Cristo del Socorro Pág. 1 de 7 Pág.
2.2. Áridos y cantos rodados Los áridos son materiales de construcción granulados. Pueden ser naturales, artificiales y reciclados. Entre ellos tenemos las arenas y las gravas: Arenas: proceden de la desintegración natural o de la trituración de las rocas. Son partículas cuyo diámetro no supera los 5 mm. Se emplean en la elaboración de morteros. Gravas: Las gravas son fragmentos de roca cuyo diámetro es superior a los 5 mm e inferior a los 5 cm. Se emplean en la elaboración de hormigón. Los cantos rodados son fragmentos de roca, de tamaño comprendido entre los 5 y los 25 cm, que han sido transportados por el agua o el hielo, por lo que su superficie suele ser lisa y su forma redondeada. Resultan muy útiles por la facilidad con la que se adhieren al hormigón. Se emplean como material de relleno, para hacer drenajes y en pavimentos. 3. CERÁMICAS Y VIDRIOS Son materiales muy duros, aislantes del calor y de la electricidad, muy resistentes a las temperaturas elevadas, a los ataques químicos y fáciles de moldear. Por contra, son materiales frágiles, que tienden a romperse en pedazos cuando se golpean. La diferencia entre unos y otros es que las cerámicas se moldean en frío, mientras que los vidrios se moldean en caliente. 3.1. Las cerámicas Las cerámicas se obtienen a partir de arcillas que se mezclan con otros materiales, tales como arenas y óxidos metálicos. Esta mezcla se tritura, se le añade agua, se moldea hasta obtener la forma requerida, se seca y se cuece en un horno. Antes de la cocción, se pueden esmaltar. Se pueden incorporar aditivos que mejoran las propiedades de la pasta. Según la arcilla empleada y la temperatura y la forma en la que se han cocido, hay distintos tipos de cerámicas que pueden agruparse en dos grandes categorías: cerámicas porosas (arcillas cocidas, loza y refractarios) y cerámicas impermeables (gres y porcelana). Cerámicas porosas: en el proceso de cocción no se funde el cuarzo con la arena y por tanto no vitrifica. Son permeables a los líquidos y gases y su fractura es terrosa. Arcillas cocidas: de tacto duro y áspero. Se fabrican ladrillos, bovedillas, losetas, botijos, jarrones, etc. Si se recubre con un esmalte blanco (óxido de estaño) adquiere un tacto suave (cerámicas finas). Loza: se fabrica con arena arcillosa tratada previamente para eliminar algunas impurezas. Se cuece a mayor temperatura (1.300 ºC), obteniéndose un producto parecido a la porcelana, pero que no es impermeable. Refractarios: agregando a las arcillas algunas sustancias (como óxido de aluminio) y cociéndola a mayor temperatura (hasta 1.650 ºC), se fabrican cerámicas que resisten altas temperaturas como ladrillos refractarios (para hornos y chimeneas). Cerámicas impermeables: las arcillas se someten a altas temperaturas para que vitrifique la arena de cuarzo. Son productos más duros e impermeables. Gres: empleado para fabricar baldosas, azulejos, ladrillos especiales. Elevada dureza y compactibilidad. Porcelana: se obtiene a partir de una pasta preparada, compuesta de caolín, feldespato y cuarzo realizando dos cocciones a alta temperatura. Se obtienen productos de pequeño espesor de elevada dureza y resistente a los ácidos que tienen aplicación para vajillas finas, objetos decorativos, etc. Loza sanitaria: Se utiliza en lavabos, inodoros, bañeras, bidés, etc. IES Cristo del Socorro Pág. 2 de 7 Pág.
3.2. Los vidrios Los vidrios se obtienen fundiendo en un horno una mezcla de arena, cal y sosa. Cuando dicha mezcla está fundida, se le da la forma correspondiente y después se deja enfriar. Aunque esta es la base de la elaboración del vidrio, hay varios métodos de obtención de la forma (soplado, estirado, flotado, etc.) y de tratamiento posterior (laminado, templado, coloreado, etc.). Todo ello hace que se puedan obtener multitud de productos vítreos diferentes, y que el vidrio tenga muchísimas aplicaciones: ventanas, botellas, vajillas, material de laboratorio, ornamentación, etc. Los vidrios más empleados en la construcción son los vidrios planos o laminados, que pueden tratarse de diferentes maneras para conseguir distintas propiedades: alta resistencia a los impactos, aislamiento térmico y acústico, filtrado de la luz, etc. IES Cristo del Socorro Pág. 3 de 7 Pág.
4. MATERIALES DE UNIÓN Y MATERIALES COMPUESTOS. 4.1. Materiales aglutinantes y materiales compuestos. Los aglutinantes son materiales capaces de unir fragmentos de uno o más materiales para formar un conjunto compacto. Según la forma en que llevan a cabo la unión, se denominan aglomerantes o conglomerantes. En los aglomerantes la unión tiene lugar por procesos físicos. Entre ellos tenemos el barro, la cola, el betún, etc. En los conglomerantes la unión ocurre mediante transformaciones químicas. Entre ellos tenemos el yeso, la cal y cemento. Los materiales compuestos son materiales que resultan de la mezcla de dos o más materiales, con lo que se consigue que combinen sus propiedades, además de obtener otras propiedades nuevas que no tenían los materiales por separado. Entre ellos tenemos el hormigón, el fibrocemento, el asfalto, los plásticos reforzados con fibra de vidrio, etc. 4.2. Yeso Se presenta en la Naturaleza en grandes masas granulares o compactas y, en ocasiones, en cristales en forma de flecha. Es muy blando (2 en la escala de Mohs) y muy poco resistente a los agentes atmosféricos, por lo que su empleo queda prácticamente restringido al interior de los edificios. El yeso proviene del mineral del mismo nombre, y se obtiene por medio de un proceso que elimina la mayor parte de la humedad, dando como resultado un polvo blanco y suave que se endurece o fragua al mezclado con el agua. El yeso se suele emplear para recibir los ladrillos de los muros internos de las construcciones, así como para recubrir los tabiques y las techumbres (operación que recibe el nombre de enlucido). Este material proporciona unas superficies suaves y lisas sobre las que se puede pintar y empapelar con facilidad, y se utiliza como aislamiento térmico y acústico. También se utiliza para construir elementos prefabricados, como planchas, paneles, molduras, etc. 4.3. Cemento El cemento es una mezcla de yeso, piedra caliza y arcilla, que se tritura y calcina en un horno y después se enfría y se muele para formar un polvo de color gris. Para prepararlo, se añade agua al polvo de cemento y se amasa hasta conseguir una pasta densa. La cantidad de agua que se debe añadir al cemento para conseguir la mezcla idónea es aproximadamente la mitad del peso del cemento. A diferencia del yeso y de la cal, el cemento raras veces se usa solo, lo habitual es utilizado en combinación con otros materiales como arena o cal, formando aglomerados; especialmente, morteros y hormigón. Hay distintas variedades de cemento, que pueden dividirse en naturales y artificiales. El cemento más utilizado en la elaboración del hormigón es el cemento Portland. 4.4. Mortero Es una mezcla de uno o más conglomerantes (generalmente, yeso, cal o cemento), arena y agua. Cuando el conglomerante y la arena se amasan con agua se obtiene una pasta que,, fragua y endurece, como consecuencia de unos procesos químicos que se producen en ella. Se emplea para unir elementos de construcción, como piedras y ladrillos, fijar baldosas y baldosines y recubrir exteriormente las construcciones. Los morteros de cemento pueden mejorarse añadiéndoles otro conglomerante como la cal o aditivos plastificantes para que sean más trabajables y endurezcan más o menos rápidamente. IES Cristo del Socorro Pág. 4 de 7 Pág.
4.5. Hormigón El hormigón está formado por una mezcla de un 55% a un 75% de materiales inertes, como la arena y la grava; de un 25% a un 40% de un aglomerante, como el cemento, y agua. La mezcla se hace directamente con palas o bien en hormigoneras. La proporción entre los distintos componentes de la mezcla se elige teniendo en cuenta las propiedades que esperan conseguirse: facilidad con la que se trabaja la mezcla, durabilidad, coste, resistencia, etc. Se emplea tanto para construir cimientos, pilares, aceras, etc., como en la elaboración de prefabricados. Hormigón armado: El hormigón resiste bien los esfuerzos de compresión pero es poco resistente a la tracción. Para evitar este inconveniente, los pilares y las vigas de hormigón se refuerzan con barras metálicas (denominadas armadura; la armadura de acero está compuesta por varillas de acero corrugado de diámetros calculados previamente). Estas barras suelen ser de acero, ya que el acero y el hormigón se dilatan y se contraen casi del mismo modo, lo que reduce el riesgo de que se produzcan grietas. Hormigón pretensado: Hormigón que contiene acero sometido a fuerte tracción previa y permanente para someter a las piezas de hormigón a esfuerzos de compresión previos a su puesta en servicio. Se emplea sobretodo para la fabricación de viguetas. 4.6. Cal La cal es un término que designa todas las formas físicas en las que pueden aparecer el óxido de calcio (CaO) y el óxido de calcio y magnesio (CaMgO 2 ), denominados también, cal viva. La cal aérea es un aglomerante aéreo, junto con el yeso. Son llamados aglomerantes aéreos por no contener arcilla y solo fraguan y endurecen en contacto con el aire. Se ha usado, desde la más remota antigüedad, de aglomerante en la construcción; también para pintar (encalar) muros y fachadas de los edificios El fraguado de la cal aérea se verifica solo en el aire seco o con muy poca humedad; si está muy húmedo lo hace con mucha dificultad, y dentro del agua no se realiza. Por este motivo no se puede emplear en obras hidráulicas. La cal es poco conductora de temperatura comparada con el cemento, por tanto más aislante, fungicida (no se forman hongos), no caduca nunca incluso mejora con los años, se puede pigmentar de una gran gama de colores, el blanco es blanco puro, gana pureza con los año. 5. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES A la hora de hacer un edificio es importante saber como se van a comportar los materiales. Alguna de las propiedades más importantes son la densidad, la compresión y la tracción. La densidad es la relación entre el peso y el volumen y se mide en kg entre m 3. La fórmula que hay que emplear para calcularla es: donde M es la masa y V el volumen. Veremos ahora un Ensayo de compresión para determinar cuantos Kg es capar de aguantar un material antes de que se rompa o deforme. Para ello tenemos que considerar la magnitud física de presión, que nos mide la fuerza entre superficie y cuya unidad es el Mpa (megapascal ) o sea un millón de pascales. Se define el pascal como presión ejercida por una fuerza de 1 Nw en 1 metro cuadrado, o sea: IES Cristo del Socorro Pág. 5 de 7 Pág.
En la siguiente imagen tenemos el comportamiento del acero, el vidrio y el hormigón. El Vidrio es con diferencia el ganador de este ensayo pero su fragilidad no le permite ser usado como elemento de carga. Por último, el Ensayo de tracción nos ofrece una valiosa información de cada material cuando está sometido a dos fuerzas que tienen a estirarlo. Observamos que el hormigón es nefasto para este esfuerzo y el material que mejor lo hace es el acero. Por esto mismo, al hormigón se le añade barras de hierro para aumentar su resistencia a la tracción. 6. CÓMO SE HACE UN LADRILLO? Vamos a poner el ladrillo como ejemplo para fabricar un tipo de cerámica. Para ello necesitamos los ingredientes básicos que son la arcilla, el feldespato y la arena. La arcilla sin tratar es plástica y moldeable pero cuando se seca, se forma un bloque rígido perdiendo su plasticidad. Si la pasamos por un horno a unos 1000 ºC, se vuelve vítrea. Para disminuir la temperatura de cocción de la cerámica, se le añade feldespato. La arena se añade para rellenar. Si queremos que aguante mucho el calor se le puede añadir sustancias especiales para convertirla en cerámica refractaria. IES Cristo del Socorro Pág. 6 de 7 Pág.
7. CÓMO SE HACE EL VIDRIO PLANO? El vidrio se obtiene a partir de la fusión de arena, álcali y óxidos metálicos (se añaden para dar color y estabilidad). Destacar que a la salida del horno principal el vidrio está muy caliente por lo que es necesario calentarlo de nuevo a temperaturas decrecientes para que no se rompa. 8. PRINCIPALES ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS DEL EDIFICIO La ilustración de la derecha muestra los elementos esenciales de un edificio moderno. 1. Cimientos: es una estructura (hecha, de cemento, acero y grava, principalmente) que transfiere cargas a la tierra. Los problemas de diseño principales son: asentamientos y capacidad de carga. 2. Estructura: se compone de pilares, vigas y viguetas de hormigón armado o de acero. 3. Suelos y techos: las bovedillas se colocan entre dos viguetas y luego se cubren con una capa de hormigón sobre el que se colocan baldosas o parquet. 4. Muros exteriores: se hacen generalmente con dos paredes de ladrillo y una capa aislante entre ambas (para evitar la pérdida de calor). 5. Ventanas: proporcionan un vínculo visual entre el espacio interior y el mundo exterior. Son muy importantes para la salud mental de las personas en la casa. En el dintel (parte superior de la ventana) se coloca una vigueta para soportar la carga de todos los ladrillos situados sobre el marco de la ventana. 6. Cubierta: Sus funciones son las de proteger un edificio de la intemperie y de retener el calor generado en el interior. Se compone de una estructura de madera o acero, un material térmico, tal como fibra de vidrio y la última capa, las tejas o pizarras. 7. Muros interiores: su función principal es la de dividir el espacio total dentro de la casa en espacios más pequeños. Están hechas de ladrillo, madera o yeso. IES Cristo del Socorro Pág. 7 de 7 Pág.
I.E.S. LA ALDEA DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA 2º E.S.O. ACTIVIDADES DE MATERIALES PÉTREOS 1. Contesta a las siguientes preguntas: a) Qué son los materiales cerámicos? Qué características tienen? b) Qué es la porcelana? c) Qué materiales forman el mortero? 2. Qué diferencia hay entre el hormigón y el hormigón armado? 3. Haz una lista con diez objetos fabricados utilizando materiales pétreos; indica de qué material están hechos. 4. Completa la siguiente tabla indicando en cada caso el material del que están hechos los objetos mencionados o qué tipo de objetos podemos fabricar con los materiales que indicamos. MATERIAL APLICACIÓN MATERIAL APLICACIÓN Granito Mármol Industria eléctrica Molduras Vidrio refractario Cemento Oftalmología Arcilla Arena Tejas 5. Haz una lista con los materiales estudiados que están presente en diferentes estancias de una vivienda. Presta atención a las paredes, al suelo y al techo. a) Cocina b) Cuarto de baño c) Salón 6. Cita ocho materiales necesarios para construir un edificio. 7. Explica brevemente con tus propias palabras lo que significa el fraguado de cemento. 8. Relaciona los materiales con sus aplicaciones: A. Caliza B. Granito C. Mármol D. Pizarra E. Áridos 1. Se usa para fabricar cemento. 2. Pavimentación de exteriores. 3. Cubierta de suelos y paredes interiores. 4. Cubiertas de tejados. 5. Componente de relleno de hormigones. 30
I.E.S. LA ALDEA DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA 2º E.S.O. 9. Indica qué material corresponde cada número: NRO OBJETO MATERIAL 1 2 3 4 5 6 7 10. Clasifica los elementos que aparecen en el dibujo anterior en función del grupo de materiales de construcción al que pertenecen: PÉTREOS CERÁMICOS AGLUTINANTES COMPUESTOS 31