propiedades de los materiales y elementos de construcción

Diseo de la cubierta: Ernest CastelltortDiseo de la maqueta interior: Tono CristfolMaquetacin: Edicions UPC

Primera edicin: noviembre de 2010

los autores, 2010

Edicions UPC, 2010Edicions de la Universitat Politcnica de Catalunya, SLJordi Girona Salgado 31, Edifici Torre Girona, D-203, 08034 BarcelonaTel.: 934 015 885 Fax: 934 054 101Edicions Virtuals: www.edicionsupc.esE-mail: [email protected]

Produccin: LIGHTNING SOURCE

Depsito legal: B-45484-2010 ISBN: 978-84-7653-909-5

Cualquier forma de reproduccin, distribucin, comunicacin pblica o transformacin de esta obra solo puede ser realizada con la autorizacin de sus titulares, salvo excepcin prevista por la ley. Dirjase a CEDRO (Centro Espaol de Derechos Reprogrficos, http://www.cedro.org) si necesita fotocopiar o escanear algn fragmento de esta obra.

La presente obra fue galardonada en el quinto concursoAjut a lelaboraci de material docent convocado por la UPC

ndice

ndice1 Propiedades de los materiales de construccin 81.1 Introduccin 91.2 El rigor 111.3 Los ensayos y la normativa 121.4 Las unidades 141.5 Magnitudes fundamentales 151.6 Magnitudes derivadas 161.7 Las propiedades 191.8 Los fenmenos 211.9 Los tratamientos 211.10 Los aditivos 22

2 Estados de la materia. La masa 242.1 Introduccin 252.2 Propiedades comunes a todos los materiales 262.3 La densidad 282.4 Inters tecnolgico en la arquitectura 302.4.1 La densidad y el aislamiento acstico 302.4.2 La densidad y la inercia trmica de los edificios 302.4.3 La densidad y la estructura 312.5 Anisotropa en la construccin arquitectnica 322.6 Tabla de densidades de los materiales de construccin 33

3 Propiedades de los gases, lquidos, pastas y slidosgranulares 34

3.1 Introduccin 353.2 Los gases 353.2.1 La presin 363.2.2 La presin de vapor 373.2.3 La humedad (absoluta o relativa) 383.2.4 Otras propiedades del aire 393.3 Los lquidos 393.4 Las pastas 433.5 Materiales granulares 44

4 Propiedades de la masa de los slidos 504.1 Introduccin 514.2 Los slidos y sus vacos 514.3 La absorcin y la adsorcin 524.4 La humedad 54

3

propiedades de los materiales de construccin4.5 Las eflorescencias 554.6 La permeabilidad 564.7 Permeabilidad al vapor de agua 574.8 La filtracin 60

5 Propiedades mecnicas de los slidos 625.1 Introduccin 635.2 La deformabilidad de los materiales y elementos de

construccin 635.3 Los mdulos de deformacin 665.4 Elasticidad y plasticidad 685.5 La rotura 705.6 La resistencia de los materiales 715.7 La resistencia de clculo 735.8 Otras propiedades mecnicas 74

6 Propiedades reolgicas de los slidos 786.1 Introduccin 796.2 Los materiales y la temperatura 796.3 Los materiales y la humedad 816.4 La coercin de las deformaciones 856.5 La intumescencia 87

7 Propiedades trmicas de los slidos 887.1 El calor y la temperatura 897.2 La transmisin de calor 907.3 La conduccin del calor 907.4 El aislamiento trmico 937.5 El coeficiente de transmisin trmica 967.6 La inercia trmica 997.7 El retardo trmico 1037.8 El amortiguamiento trmico 1057.9 La temperatura interior de un edificio 1077.10 El calentamiento de los cerramientos 109

8 Propiedades de los slidos ante los fenmenosondulatorios 112

8.1 Introduccin a los fenmenos ondulatorios 1138.2 Fenmenos ondulatorios que afectan a los edificios 1158.3 Las ondas y los edificios 1168.4 El sonido y los materiales y elementos de construccin 1188.5 El aislamiento acstico 1188.6 El aislamiento en las vibraciones. El ruido de impacto 1218.7 El acondicionamiento acstico 1228.8 Las ondas electromagnticas 126

4

ndice8.9 Comportamiento de los edificios ante las ondas

electromagnticas 126

9 Propiedades aparentes de los slidos 1309.1 Introduccin 1319.2 El olor, el gusto y el sonido 1319.3 El tacto 1329.4 La vista 1339.5 El color de los objetos 1349.6 La brillantez 1359.7 La transmisin de la luz 1369.8 La temperatura de los elementos constructivos 1389.9 El efecto invernadero 139

10 Propiedades temporales de los slidos 14210.1 Introduccin 14310.2 La putrefaccin 14410.3 Los xilfagos 14510.4 La meteorizacin 14510.4.1 La helacidad 14610.4.2 La expansibilidad 14610.4.3 La solubilidad 14610.4.4 Las alteraciones qumicas 14710.4.5 El desgaste por friccin 14810.5 La oxidacin y la corrosin 14810.6 La corrosin electroqumica 14910.7 La carbonatacin en el hormign armado 15010.8 La durabilidad de los plsticos 15110.9 La radiacin ultravioleta 15210.10 El fuego 152

11 Otras propiedades. Los costes 16011.1 Los costes 16111.2 Costes materiales 16211.2.1 Tipos de precios 16211.3 Costes energticos 16311.4 Costes ecolgicos y ambientales 16411.4.1 Reducir 16411.4.2 Reutilizar 16511.4.3 Reciclar 16511.4.4 Sostenibilidad 16611.4.5 Tratamiento de residuos 17111.5 Costes de la salud 17211.5.1 La posicin y la ventilacin 17411.5.2 La degradacin y el mantenimiento 17511.5.3 Materiales txicos 176

5

propiedades de los materiales de construccin11.5.4 Partculas suspendidas en el aire 17611.5.5 Emisin de vapores en la colocacin 17711.5.6 Volatilizacin a largo plazo 17711.5.7 Los formaldehdos 17811.5.8 Polvos: actividad de mantenimiento 17911.5.9 Radiacin 179

Bibliografa 182

Notas 184

6

propiedades de los materiales de construccin

propiedades de losmateriales de construccin

1.1 IntroduccinCada da es ms difcil escoger los materiales de construccin con los cuales se construyen losedificios. Esta complejidad tiene causas diferentes; hasta cierto punto, todas tienen un origensimilar.En primer lugar se han incrementado mucho las ofertas. Solo hay que entrar en cualquierestablecimiento de venta de materiales de la construccin para darse cuenta de que el nmerode productos utilizados en la edificacin ha aumentado de forma exponencial en las dos o tresultimas dcadas. Los almacenes estn llenos de productos conocidos de toda la vida, o deproductos desconocidos, de los cuales con poco trabajo se puede deducir su funcin.As mismo, las revistas de arquitectura, de ingeniera o de construccin, suelen tener pginas conapartados dedicados a la promocin de estos productos arriba mencionados. En este caso,tambin es fcil encontrar nuevos productos con fotografas de edificios que hacen referencia asu utilizacin.Y no hablemos de las ferias (por ejemplo: Construmant, Construtec, Construlan, Batimat) del sectorde la edificacin. Cada vez son ms numerosas y ms grandes. Las superficies de exposicin y elnmero de expositores aumentan de ao en ao, y recorrerlas con atencin requiere muchashoras.Pero no se trata solamente del nmero de productos. Tambin, ha aumentado enormemente lavariedad. No se puede hablar de cemento, mortero, hormign, etc., hay que definir muy bien qutipo de cemento, mortero u hormign se requiere. La variedad de posibilidades implica conocermuy bien el producto a utilizar.As pues, ni los materiales de siempre: madera, vidrio, acero, cermica, conglomerados, etc., selibran de esta especializacin, y se ofrecen al usuario bajo mltiples denominaciones, de acuerdocon los aditivos empleados, la proporcin de sus componentes, el mtodo de su fabricacin, etc.

9


Finalmente, por si eso no fuera suficiente, se ha entrado en la poca de los llamados nuevosmateriales. La ingeniera gentica aplicada a los materiales est produciendo unos hbridos quede alguna manera se han popularizado con el trmino anglosajn de composites y a los quepodemos llamar simplemente compuestos.Las mezclas de plsticos, cermicas, vidrios y metales proporcionan un tipo de aleacin deposibilidades y nmeros inimaginables. Pero no solo se utilizan para la edificacin, sino que estosmateriales hechos a medida pueden ser empleados en infinidad de aplicaciones, por lo cual cadavez ms sern ms competitivos, tanto en prestaciones como en precios.De todo este panorama, se puede obtener una conclusin rpida: hay que saber elegir.Qu significa eso? Sencillamente, que hay que elegir lo mejor, es decir, seleccionar el materialque mejor cumpla los requerimientos para los cuales ha sido elegido. Y es en este momentocuando entra en juego el conocimiento de sus propiedades. Cuando el nmero de materiales eramuy reducido, cuando cada material tena su propia misin, cuando cada parte de la edificacintena su propio material, no haba posibilidades de elegir, y por tanto no haba posibilidades deerror.El diseo constructivo consiste en evaluar correctamente los requerimientos que ha de respetarun determinado elemento, y ver entre las diversas posibilidades cules son aquellas que tienenlas propiedades que se adaptan de la mejor manera a las solicitaciones mencionadas. Es por esoque, cada vez ms, el tcnico ha de conocer ms estas propiedades y el industrial o fabricanteha de hacerlas publicas ms ampliamente.Afortunadamente, los catlogos, prospectos, folletos, etc., que acompaan los diversos productosde la construccin son cada vez ms completos. Ahora es ms fcil encontrar una informacinms objetiva y coherente y no una serie de afirmaciones gratuitas, no demostradas, que predicanla extraordinaria cualidad de ese producto. Aun as, estas tablas de propiedades llegan a ser,algunas veces, intiles bien por falta de conocimientos del usuario que las lee, o bien por laexcesiva complejidad de la informacin aportada.Efectivamente, para poder entender y asimilar esta informacin hay que conocer el significado decada una de las propiedades de manera clara y objetiva. No hay que confundir trminossemejantes pero no idnticos. Y finalmente, hay que tener una nocin de los valores ms lgicos

10

propiedades de los materiales de construccinde cada una de estas propiedades, con el objetivo de poder valorar la bondad del material encuestin. En fin, para poder optar por la mejor eleccin, es imprescindible el estudio y elconsecuente conocimiento de las propiedades de los materiales.De alguna manera, se puede considerar el estudio de las propiedades de los materiales comoalternativa actual al estudio tradicional, mucho ms general, de los materiales de construccin.Esta es una ciencia compleja y absolutamente necesaria si se quiere alcanzar un nivel cientficoo especializado de la disciplina. Pero, por otro lado, tal y como se ha mencionado anteriormente,la cantidad creciente da a da del nmero de materiales de construccin, y la complejidad delnivel de investigacin al cual se puede llegar, hacen que para un estudiante de arquitectura seconvierta en una asignatura inabordable.Tanto es as que la Ciencia de los Materiales (en general, no solamente de construccin) se haconvertido en una disciplina con identidad propia, compuesta de diferentes asignaturas o reas,que llegan a formar un verdadero especialista, lo cual sobrepasa las posibilidades de losconocimientos de un arquitecto generalista.

1.2 El rigorLa exactitud, la precisin, el rigor, etc., son trminos que se deberan aplicar siempre en lasdefiniciones de un proyecto arquitectnico. Ahora bien, si en algn caso eso es completamenteineludible, lo ser en las definiciones que afectan al proceso constructivo y, en definitiva, a losmateriales y a sus propiedades.Desgraciadamente, hay cantidad de ejemplos que nos demuestran que eso no es as. Sea por unautntico desconocimiento, sea por dejadez o negligencia, la verdad es que muchas veces losproyectos estn llenos de faltas o trminos confusos que pueden dar lugar a costosos errores,monetarios o constructivos.

A continuacin se expone una brevsima lista de algunas de estas confusiones ms habituales.cemento-mortero-hormignplstico (polmero)-material plstico (plasticidad)fibra de vidrio-plstico reforzado con fibra de vidriohierro-acerofuerza-esfuerzopoliestireno-poliestireno expandido-poliestireno extruido

11

propiedades de los materiales de construccinchapa-contrachapaplstico-muy deformableresistencia al fuego-no inflamable-no combustiblegres (roca)-gres(cermica)ma-tocho-Mao de cuartoabsorcin-adsorcinamianto-asbesto-fibrocementoaislamiento-barreranudo rgido-nudo empotradoignifugo-incombustible-autoextinguibleinflamable-combustibleetctera

Si la confusin de trminos, como los anteriores, puede llevar a errores importantes, la confusinde marcas registradas con los productos puede comportar problemas econmicos a la hora defijar un presupuesto. En este sentido hay que saber diferenciar muy bien los dos conceptos. Acontinuacin se exponen algunos ejemplos:

Uralita-placa ondulada de fibrocementoPorexpan-poliestireno expandidoGrifi-cemento prtland blancoRea-barra de acero corrugadaPam-cemento colaGravent-ventana de lamas horizontales de vidrioSpitrock-taco o fijacin de alta resistenciaFrmica-chapa de melamina o similarY muchos ms

1.3 Los ensayos y la normativaDesde un punto de vista semntico propiedad quiere decir: aquello que es propio de alguna cosa,cualidad peculiar, caracterstica. Desde el punto de vista tcnico, es decir, como trmino aplicablea los materiales de construccin, propiedades son todas las caractersticas que pueden sermedidas de forma objetiva.Esta ltima definicin comporta automticamente la aparicin de un concepto: el ensayo. Unensayo es cada una de las experiencias a que se somete a un material a fin de valorarseobjetivamente sus caractersticas.Si por ejemplo, se quiere averiguar cul es el peso de un cuerpo, se coloca este en el plato de unabalanza y se observa el valor que marca el fiel. En este caso el peso es la propiedad, colocarlo enla balanza y observar el fiel es el ensayo y, finalmente, el valor observado es el resultado.El ensayo para obtener el peso de un cuerpo es muy sencillo y para obtenerlo solo hace falta unabalanza. Pero si se quiere ser riguroso, se deben de exigir algunas cosas ms. La balanza no tan

12

propiedades de los materiales de construccinsolo ha de ser de precisin (que mida gramos, decigramos, centigramos, etc.) sino que tambin,a menudo, ha de poder ser comprobada para establecer su correcto funcionamiento. Adems,alguien ha de haber establecido un sistema de referencia (afortunadamente disponemos delsistema internacional que casi todos seguimos) que permita valorar el resultado, en este caso enuna cantidad numrica. Finalmente, es bien sabido que el peso de algunos objetos es susceptiblede variar de acuerdo con su propia humedad, por tanto si el valor final ha de ser objetivo, se hade definir cul es la humedad que ha de tener el cuerpo al ser pesado. Y si an se quiere ir mslejos, el peso de un objeto no es nada ms que el producto de su masa por la aceleracin de lagravedad de la tierra. Si esta aceleracin vara (a nivel del mar, en lo alto del Everest o en el fondodel abismo ms profundo), el resultado tambin variar. Por tanto habra de fijarse una aceleracinde la gravedad concreta con el fin de obtener unos valores coherentes.De todo eso se deduce que la tcnica de los ensayos puede ser muy compleja. La misin de loslaboratorios es disponer de los medios necesarios para llevar a buen trmino esa tarea, mientrasque la misin de las comisiones tcnicas (locales, nacionales o internacionales) es la de estableceruna normativa que explique cmo se han de realizar los ensayos, qu condiciones se han decumplir y, sobre todo, indica cmo se han de interpretar y especificar los resultados obtenidos.Hay propiedades, como por ejemplo la dureza, que puede ser experimentada con diversos ensayos(Mohr, Brinell, Barcol, etc.). Evidentemente los resultados obtenidos son inherentes al propioensayo, y por tanto difcilmente comparables los unos con los otros. As mismo, pueden existirtablas de conversin entre los diferentes resultados. Estas tablas pueden ser exactas, pero lo msprobable es que solo sean aproximadas, ya que la mayora de las veces los resultados obtenidosdependen directamente del tipo de ensayo.Para otras propiedades, como por ejemplo el color, son muy difciles de definir de forma objetiva.O bien se definen las energas lumnicas reflejadas con valores numricos, correspondientes alas diferentes longitudes de onda, lo cual es completamente ininteligible para un profano, o seutiliza una tabla de colores estndar y se define por aproximaciones a uno de ellos, o simplementese define un color genrico con o sin calificaciones: rojo, verde claro, naranja, rub, etc.En el mundo de la construccin quien establece el marco de cmo se han de hacer los ensayosy de cmo se han de interpretar los resultados obtenidos es la normativa. La normativa, como yase ha comentado, puede ser local (comunidades autonmicas), estatal o interestatal (europea,internacional, etc.). El estado espaol dispone de un grupo normativo llamado UNE (Una NormaEspaola) que consta de centenares de normas especificas sobre la forma ms clara einconfundible de realizar los ensayos. Cada una de estas normas se identifican mediante las letrasUNE y un nmero complejo, por ejemplo: UNE 7.083-54. Pero, en ocasiones, se utilizan normasde otros mbitos, ya que se utilizan materiales provenientes de otros pases. Normas DIN, ISO,ASI, etc., que son ejemplos cotidianos.

13

propiedades de los materiales de construccin1.4 Las unidades

Los resultados de un ensayo, como ya se ha descrito, pueden ser heterogneos. Es decir, puedeser un nmero, una calificacin, un nombre, etc. Si el resultado es numrico, entonces apareceun nuevo concepto de vital importancia: las unidades que miden la propiedad estudiada.Los sistemas de unidades conforman una informacin coherente que permite medir cualquiermagnitud relacionada con las propiedades de los materiales. A causa del desarrollo histrico delos diferentes pases, han existido, y siguen existiendo, diferentes sistemas de unidades. Cadavez ms, la comunidad internacional tiende a utilizar una de ellas: el sistema internacional (SI).El hecho de que un pas tan poderoso como es los Estados Unidos de Amrica no lo asuma haimpedido que al da de hoy el SI sea el nico sistema aceptado a nivel cientfico. Otros sistemasde unidades ampliamente utilizados son el CGS, MKSA, el sistema imperial britnico IU, etc.Antes de entrar al estudio de las unidades, es necesario hacer un pequeo repaso a los prefijosque el SI utiliza para definir sus mltiples y submltiples. En la tabla 1 se detallan los ms usuales.

En la tabla 2 se expone una lista de las unidades simples del SI, de tal forma que el resto deunidades son siempre derivadas de estas.

14


Es interesante tener a mano alguna tabla de conversin de unidades, ya que no siempre es fcilobtener los resultados de un ensayo, o la medida de una caracterstica en las mismas unidades.Adems, muchas veces tenemos que trabajar con datos procedentes, sobre todo, de pases deascendencia britnica, donde las unidades imperiales IU an estn vigentes. Las tablas que sepresentan a continuacin pretenden cubrir la gran mayora de las conversiones tiles en el campode los materiales de construccin.

1.5 Magnitudes fundamentales

15


1.6 Magnitudes derivadas

16


17


18


1.7 Las propiedadesLas propiedades o caractersticas de un material, de un cuerpo o de un elemento constructivo sonmuchas y muy variadas. Si se desea hacer un estudio sistemtico de todas las que seaninteresantes desde el punto de vista de la edificacin y la arquitectura, sera importanteclasificarlas.Como en cualquier tipo de clasificacin, siempre existe un primer tipo de agrupacin que es mso menos intencionado con tal de obtener una distribucin que nos ayude a situar el elemento ouna propiedad dentro del conjunto global de todos los elementos o propiedades estudiadas.Las clasificaciones como las que agrupan propiedades fsicas o qumicas son obvias y objetivas,evidentemente, pero no siempre sern las ms oportunas y apropiadas pera estudiar losmateriales de la construccin.Se ha de tener en cuenta, por tanto, que hay que hacer servir otro tipo de clasificaciones, hacerms referencia al estado de la materia (tal y como se ha descrito anteriormente) de forma que laspropiedades sean una mera consecuencia de este estado.En este sentido, aparece una clasificacin como la que a continuacin se detalla:PROPIEDADES FSICAS

a) Propiedades comunes a todos los materiales:Masa, peso y densidad. Homogeneidad. Isotropa.

b) Propiedades de los fluidos:Presin. Tensin superficial, viscosidad, tixotropa.

c) Propiedades de las pastas:Consistencia (fluidez)

d) Propiedades comunes a los slidos granulares:

19

propiedades de los materiales de construccinPorosidad y compacidad. Capilaridad. Cohesin. Finura.ngulo de rozamiento interno.ngulo de talud natural.

e) Propiedades comunes a todos los slidosDe la materia:

Porosidad. Capilaridad. Eflorescencia. Absorcin. Adsorcin. Permeabilidad. Difusibilidad.Pulidez. Rugosidad. Brillo. Color. Transparencia. Translucidez. Opacidad.

Mecnicas:Resistencia a la rotura, tenacidad. (traccin, compresin, flexin, etc.) Resiliencia.Dureza.Deformabilidad: elasticidad, plasticidad, fragilidad. Rigidez. Ductilidad,maleabilidad.

Reolgicas:Dilatacin trmica. Entumecimiento. Retraccin. Intumescencia.

Trmicas:Conductividad. Calor especfico. Fusin, Soldabilidad.

Ondas de Luz, radiacin, sonido:Absorcin. Reflexin. Transmisin. Refraccin. Emisividad.

PROPIEDADES FSICOQUMICASa) Resistencia a los productos qumicosb) Resistencia al fuego:

Combustibilidad. Inflamabilidad. Tratamiento ignifugo. Autoextinguiblilidad.c) Durabilidad:

Putrefaccin1. Resistencia a los insectos, Heladicidad. Resistencia a los rayos ultravioleta,Oxidacin. Corrosin. Carbonatacin.

OTRAS POPIEDADESa) Costos:

Ambientales. Energticos. Monetarios (precio) (extraccin de las materias primas,elaboracin, montaje, colocacin, mantenimiento, derribos y transporte, etc.)

b) Toxicidad:Directa. Sublimacin. Combustin.

c) Reciclaje:Sostenibilidad

Es evidente que esta clasificacin tiene muchos puntos interrelacionados. Eso es inevitable, yaque una misma propiedad pude ser contemplada desde diferentes puntos de vista. Por ejemplo:la carbonatacin tanto es un proceso qumico como un aspecto ms de la durabilidad de unmaterial (el hormign). As pues, la clasificacin de las propiedades, tal y como se ha detallado,pretende ser ms una herramienta coherente que permita estudiarlas ordenadamente que uncatlogo cerrado e inamovible.

20

propiedades de los materiales de construccin1.8 Los fenmenos

En la lista anterior de las propiedades de los materiales aparecen palabras que desde el puntode vista de la terminologa no son propiedades: absorcin, entumecimiento, retraccin, etc.Muchas de estas palabras acabadas con el sufijo -cin representan fenmenos.Desde el punto de vista tcnico un fenmeno es eso que, manifestndose a los sentidos o a laconciencia, puede ser objeto de una experiencia o puede valorarse objetivamente.De hecho, cuando anteriormente se hablaba de los ensayos, no se trataba de nada ms que dela provocacin de un cierto fenmeno a fin de valorar el comportamiento de un material y obtenerunos valores llamados propiedades.As pues, no hay que confundir los trminos de propiedades y fenmenos. Muchas veces existenlos dos, como por ejemplo: conduccin y conductividad, transmisin y transmitancia, etc. Enocasiones usamos prioritariamente el trmino que hace referencia al fenmeno y no el de lapropiedad: corrosin (no corrosividad), eflorescencia (no eflorescividad), etc. Finalmente, existentrminos usados para propiedades, mientras que el fenmeno al cual hace referencia no tieneun trmino reconocido: densidad, color, rigidez, etc.Como norma general, podemos decir que los sufijos del tipo -dad,-ancia , -encia, etc., correspondena propiedades, mientras que las acabadas en -in corresponden a fenmenos. No obstante,podemos encontrar muchas excepciones, por lo cual esta norma tiene un carcter marcadamenteorientativo.

1.9 Los tratamientosSe denomina tratamiento de un material a la operacin a que se somete a fin de conferirle unadeterminada cualidad o propiedad. A veces este tratamiento es solo superficial y, por tanto, quedaenteramente visto (con la excepcin de que fuese del todo transparente) y recibe el nombre deacabados.Desde el punto de vista de las propiedades, debe de tenerse en cuenta que no es lo mismo unmaterial que ya tiene una determinada propiedad que a otro que la adquiere con un tratamiento.Por tanto, la terminologa empleada habra de ser diferente. Un material ser incombustible eignfugo, por tanto habr que estar seguros de cul de los dos trminos se ha de emplear en undeterminado caso.Entre los tratamientos de los materiales ms habituales se pueden citar los siguientes:

IgnifugarHidrofugarGalvanizarAnodizarCuperizarEtctera

21

propiedades de los materiales de construccinTampoco se ha de confundir el agente tratante con el material tratado. Es decir, no es lo mismoun ignifugante o ingnfugo que un ignifugado.Desgraciadamente, se pueden encontrar cantidadesde textos donde esta precisin es ignorada, provocando en muchas ocasiones grandesconfusiones.En fin, se puede decir que un tratamiento va a aumentar, considerablemente, el nmero depropiedades de un material de construccin.

1.10 Los aditivosA diferencia de los tratamientos, los aditivos son unas sustancias que forman parte de la masadel material desde el momento de su fabricacin. Es decir, son un componente ms en suconfiguracin, aunque, al igual que sucede con los tratamientos, su misin es la de dotar al materiacon alguna propiedad que no tena. Los aditivos se pueden encontrar en muchos materiales, peroobviamente habra que acotarlos en aquellos materiales en los que su composicin es una mezclade diferentes productos: pastas (mortero, hormign, yeso), materiales compuestos (plsticos,tableros aglomerados, composites), etc.Los aditivos ms tpicos y ms usados que se pueden encontrar son: aireantes, plastificantes,modificadores del endurecimiento, (retardadores, aceleradores), hidrofugantes, espumantes. etc.

22

estados de la materia. la masa

estados de la materia. lamasa

2.1 IntroduccinSegn la fsica tradicional, el estado de agregacin de un sistema material, es decir, segn elgrado de cohesin de las molculas que lo forman, puede presentarse en tres fasesfundamentales: slida, lquida y gaseosa; y se denomina cambio de estado o cambio de fase alpaso de uno de ellos a otro cualquiera.Desde el punto de vista de los materiales de construccin, esta clasificacin resulta muy genricay no se adapta muy bien. Muchas veces los lmites entre slido y lquido son difciles de definir, ypor tanto, para ser ms coherentes con sus caractersticas ms relevantes, se propone una nuevaclasificacin. Se mantiene el estado gaseoso, se distingue entre lquidos y pastas, por un lado, yentre slidos y materiales granulares por otro.

1.- Gases Llenan el volumen del contenedor.2.- Lquidos Se adaptan al volumen del contenedor y forman una lmina si se les

coloca sobre un plano.3.- Pastas Se adaptan al volumen del contenedor y forman una masa deforme,

ms o menos compacta, si se les coloca sobre un plano.4.- Slidos granulares Se adaptan al volumen del contendor y forman una masa en forma de

cono, ms o menos agudo, si se les coloca sobre un plano.5.- Slidos compactos No se adaptan al volumen del contenedor ni cambian de forma.

Y adems, dentro del grupo de los slidos compactos se pueden diferenciar las siguientescaractersticas:

amorfos, cristalinos, fibrosos, laminares, esponjosos, etc.Esta clasificacin permite estudiar los materiales de construccin y sus propiedades de unamanera ms ordenada, ya que, como se ver, algunas propiedades son inherentes solo a unpequeo grupo de materiales mientras que, por el contrario, otras son comunes a la totalidad delos materiales.

25


2.2 Propiedades comunes a todos los materialesEvidentemente, todas las propiedades fsicas de los materiales tienen que ver con la propiamateria que los forma. La composicin de la materia es algo que queda fuera del alcance de estetexto. No obstante, como todos los materiales estn compuestos por unas mismas partculas,molculas, tomos, protones, electrones, etc., existen ciertas propiedades, directamenterelacionadas con este hecho, comunes a todos los materiales, sean slidos, lquidos o gaseosos.La primera de estas propiedades es aquella que cuantifica la propia materia. La que nos dice sihay mucha o poca. Esta propiedad es la masa. Todos los cuerpos tienen una cierta masa, y laausencia de esta se denomina el vaco.Masa:Cantidad de materia considerable en un solo fragmento.Unidades de medida: g (gramo), kg (kilogramo), t (Tonelada)Palabras relacionadas: macizo, -a (a), masivo-iva (a), macizar (v)

26

estados de la materia. la masa

La masa, es un concepto muy terico, aunque tiene una importancia capital cuando se trata dehacer algo fuera del planeta. Nosotros apreciamos la masa en forma de peso, es decir, la fuerzaproducida por la aceleracin de la gravedad, de acuerdo con la conocida ecuacin:

f = maPeso:Fuerza con que la tierra atrae un cuerpo cualquiera como consecuencia del fenmeno de lagravitacin.Unidades de medida: N (newton), dyn (dina), kgf, kp (kilogramos fuerza, kilopondio)Palabras relacionadas: pesado (a), pesadez (f), pesar (v)De la uniformidad en la composicin de la masa se puede deducir la siguiente caracterstica:homogeneidad y su contrario sera la heterogeneidad. Desde el punto de vista de los materialesde construccin, la homogeneidad no se evala a nivel molecular sino ms bien a nivel de textura.Se puede decir, por tanto, que una pieza de madera es homognea, aunque se puedan distinguirvetas, nudos, etc. Incluso se puede decir que una pieza de hormign en masa es homognea, apesar de que el hormign es un material compuesto.Homogeneidad:Cualidad de los materiales construidos de partes, elementos o individuos de la misma naturalezao uniformemente integrados.Antnimo: heterogeneidadPalabras relacionadas: homogneo(a), homogenizar (v), heterogneo (a)

27


Finalmente, hay otra propiedad comn a todos los materiales: la isotropa. Muy ligada a lahomogeneidad, pero sin existir relacin biunvoca, la isotropa proporciona informacin acerca delcomportamiento, de las propiedades de un material, en funcin de la direccin en que se observaeste comportamiento.

Isotropa:Cualidad de las sustancias o medios que presentan las mismas propiedades fsicas en todasdirecciones.Antnimo: anisotropaPalabras relacionadas: istropo, -a, isotropa (f), anistropo, -a, anisotropa (f)Unas sustancias pueden ser istropas o anistropas solo respecto a una determinada propiedad.Las sustancias amorfas son generalmente istropas, y las cristalizadas en el sistema cbico loson respeto a las propiedades pticas. En cambio, presentan anisotropa aquellas sustancias enlos cristales de los cuales las molculas o iones no estn dispuestas idnticamente en todasdirecciones. Se constatan diferencias sensibles en cuanto a la propagacin de la luz (ndice derefraccin), resistencia a traccin, dilatacin lineal, piezoelectricidad, etc.

2.3 La densidadLa masa y el peso de un cuerpo representan unos conceptos absolutos. Pero como sucede muchasveces, lo que interesa en un momento dado es un concepto relativo que nos permita comparar y,por tanto, tomar ciertas decisiones a la hora de escoger entre diversas opciones. Este valor relativoque haremos servir con la masa (e indirectamente con el peso) es la densidad. Con este conceptose puede relacionar el volumen aparente de un cuerpo, material o elemento constructivo con sumasa.

28

estados de la materia. la masaDensidad:Cantidad de masa por unidad de volumen.Unidades de medida: g/cm3, t/m3

Palabras relacionadas: denso a (a)Aparentemente las propiedades como la masa o el peso son totalmente objetivas, ya que puedenmedirse mediante una balanza, lo que no sucede con la densidad. En este caso interviene elvolumen, nos podemos encontramos con materiales y, sobre todo, elementos constructivos llenosde huecos o vacos. Estos huecos o vacos pueden ser claramente visibles, tales como los de latochana o el gero, etc., o no, como es el caso de los poros de la propia cermica, con la cual sefabrican los ladrillos, sean macizos o huecos.As pues, en primer lugar hay que definir aquella densidad que se obtiene de dividir el peso de uncuerpo por su volumen global o aparente (incluso los huecos) que recibe el nombre de densidadaparente o relativa.Si se calcula el volumen real de un material se proceder a restar del volumen aparente el volumende los vacos y poros, y si se utiliza el resultado para obtener la densidad, el valor obtenido es,obviamente, superior y se denomina densidad real o absoluta.Es posible que estos huecos o vacos no estn llenos de aire sino que lo estn de agua en parteo totalmente. En este caso el peso del elemento ser variable y tambin lo ser la densidadobtenida. En ese caso se llamar densidad humedad y tiene poca importancia por su falta defiabilidad a lo largo del tiempo.En muchas ocasiones la llamada densidad aparente, antes mencionada, no deja de ser unadensidad hmeda. Si mediante un horno o con cualquier otro aparato se extrae toda el aguacontenida en un cuerpo, se obtiene un peso que da lugar a la densidad seca (mnima aparente).Contrariamente, si por inmersin se colmatan todos los poros con agua, el peso final dar lugara la densidad saturada (mxima aparente).Pero an existe otro tipo de densidad, la llamada densidad sumergida; que es el resultado derestar a la densidad saturada el peso del volumen del lquido que ocupa, es decir, el empujehidrosttico. Este es un valor muy til, sobre todo, en el estudio que tiene relacin con los terrenosanegados (bajo el nivel fretico).

29

propiedades de los materiales de construccin2.4 Inters tecnolgico en la arquitectura

2.4.1 La densidad y el aislamiento acsticoEl aislamiento acstico, al sonido areo, de un cerramiento homogneo sigue la llamada ley demasas.Esta ley establece que la reduccin de la intensidad acstica a travs de un determinado elementoes funcin del cuadrado del producto de la masa unitaria por la frecuencia del sonido considerado:

a ( f M )2

ecuacin que expresada en decibelios se transforma en:

a 10 log ( f M )2

En el captulo dedicado al aislamiento acstico se detallar ms a fondo esta ley y se podrnestablecer una serie de valores numricos que facilitan la comprensin de esta propiedad.

2.4.2 La densidad y la inercia trmica de los edificiosCuando se estudia el comportamiento energtico de un edificio y, en consecuencia, el de suscerramientos, adems de su capacidad de aislamiento trmico hay que considerar cul es lainercia trmica propia de stos.La inercia trmica nos indica la capacidad de un edificio para mantener, lo ms constante posible,su propia temperatura interior a pesar de los cambios de temperatura en su entorno.Esta propiedad, entre otros factores, depende directamente de la capacidad calorfica (Qc) de suscerramientos, lo cual no es ms que la suma de los productos de las masas de los materiales quelos configuran por su calor especfico:

QC = MCeSi se tiene en cuenta que el calor especifico de la mayora de los materiales slidos usados en laconstruccin se encuentra en torno a 0,2 Kcal./kgC, nos daremos cuenta de que para un mismovolumen de edificio o cerramiento (no se trata de hacer paredes de dos metros de espesor), lacapacidad calorfica depende prioritariamente de la masa de los materiales usados. As, un edificio

30

estados de la materia. la masahecho con muros de hormign o paredes gruesas y macizas tendra mucha ms inercia trmicaque un edificio de dimensiones similares construido con cerramientos ligeros (madera, plafonesde material porosos, etc.).La conveniencia o no de que un edificio tenga mucha o poca inercia es un aspecto que se escapadel estudio de la densidad, pero que ser comentada adecuadamente en otros captulos.2.4.3 La densidad y la estructuraLa densidad tiene una importancia capital entre las propiedades de los materiales deconstruccin, ya que su repercusin, por lo menos desde el punto de vista estructural, esincuestionable.A ms densidad, ms peso. Eso es obvio, y se puede decir que un edificio ms pesado tendr unaestructura ms significativa y resistente que la de uno ms ligero. No obstante, la cuestin no estan simple como parece cuando se trata de evaluar la propia estructura.Est claro que el acero pesa ms que el hormign y que este pesa ms que la madera. Aun as,para soportar una determinada carga no podemos asegurar, estrictamente, que una viga de aceropesar ms que una de hormign y esta ms que una de madera. Habra que combinar otraspropiedades del material y del elemento constructivo: forma de la seccin, resistencia, elasticidad,etc. y el resultado ser aleatorio.

31

propiedades de los materiales de construccin2.5 Anisotropa en la construccin arquitectnica

Desde el punto de vista arquitectnico, la anisotropa tiene una importancia capital, ya quedetermina la forma de colocar o disponer un determinado elemento constructivo. El hecho de quelas propiedades del material puedan variar segn una determinada direccin, influir, e inclusoobligar en muchos casos, a usar una determinada forma, una determinada proporcin, o aestablecer un cierto sistema constructivo.No hay que confundir la anisotropa con el hecho de que muchos materiales presentan unasdiferencias muy grandes de resistencia a traccin y a compresin, como es el caso del hormign.En este caso se trata de dos propiedades diferentes y por tanto no se puede hablar de isotropao anisotropa.Un caso muy diferente, y un buen ejemplo de anisotropa, es la madera. A causa de su estructuravegetal, de sus conductos verticales por donde circula la savia, de sus fibras alargadas, etc., estematerial presenta una resistencia a traccin muy diferente si se aplica el esfuerzo en el sentidode sus fibras que si se aplica perpendicularmente. Lo mismo se puede decir de la resistencia acompresin, al punzonamiento, etc.Relacin de materiales con importante comportamiento anistropo:

La madera y algunos de sus derivadosLa pizarra y otras rocas exfoliablesVidrios con tratamiento superficial

Adems de las propiedades de la resistencia mecnica antes mencionada, otras propiedades quese ven afectadas a menudo por su direccionalidad son: la reflexin y absorciones lumnicas yacsticas, la capilaridad, la transparencia o la traslucidez, etc.

32

estados de la materia. la masa2.6 Tabla de densidades de los materiales de construccin

Siendo como es una propiedad muy fcil de determinar y de gran importancia en la tecnologa dela arquitectura, hay que conocer la densidad de la mayora de materiales de construccin. Acontinuacin se expone un resumen de la densidad de los ms comunes.

33

propiedades de los gases, lquidos, pastas y slidosgranulares

propiedades de los gases,lquidos, pastas y slidosgranulares

3.1 IntroduccinLa casi totalidad de los materiales que configuran los edificios presentan un estado slido de lamateria. Es decir, se trata de materiales, objetos o elementos constructivos que no se deformanfcilmente y que no cambian de forma sea cual sea su contenedor. Es cierto que para fabricaralguno de estos materiales (por ejemplo el hormign) se deben utilizar otros que no se puedenclasificar simplemente como slidos, bien por que no lo son (es el caso de los lquidos y los gases),o bien porque tienen un comportamiento y propiedades peculiares, como los materialesgranulares.En este captulo se abordarn las propiedades ms caractersticas de estos materiales.

3.2 Los gasesEn realidad es difcil hablar de gases como material de construccin. En general el nico gas quesuele aparecer, si bien no en los clculos, s en el estudio terico de un edificio, es el aire y, deforma indirecta, el vapor de agua que contiene. El comportamiento de las cmaras de aire desdeel punto de vista del aislamiento trmico y acstico, es un buen ejemplo. Tambin el aire formaparte de los materiales porosos, sean poros abiertos o cerrados, y en este sentido habra que citarla presencia de otros gases en la fabricacin de materiales espumados como son los plsticosutilizados como aislamiento trmico: poliuretano, polisocianurato, etc.Estos gases, cuyos nombres no son muy interesantes desde el punto de vista arquitectnico,suelen tener un coeficiente de transmisin trmica inferior al del aire; por tanto, el conjuntoformado por el plstico y el gas expansivo mejora el rendimiento aislante.

35


Las propiedades ms interesantes de los gases que intervienen en la construccin son lassiguientes:3.2.1 La presinNormalmente se considera la presin atmosfrica del lugar donde se sita un edificio. Noobstante, cuando intervengan instalaciones mecnicas de ventilacin, o simplemente comoconsecuencia del movimiento del aire (efecto Venturi), se producirn sobrepresiones en un lugarrespecto de otro. En este caso, la presin (o la sobrepresin) ser un dato importante a considerar.Un ejemplo muy caracterstico de esta importancia lo tenemos en las construcciones hinchableso neumticas donde la forma y la estabilidad del conjunto se consigue gracias a esta sobrepresin.Presin normal del aire (a nivel del mar): 1 atm. 1013 mbar, 760 mmHg, 1kg/cm2, 10 m.c.a.

Presin (de un fluido) ():Fuerza que, por unidad de superficie, ejerce un fluido sobre un slido. (Esta presin es funcinde la altura del fluido que existe sobre el punto donde se mide la presin).Unidades de medida: n/m2, kg/cm2, atmosfera, bar, mmHg., m.c.a.Palabras relacionadas: sobrepresin (f), compresin (f)

36


3.2.2 La presin de vaporLa presin de vapor de un gas es aquella en la cual el gas se encuentra en equilibrio con su propiolquido. En el caso del vapor de agua es, obviamente, con el agua. Esta propiedad, dependedirectamente de la temperatura.Presin de vapor (P):Presin constante en que un lquido se encuentra en equilibrio con su vapor, a una determinadatemperatura.Unidades de medida: n/m2, kg/cm2

Hay que prestar atencin al hecho de que muchas veces los textos se refieren a la presin devapor con el trmino de presin de saturacin, mientras que utilizan el trmino presin devapor para designar la presin parcial de vapor del agua en el conjunto del aire, ya que el aire,como es bien sabido, es una mezcla de nitrgeno (78%), oxgeno (21%) y otros gases (argn,CO2, Vapor de agua, etc.).

Desde el punto de vista de la edificacin, esta presin de vapor (o presin parcial del vapor) esinteresante, ya que indica cul es el sentido del paso de vapor de agua a travs de un cerramiento,ya que siempre ir desde el lado donde exista una mayor presin de vapor hacia el lado donde lahaya menor.

37


3.2.3 La humedad (absoluta o relativa)Como el aire suele contener una cierta cantidad de agua, esta puede ser medida. La cantidad devapor que existe en un determinado volumen de aire es lo que se define por humedadabsoluta del aire. Es un valor que por s mismo no tiene gran utilidad.Sin embargo, se utiliza para determinar la humedad relativa, ya que esta ltima es el cociente dedividir la humedad absoluta por la humedad de saturacin.Humedad absoluta (Ha):Cantidad de vapor de agua que contiene una unidad de volumen de gas (el aire, por ejemplo.)Unidades de medida: g/m3

Palabras relacionadas: hmedo, -a (a), humedecer (v), humectante (m)Humedad relativa (Hr):Relacin existente entre la humedad absoluta y la humedad de saturacin.Unidades de medida: unitario %

La humedad de saturacin indica la cantidad de vapor de agua que existe en un determinadovolumen de aire en el momento en que se llega a la presin de vapor de agua, es decir, ya no

38

propiedades de los gases, lquidos, pastas y slidosgranularespuede haber ms, ya que en este caso se producira la condensacin del vapor para pasar al

estado lquido. Se pueden, pues, establecer las siguientes relaciones equivalentes:Humedad relativa = (humedad absoluta / humedad de saturacin) * 100Humedad relativa = (presin de vapor / presin de saturacin) * 100Humedad relativa = (presin parcial de vapor / presin de vapor) * 100Humedad de saturacin (Hs):Cantidad de vapor de agua que contiene una unidad de volumen de un gas, cuando la presinparcial de vapor de agua es igual a la presin de vapor de agua a la temperatura en la cual seencuentra el gas.Unidades de medida: g/m3

3.2.4 Otras propiedades del aireDensidad: 1,29kg/m3

Conductividad trmica (): 0,026W/mK=0,022Kcal/mKh

3.3 Los lquidosDejando de lado los lquidos que pueden formar parte de la maquinaria utilizada en elacondicionamiento higrotrmico de los edificios, es difcil encontrar lquidos como elementos queformen parte de los edificios (alguna cmara de agua, en todo caso). No obstante, muchos de losmateriales o elementos constructivos utilizados en los edificios se han realizado utilizando aguao algn otro lquido. Tanto es as que se utiliza el trmino construccin hmeda para referirsea la construccin que usa agua (o compuestos que la necesitan) como elemento imprescindible.Los lquidos, como fluidos que son, comparten propiedades con los gases, pero desde el puntode vista de la tecnologa de la edificacin nos referimos solo a algunas propiedades que puedenafectar la bondad del comportamiento del propio material. En este sentido habra que, en primerlugar, establecer cunto y cmo interviene un lquido en la tecnologa edificatoria.Un primer aspecto a considerar es el de la distribucin y conduccin del agua potable en un edificioo en una zona urbana. Hay dos propiedades que son importantes: la presin y el caudal.

39


La presin indica la fuerza que ejerce el agua sobre los conductos donde est contenida y portanto la capacidad de llegar ms alto en una edificacin, ya que, adems de otras fuerzas defriccin, ha de vencer la fuerza de la gravedad. Obviamente, se utilizan unidades de presin paramedirla (kg/cm2, bars, atm, etc.) aunque en este caso, las unidades m.c.a. (metros de columnade agua) son especialmente tiles, ya que dan, de forma rpida, una idea de hasta qu altura deledificio se puede llegar a suministrar agua sin necesidad de un soporte energtico adicional. Laspresiones de suministro de agua normales van desde 1 a 6 kg/cm2, una presin mayor (quepermite llegar a alturas muy superiores) sera incmoda para los niveles inferiores y exigira unastuberas y unas conexiones mucho ms caras. Por el contrario, una presin inferior producira unacarencia de confort en la ducha, lavamanos, etc., y hara inviable el uso de algunos aparatosdomsticos o industriales.El caudal indica la cantidad de agua que se puede utilizar por unidad de tiempo. Esta propiedadva muy ligada al concepto de simultaneidad de uso, ya que un caudal determinado puede sersuficiente de forma general, pero insuficiente en un momento determinado. Las unidades demedicin ms utilizados son los litros/segundo, litros/hora o m3/hora.Dejando a un lado estos aspectos, de inters para el usuario, desde el punto de vista de lamecnica de los fluidos (clculo de instalaciones, sobre todo), hay que considerar dos propiedadesde los lquidos que intervienen en una serie de fenmenos habituales en la edificacin: la tensinsuperficial y la viscosidad.

Tensin superficial ():Manifestacin de las fuerzas de cohesin molecular de una sustancia lquida o en una solucin,en la superficie de separacin con otro medio, que tiende a conferirle la forma de mnima energapotencial.Unidades de medida: n/m, kg/cm

40

propiedades de los gases, lquidos, pastas y slidosgranularesLa tensin superficial de un lquido, que mide la fuerza necesaria para romper la superficie y que

es la responsable de la forma esfrica de las gotas de agua (reduciendo al mnimo posible lasuperficie de la gota), es tambin la responsable del fenmeno de la capilaridad. Esta tensinsuperficial provoca que al comunicar un lquido con un tubo, el nivel de ste suba a travs deltubo hasta una altura determinada. La tensin superficial ha de suportar el peso de esta columnade lquido y por tanto, la altura disminuir cuando aumente la densidad del lquido o el dimetrodel tubo. Para que este fenmeno tenga una importancia significativa, el dimetro del tubo ha deser realmente muy pequeo, es decir, un capilar (palabra derivada de cabello). En la construccinde edificios, con el fin de prevenir la capilaridad del agua a travs de la mayora de los materialesporosos o granulares, se requiere un diseo constructivo muy preciso para evitar, de esta forma,humedades no deseadas.Tensin superficial del agua = 0,074 N/mPero no siempre el fenmeno de la capilaridad es negativo. Cuando se trata que un determinadoproducto (un hidrofugante, un fungicida, etc.) penetre en toda la masa de un material o elementoconstructivo, la tensin superficial del lquido adquiere un aspecto positivo que hay que potenciar.

Viscosidad ():Resistencia que ofrece un fluido al movimiento relativo de sus partculas, friccin interna.La viscosidad no tiene una consideracin superficial, sino que mide el grado de friccin entre lasmolculas que forman el lquido y la friccin entre ellas y las molculas del conducto por dondecircula. Es por eso que esta propiedad tiene una especial importancia cuando se valora elmovimiento de este lquido. En la mecnica de fluidos en general, y en el diseo y clculo deinstalaciones en particular, a menudo se utilizar el coeficiente de viscosidad .La mayora de las veces se trata de instalaciones de agua y de aire acondicionado; por tanto, loque ms interesa ser el coeficiente de viscosidad del agua y del aire. Sin embargo, con el fin decomparar valores, la tabla siguiente detalla algunos de ellos.

41


Es fcil de apreciar que en la mayora de los fluidos baja el coeficiente de viscosidad a medidaque aumenta la temperatura. En la edificacin hay ciertos fluidos en los cuales el coeficiente deviscosidad baja cuando se remueven. Esta propiedad se llama tixotropa y tiene especial intersen los productos como las pinturas (viscosas en reposo y poco viscosas cuando se remueven) ylos lodos utilizados en la construccin de pilotajes y pantallas de contencin en terrenos pococoherentes. La propiedad inversa, dilatancia, es poco aprovechada desde el campo de laedificacin arquitectnica.Tixotropa:Propiedad de ciertos materiales presentados en forma coloidal que cuando se remueven o seagitan se hacen ms lquidos (disminuyendo su viscosidad) y cuando se dejan reposar tienen lacapacidad de adquirir de nuevo su consistencia original.Antnimo: dilatanciaPalabras relacionadastixotrpico, -a (a)

42

propiedades de los gases, lquidos, pastas y slidosgranulares3.4 Las pastas

Se llamar pasta a aquel estado de la materia intermedio entre un lquido y un slido; dicho deotra manera, aquel lquido que tiene una viscosidad muy elevada o aquel slido que tiene unacohesin muy reducida. De las pastas, ms que el coeficiente de viscosidad, interesa la capacidadde mantener la forma hasta que se endurezca, ya que el estado final de cualquier pasta en laedificacin es el estado slido.

Consistencia (docilidad):Manifestacin de la cohesin existente entre las partculas que constituyen una masa pastosa.Clasificacin: lquida, fluida, blanda, plstica y secaPalabras relacionadas: consistente (a)A parte de las masillas, las pastas sellantes, etc., el hormign (y tambin el mortero) es la pastams comn en la edificacin. Y es precisamente la tecnologa del hormign la que ha desarrolladouna forma muy particular de medir la docilidad o consistencia de una pasta. Se utiliza un moldeen forma troncocnica, llamado cono de Abrams, que se llena de hormign hasta la parte superior(la seccin ms angosta), despus se retira el molde y se mide cuanto ha bajado la masa dehormign, respecto a la vertical. En funcin de este descenso se establecen las consistenciassiguientes:

43

propiedades de los materiales de construccin3.5 Materiales granulares

Son aquellos materiales compuestos por unidades de dimetros muy pequeos, y forman unamasa que fcilmente tiende a ocupar el volumen que la contiene. En construccin se encuentranestos tipos de materiales en cuatro fases muy diferenciadas:

a) Como elemento que sirve para formar otros compuestos: mortero, hormign.b) Como elemento que se utiliza como tal, es decir, en forma granular: arcilla expandida, arena

(terraplenes), etc.c) Como elemento que, sin utilizarse directamente, hace de soporte y ejerce presin sobre las

edificaciones: el terreno natural.d) Como elemento configurador de zonas exteriores no pavimentadas: taludes,

ajardinamientos.

A parte de las propiedades que, como slidos que son, comparten con otros materiales de laconstruccin (por ejemplo la resistencia, el coeficiente de conductividad trmica, etc.), losmateriales granulares tienen una serie de propiedades que los definen mucho mejor que ningunaotra. Entre otras se pueden considerar: el peso o densidad (aparente, seca, saturada, sumergida),porosidad, ndice de huecos, humedad, ngulo de rozamiento interno, ngulo de talud natural,finura (granulometra), coeficiente de uniformidad, mdulo de compresin edomtrico, coeficientede balasto (reaccin), compacidad, etc

Compacidad:Propiedad de un material granular que da una idea de su densidad aparente y, por tanto, de lacantidad de aire en oclusin dentro de su masa.Antnimo: porosidad

44

propiedades de los gases, lquidos, pastas y slidosgranularesPalabras relacionadas: compacto, -a (a), compactar (v), compactibilidad (f), compactacin (f),

compactadota (f), compactamiento (m), compactmetro (m), poroso, -a (a)Finura:Cualidad de un material granular que informa del dimetro de los granos que lo forman.Palabras relacionadas: fino, -a (a)La medida del grano (partcula elemental que forma un material granular) determina, de formaconcreta, las propiedades de este material. En los suelos, segn la medida del dimetro de lapartcula (suponiendo un coeficiente de uniformidad alto), se puede distinguir los tipos siguientes:

El tamao tan pequeo de los granos de arcilla confiere a este material una propiedad muyimportante: la cohesin. Tambin se puede encontrar en la mayora de los suelos compuestos, yva ligada a la cantidad de arcilla que contiene el suelo. La cohesin tambin es la responsablede una propiedad de los terrenos llamada altura crtica de excavacin vertical y que, como sunombre indica, hace referencia a la capacidad de excavar verticalmente un suelo sin tener queapuntalarlo. Generalmente, la cohesin de los materiales granulares es inversamenteproporcional a su humedad.

Cohesin (c):Fuerza de atraccin que mantiene unidas las molculas de un cuerpo o partculas de un materialgranular.Unidades de medida: n/m2, t/m2, kg/cm2

Palabras relacionadas: cohesivo, -iva (a), cohesionar (v)En este sentido, se puede hablar de la consistencia del suelo coherente (arcilloso) y de los estadossemislidos, plsticos y lquidos de la arcilla. El punto de humedad que determina el paso de unestado a otro recibe el nombre de lmites de Atterberg (en honor a su autor): lmite lquido (W 1),lmite plstico (Wp) y lmite de retraccin (Ws).

El ndice de plasticidad (IP) es la diferencia entre los lmites lquido y plstico. Proporciona unaidea de la confianza que, desde el punto de vista de la mecnica del suelo, merece un sueloarcilloso, en el sentido de la facilidad que tiene de perder resistencia.

45

propiedades de los materiales de construccinContrariamente a las arcillas, encontramos los suelos arenosos, suelos con poca o ningunacohesin, ya que la medida del grano hace que las fuerzas de atraccin molecular sean muypequeas frente al peso de cada partcula. En estos suelos se observan otras propiedades: elngulo de talud natural, el cual da una idea de la capacidad de dejar un terreno en forma de planoinclinado; el ngulo de rozamiento interno, que siempre coincide con el ngulo de talud naturalsi la cohesin del suelo es cero y que informa de las fuerzas de rozamiento que se generan en elsuelo y, por tanto, de la resistencia a corte del propio suelo en funcin de la compresin a la cualest sometido.

ngulo de talud natural:ngulo o pendiente que tiende a adquirir la superficie de un material granular amontonado.Unidades de medida: grados

ngulo de rozamiento interno:ngulo terico, la tangente del cual, relaciona la resistencia al corte de un material granular conla presin a la cual esta sometido (siendo c la cohesin del material granular).Unidades de medida: gradosNormalmente, la mayora de lo suelos no son puros, sino que estn compuestos por diferentesfracciones de cada uno de estos que se han considerado. A fin de poder ponderar o determinarla composicin de un determinado suelo se ha de estudiar su granulometra (en realidad la curvagranulomtrica). Esta curva representa en las abscisas la abertura de un tamiz y en las ordenadasel tanto por ciento del peso del suelo que ha atravesado este tamiz. De la pendiente de esta curva(entre los valores de ordenadas correspondientes al 10 y 60 %) se obtiene el llamado coeficientede uniformidadU que clasifica los suelos en homogneos y uniformes por un costado yheterogneos o continuos por otro.

46


Los ridos del hormign, como ejemplo, suelen tener un valor de U en torno a 36.Los materiales granulares, incluso los ms heterogneos, contienen en su volumen una grancantidad de espacios libres a causa de la propia geometra de los granos que los configuran. Estosespacios se llaman vacos y su cuantificacin se hace a travs de dos propiedades: la porosidady el ndice de huecos. La porosidad n mide la parte del volumen unitario no ocupado por laspartculas de la materia slida, por tanto se mide con un valor de cero a uno. El ndice dehuecos e es la relacin entre el volumen de los vacos y el volumen de las partculas de la materiaslida. Su valor terico oscila entre cero e infinito.

n = e(1 + e)

e = n(1 n)

Es obvio que estos huecos pueden estar nada, parcialmente o totalmente ocupados por agua, yaque no se trata de una porosidad cerrada de un slido verdadero.

47

propiedades de los materiales de construccinLa humedad (w) es la propiedad que cuantifica esta agua y expresa la relacin entre el peso delagua existente en el suelo y el peso en seco (de las partculas slidas) de este suelo. Los valoresde la humedad son muy variables:

El grado de saturacin Sw o nw indica la humedad relativa, es decir, mide la proporcin de losvacos del suelo que estn ocupados por el agua.

Como conclusin, y una vez descrita la estructura de un material granular, se pueden considerarlos diferentes pesos (o densidades) que se utilizan en la tecnologa de la edificacin. As pues, elpeso aparente (o peso hmedo) () ser el peso de una muestra del material granular tal y comose encuentra in situ. El peso seco (d) es el que se obtiene una vez que se ha desalojado el aguaintrnseca (no el agua que se utiliza en la composicin qumica del material). Por el contrario, elpeso saturado (sat) es el que corresponde a un suelo donde todos los huecos han sido ocupadospor el agua. El peso del material( s) designa el peso de las partculas slidas que forman el sueloy se aproxima a 2,70 T/m3. Finalmente, el peso sumergido( ) es el que corresponde a una masade suelo saturada, sumergida dentro del agua (in situ, bajo el nivel fretico) y por tanto sometidoal empuje de Arqumedes. De forma numrica se pueden relacionar todos estos pesos entre elloscon las ecuaciones siguientes:

= (1 n)2 + nwd = (1 n)2

48

propiedades de los gases, lquidos, pastas y slidosgranularessat = (1 n)2 + n

= (1 n)2 + 1

El cdigo tcnico hace una clasificacin de acuerdo con las caractersticas empricas de los suelos.

49

propiedades de la masa de los slidos

propiedades de la masa delos slidos

4.1 IntroduccinLos edificios estn formados, principalmente, por materiales slidos. Es cierto que durante elproceso de construccin pueden existir estados lquidos y pastas, pero una vez colocados en obrase endurecen y adquieren un estado slido. As pues, el anlisis de las propiedades de los slidosocupar la mayor parte del estudio de las propiedades de los materiales de construccin.En este captulo se abordarn aquellas propiedades que muestran directamente cmo seestructura la materia que forma un elemento o material de construccin y como stas afectan asu comportamiento. En captulos sucesivos se abordarn sus otras propiedades.

4.2 Los slidos y sus vacosAs como sucede con los materiales granulares estudiados en el captulo anterior, los slidostambin suelen tener espacios vacos en su interior. Esta propiedad se denomina porosidad y sucontrario compacidad. La razn de estos huecos es muy diferente. No se trata ya de unir unconjunto de pequeos grandos slidos que, a pesar de tener diferente granulometra, dejanespacios entre ellos (como si se tratara de un montn de bolas de vidrio), sino que hablamos deslidos que durante su proceso de formacin han encerrado volmenes de aire en su interior. Esun proceso similar al de la formacin de los huecos del conocido queso Gruyre.Porosidad:Volumen no ocupado por la fraccin slida. Normalmente estos vacos esta llenos de aire, peropueden contener, normalmente, agua u otros gases o lquidos.Pueden distinguirse dos tipos deporosidad: abierta, cuando todos los poros estn conectados entre s, y cerrada, cuando los porosson independientes los unos con los otros.Antnimo: compacidadUnidades de medida: % (100, volumen de la fraccin slida / volumen total)Compacidad:Volumen de un material o elemento constructivo ocupado por la fraccin slida.Antnimo: porosidad

51

propiedades de los materiales de construccinUnidades de medida: % (volumen de la fraccin slida / volumen total); Proctor %La existencia de estos vacos es importantsima en el comportamiento de estos materiales, si bienhay que diferenciar entre aquellos materiales en los que los huecos que contiene estnconectados entre s (por tanto se dir que tienen una porosidad abierta) y aquellos otros dondelos vacos no estn conectados entre s (se consideraran con porosidad cerrada).En primer lugar, y es obvio, una gran porosidad implica una disminucin del peso o de la densidaden este material. No se pueden coger dos materiales diferentes y pretender hacer comparacionesentre ellos segn sus respectivas porosidades o densidades. No solamente la densidad disminuye,sino que tambin lo hace la resistencia mecnica (en general), la masa, y, por tanto, la capacidadde aislamiento acstico ante el ruido areo, la capacidad calorfica del elemento constructivohecho de este material, etc.Pero no todas las propiedades disminuyen con este descenso de la masa o aumento de laporosidad. El hecho de que los vacos interiores queden ocupados por aire y que este aire, sinposibilidades de hacer convecciones, se comporte como un buen aislamiento trmico, hace quelos materiales muy porosos sean casi siempre materiales de baja conductividad trmica y, portanto, se utilicen para la formacin de elementos constructivos como aislantes trmicos.

4.3 La absorcin y la adsorcinSi un material tiene poros abiertos, es decir, tiene espacios vacos conectados entre s y al interiory existe la posibilidad de que estos espacios queden ocupados por otros fluidos, se dir que hayabsorcin. Desde el punto de vista de la construccin arquitectnica, el caso que ms interesaes el de la absorcin del agua o del vapor de agua.Absorcin:Capacidad de un material o elemento constructivo poroso, de llenar sus poros con un fluido (agua,normalmente).Unidades de medida: % (100, volumen de poros / volumen total)Palabras relacionadas: absorber (v), absorbente (a), abosorbilidad (f), absorcimetro (m)

52

propiedades de la masa de los slidosSi la absorcin es de vapor de agua del propio ambiente (la humedad del aire), la propiedad quese considera es la higroscopicidad. Es un fenmeno muy importante en la construccin, ya queesta humedad, que penetra en forma de gas hacia el interior de los materiales y los elementosconstructivos, puede llegar fcilmente a condensarse (si el material esta ms fri que el aire delambiente) y transformarse en agua.Higroscopicidad:Capacidad de un material o elemento constructivo poroso, de absorber rpidamente la humedad(vapor de agua).Palabras relacionadas: higroscpico, -a (a) higrmetro (m), higromtrico, -a (a), higroscpico (m),higrometra (f)

Esta agua puede, simplemente, llenar los poros de los slidos de forma que vare la humedadrelativa o, y eso es ms importante, puede integrase en la estructura molecular del slido y formaruna molcula hidratada. Este proceso puede ir acompaado, y as pasa en la mayora deocasiones, de un aumento de volumen del slido, lo cual es origen de diversas patologas en elmundo de la construccin arquitectnica. Por otra parte, si se produce un fenmeno de hidratacinhay que, generalmente, aumentar muchsimo la temperatura del slido para extraer el aguaasimilada, mientras que si no se produce esta hidratacin, el fenmeno de desecacin esespontneo cuando baja la humedad relativa del aire del entorno.Hidratacin:Proceso fisicoqumico a travs del cual un material (generalmente formado por sales metlicas)asimila molculas de agua que pasan a formar parte de su propia estructura.Palabras relacionadas: hidratar (v), hidratable (a), hidratanteNo se debe de confundir el fenmeno de absorcin con el de adsorcin. Este ltimo es unfenmeno que poco interesa en la tecnologa de la arquitectura, aunque est presente en tcnicasde tratamiento superficiales de vidrios y otros similares.

53

propiedades de los materiales de construccinAdsorcin:Adhesin de los tomos o molculas de un material sobre la superficie de otro que produce unaumento de la concentracin de este en la interficie, y que es debida a las fuerzas residualesfsicas y qumicas extistentes en la superficie de slidos y lquidos.Palabras relacionadas: adsorbente (m), adsrbanse

4.4 La humedadEl agua absorbida por los materiales y elementos constructivos tiene una gran importancia, yaque puede alterar muchas de sus propiedades. De forma genrica, se puede decir que lahumedad de un slido aumenta su densidad, en ocasiones el volumen (entumecimiento), laconductividad trmica (por tanto pierde sus caractersticas de aislante trmico), la conductividadelctrica, etc. y en materiales orgnicos facilita la putrefaccin.

Humedad:Cantidad de agua contenida en un slido que puede ser eliminada por desecacin.Unidades de medicin: % (100 agua / materia seca)Pero no es a travs de la higroscopicidad la nica manera de que penetre el agua hacia el interiorde un cuerpo. Evidentemente, se puede considerar la absorcin directa cuando un cuerpo sesumerge dentro del agua o est en contacto directo y de forma continua (como es el caso de lalluvia). No obstante, existe otra va tpica de absorcin del agua: se trata del fenmeno de lacapilaridad.Capilaridad:Cualidad de un material o elemento constructivo con porosidad abierta, que al ponerse encontacto con un lquido provoca una succin de ste, el cual pasa a llenar, en mayor o menorgrado, los poros del slido.Palabras relacionadas: capilar (a) y (m)Este fenmeno depende de dos caractersticas bsicas: del dimetro de los capilares y de latensin superficial del lquido absorbido, En la construccin el lquido ser prcticamente siempreel agua, por lo que solo depender del dimetro de los capilares (poros abiertos de forma ms omenos longitudinal o fibrosa). La capilaridad es la causa de graves problemas de humedad en losedificios: soleras en contacto directo con el terreno, paredes mojadas exteriormente por la lluvia,cerramiento en contacto con depsitos, cisternas, etc.Hay que considerar a la humedad de un slido, tal y como se hizo en el captulo anterior, con loscalificativos de humedad relativa (%), humedad absoluta(gr/m 3) y humedad de saturacin

54

propiedades de la masa de los slidos(100%), ya que cada uno de estos valores proporciona una idea del posible comportamiento deaquellos determinados materiales.

4.5 Las eflorescenciasConsecuencia directa del fenmeno de desecacin natural por evaporacin del agua retenida porlos slidos son las eflorescencias. Se trata de un proceso de transformacin de un cuerpo en unamateria pulverizada por la prdida del agua de cristalizacin, se forma una acumulacin de salessolubles, a ras del terreno, por la evaporacin de soluciones salinas del suelo, y en las superficiesde los ladrillos, de los mortero o del hormign cuando estas soluciones salinas provienen delinterior de estos materiales.Eflorescencia:Mancha producida por la cristalizacin de las sales solubles en la superficie de un material,normalmente los ladrillos cermicos.Palabras relacionadas: eflorescente (a)Aunque en ocasiones parezca lo mismo, no se debe confundir las eflorescencias con las manchasde mortero. Adems, aunque en la mayora de ocasiones las eflorescencias se producen en lasuperficie de los ladrillos (ya que su capilaridad suele ser superior a la del mortero), el origen delas sales solubles, causantes del problema, puede estar en cualquier de los elementos queconfiguran una pared: ladrillo y mortero (cemento, agua y ridos).El fenmeno de las eflorescencias suele desaparecer con el tiempo, ya que las sales cristalizadasson disueltas por el agua de la lluvia y expulsadas fuera de la superficie donde se haban formado.Una excepcin de este caso es aquella donde las soluciones salinas provienen directamente delsuelo ya que, est claro, la cantidad de sal ah existente es prcticamente ilimitada.Dejando a un lado las cualidades estticas de la superficie afectada, las eflorescencias no suelenprovocar patologas en los materiales. Aun as, es posible que durante el fenmeno decristalizacin de las sales se produzcan aumentos de volumen en el interior de los porossuperficiales y provoquen una rutura, de forma que, a la larga, se lleguen a producir lesionesimportantes en los materiales o elementos constructivos involucrados en este proceso.

55


4.6 La permeabilidadLa existencia de espacios vacos comunicados entre s (porosidad abierta) en el interior de unslido permite el paso de la mayora de fluidos a travs de este. Esta propiedad, llamadapermeabilidad, depende, obviamente, del tipo de fluido. En los lquidos habr que fijarse en suviscosidad, en la tensin superficial, la consistencia, etc., mientras que en los gases depender,prcticamente, solo del tamao de las molculas de cada gas.Expresiones como la permeabilidad al agua, a los gases, al vapor de agua, al CO 2, etc., serncomunes en las tablas de caractersticas de los cerramientos, ya que tanto la estanqueidad deun elemento constructivo como la condensacin superficial o interior de los cerramientos sonpropiedades de gran importancia.Permeabilidad:Capacidad de un material o elemento constructivo poroso de dejar pasar un lquido o un gas atravs de sus poros.Antnimo: impermeabilidad, estanqueidad, hermeticidad (de un elemento mvil)Palabras relacionadas: permeable (a), permeabilizar (v), estanco,-a, (a), hermtico, -a (a)

56

propiedades de la masa de los slidos4.7 Permeabilidad al vapor de agua

El vapor de agua, como la mayora de los gases, es capaz de atravesar los slidos. La cantidad devapor que pasar (en gramos) a travs de un slido depender directamente de la presin a lacual se somete el gas contra el slido, la superficie a travs de la cual pasa, y el tiempo deaplicacin, e inversamente al grueso del slido que hay que atravesar. Del anlisis emprico deeste fenmeno, se puede establecer una constante propia de cada material que sirve para medirel vapor que pasa a travs de ste. Esta propiedad se llama permeabilidad o difusibilidad alvapor de agua.

Difusibilidad (al vapor de agua):Capacidad de un material poroso, de dejar pasar un gas (vapor de agua) a travs de sus poros.Es la propiedad inversa a la resistividad (al vapor de agua).Sinnimo: permeabilidadUnidades de medicin: gm/MNs g.cm/mmHg.m2daEquivalencias: 1 g.m/MNs = 1,152 gcm/mmHgm2.da1,152 gcm/mmHg.m2da = 0,000868 gm/MNsCuando no se trata de evaluar un material sino un elemento constructivo con unas dimensionesdeterminadas, se utilizar la propiedad denominada permeancia al vapor de agua o su contrarioresistencia.Permeancia (al vapor de agua):Capacidad de un elemento constructivo poroso de dejar pasar un gas (vapor de agua) a travsde ste, es decir, se incorpora el espesor del elemento en el concepto. Es la propiedad inversa ala resistencia (al vapor de agua).

57

propiedades de los materiales de construccinUnidades de medicin: g/MN.s, g/mmHgm2daDe acuerdo con el CTE DB HS1 (salubridad), se puede considerar como barrera de vapor aquellosmateriales laminados que tengan una resistencia a la difusin de vapor mayor que 10 MNs/gequivalente a 2,7 m2hPa/mg. La importancia de disponer de una barrera de vapor en uncerramiento suele ser difcil de evaluar.Por un lado, si est colocada correctamente (es decir, al costado caliente del aislamiento trmico),evita que el vapor de agua se pueda condensar sobre este aislamiento y provocar su ineficaciatemporal o definitiva (si se trata de un material que se deteriora con la humedad). Es cierto queexisten algunos aislantes trmicos que no sufren este inconveniente, como es el caso delpoliestireno extruido, pero eso es excepcional.Por otro lado, con las barreras de vapor se evita una eliminacin del vapor que se va producir deforma lenta pero continuada en muchos ambientes de uso cotidiano. Tal es el caso de las barrerasde vapor involuntarias situadas en cubiertas cuando la barrera impermeable es un material tipomembrana o lmina (asfalto, PVC, betn). En este caso, o se escoge una solucin en cubiertainvertida o se debe de colocar, adems de la barrera impermeable, una barrera de vapor de aguapor debajo del aislamiento trmico.

En algunas publicaciones o en algunos cuadros de caractersticas de los materiales, se puedeencontrar el llamado factor de difusibilidad o coeficiente de difusibilidad() al vapor de agua.Este es un valor relativo comparado con la resistividad al vapor de agua del aire en reposo. Estefactor, obviamente, no tiene dimensiones, ya que es un valor relativo.

58

propiedades de la masa de los slidos

As pues, si un material tiene un factor de difusibilidad igual a 4, quiere decir que su resistividadal vapor de agua vale 45, 5 = 22MNsgm .

A partir de estos valores, multiplicndolos por el espesor de una capa o lmina, se obtendra laresistencia al vapor de agua de las distintas lminas utilizadas como una barrera de vapor.Considerando que la mayora de veces se trata de lminas muy finas, de las cuales es muy difcilevaluar el espesor, en este apartado se muestra una tabla con valores de resistencia al vapor deagua.

59


4.8 La filtracinDe la misma manera que la difusibilidad mide el paso de vapor de agua a travs de un slido (deun cerramiento en una edificacin), se puede medir, de igual manera, el paso del aire a travs deeste mismo cerramiento. Esta medida se denominandice de filtracin del aire y se obtiene deforma experimental, ya que no existe de momento ninguna normativa que defina el tipo y lascondiciones del ensayo correspondiente. Evidentemente, el resultado obtenido seala la calidaddel aire (m3) que pasa a travs de un cerramiento de espesor la unidad (m), y de superficie unitria(m2), cuando la diferencia de temperaturas (y por tanto existe un gradiante de presin) es de 1C.

La filtracin del agua a travs de un cerramiento tambin podra ser motivo de estudio y deevaluacin como propiedad de un material o de un cerramiento, pero de momento es un dato queno se recoge en ninguna tabla caracterstica de los materiales ya que, sobre todo en arquitectura,no tiene una aplicacin muy til.

60

propiedades mecnicas de los slidos

propiedades mecnicas delos slidos

5.1 IntroduccinEn la construccin hay materiales que se utilizan para configurar la estructura de los edificios, seade forma especializada (perfiles metlicos, pilares de hormign, etc.), sea de forma indirecta(paredes de cerramientos, cubiertas en bvedas, etc.). De estos materiales, las propiedades quems interesan en la edificacin, sin duda, son las mecnicas, es decir, aquellas que tienen quever con el equilibrio o movimiento de los sistemas fsicos bajo la accin de las fuerzas.De todas maneras, no solo interesan las propiedades mecnicas de los materiales o elementosestructurales, sino tambin de todos los materiales, ya que han de soportar su propio peso, locual ya es una accin o una fuerza.Adems, se ver como las propiedades reolgicas de los materiales tambin van ligadas de formamuy directa con las propiedades mecnicas, ya que en la mayora de ocasiones los movimientosreolgicos de los elementos constructivos son coartados o impedidos por otros elementoscontiguos.

5.2 La deformabilidad de los materiales y elementos de construccinTodos los materiales slidos, se empleen o no en la construccin, responden de la misma formaa una accin exterior.

1. Adquieren una aceleracin que es proporcional a su masa (segn la ley de Newton, lo cualno tiene inters particular en este texto).

63

propiedades de los materiales de construccin2. Se deforman almacenando una energa que compensa el trabajo efectuado por la accin al

deformar el propio cuerpo.

As pues, en primer lugar la propiedad que parece ms obvia de considerar es ladeformabilidad del material. No todos los materiales se deforman de forma similar. Una mismapieza, con las mismas dimensiones y sometida a la misma accin, puede tener deformacionesdiferentes dependiendo del material con el cual est configurada. En este sentido, se puede hablarde materiales muy deformables, altamente deformables, o sencillamente deformables, y en elotro extremo, de materiales poco deformables, muy poco deformables o sencillamente nodeformables (lo cual no es cierto de forma estricta). La propiedad inversa a la deformabilidad esla rigidez, por lo cual se puede considerar un material con la expresin de muy deformable o pocorgido.La forma de valorar de manera objetiva esta propiedad ser obteniendo su mdulo dedeformacin, es decir, aquel valor que relaciona la accin aplicada y el grado de deformacin quesufre la pieza o el material afectado. Ahora bien, cuando se somete un cuerpo o un elementoconstructivo a una determinada accin, esta provoca sobre el elemento, adems de su propiadeformacin, una reaccin igual y de sentido contrario (tercera ley de Newton). La accin y lareaccin conjuntamente, son las que en definitiva deforman el cuerpo o elemento de una formadeterminada: estirndolo, acortndolo, torcindolo, flechndolo, etc.Deformabilidad:Capacidad de un material o elemento constructivo de deformarse (cambiar de forma).Normalmente esta deformacin se produce al modificar el estado tensional del material oelemento.Antnimo: rigidezPalabras relacionadas: deformable (a), deformacin (f), deformador, -a (a) deformar (v)

64

propiedades mecnicas de los slidosNota: Cuando se dice que un material es deformable nos referimos al hecho de que es muydeformable, ya que deformables, en mayor o menor grado, lo son todos los materiales.

Rigidez:Capacidad de un material o elemento constructivo de oponerse a una deformacin. Normalmenteesta deformacin se produce al modificar el estado tensional del material o elemento.Antnimo: deformabilidadPalabras relacionadas: rgido, -a (a), rgidamente (adv.), rigidizar (v)Nota: Cuando se dice que un material es rgido nos referimos al hecho de que es muy rgido, yaque rgidos, en mayor o menor grado, lo son todos los materiales.Estos diferentes tipos de deformacin provocan, en una determinada seccin o el plano de cuerpodeformado, unas aproximaciones, separaciones, deslizamientos, etc. de las molculas quedelimitan esta accin. Este fenmeno recibe el nombre de esfuerzo, y puede ser de diferentesndoles: de traccin, de compresin, de cizallamiento, de flexin, etc. La forma de cuantificar estosesfuerzos recibe el nombre detensin . La tensin es aquel valor que se obtiene al dividir la accinpor la propiedad geomtrica que se opone o que resiste esta accin.Si se trata de un esfuerzo de traccin, compresin o cortante, la propiedad geomtrica es laseccin transversal perpendicular a la accin (rea, m2); si es un esfuerzo de flexin o de torsin,esta propiedad geomtrica es el llamado mdulo resistente (m3).

65


En general, se puede decir que la tensin a la cual esta sometido un material se mide en unidadesde fuerza por unidad de superficie (N/m2), por tanto la geometra afectada por una determinadaaccin se medir en unidades adecuadas para que:

Tension = acciongeometria =Nm2

Si se efecta un ensayo en el cual sea posible medir tensiones y deformaciones, se ver que noen todos los materiales, ni en todos los casos, se obtienen unos resultados que permitanconsiderar un valor de mdulo de deformacin constante y propio del material. Normalmente,hasta una determinada tensin, se puede considerar que la mayora de los materiales presentanun valor constante. Esta tensin lmite (si existe) se denomina lmite de proporcionalidad delmdulo de deformacin.

5.3 Los mdulos de deformacinCuando se trata de esfuerzos axiales (traccin y compresin), el mdulo de deformacin delmaterial recibe el nombre de mdulo de Young (Y) o mdulo de elasticidad (E). La relacin entreel mdulo de deformacin, la propia deformacin y la tensin viene determinada por la conocidaecuacin:

E = = E

A continuacin se expone una tabla con una relacin de los mdulos de elasticidad ms comunesen los materiales de construccin (o de otros ajenos, para poder compararlos).

66

propiedades mecnicas de los slidos

Si se trata de un esfuerzo de cizallamiento (cortante), la tensin y la deformacin tambin sonproporcionales entre s segn la expresin:

G = /

= GDonde G es el llamado mdulo de cizallamiento, es la tensin y la deformacin.

67

propiedades de los materiales de construccinPor otro lado, si sobre un material se aplica un esfuerzo axial (traccin o compresin), se sabeque se produce una deformacin en la misma direccin de la accin (alargamiento oacortamiento). Pero no solo se producen estas deformaciones contrarias que tienden a dejarinvariable el volumen total del elemento. Es decir, si un objeto se alarga para una traccin,transversalmente se acortar y viceversa.El parmetro llamado coeficiente de Poisson (v) es el cociente entre las deformaciones axiales ytransversales de un cuerpo. El mdulo de elasticidad, el mdulo de cizallamiento y el coeficientede Poisson estn relacionados entre s a travs de la frmula:

E = 2G (1 + )

G = E(2 + 2 )

El coeficiente de Poisson oscila entre 0,20 y 0,50 prcticamente en todos los materiales slidos.As pues, si se conoce el valor de E se puede, fcilmente, averiguar de forma muy aproximada elvalor de G.

5.4 Elasticidad y plasticidadUn aspecto importantsimo que se ha de considerar en el tema de las deformaciones es el de lareversibilidad del fenmeno, es decir, si el material recupera o no su forma inicial una vez queha finalizado la aplicacin de la accin que ha provocado la deformacin. Si la deformacin esreversible, se considera que el material tiene un comportamiento elstico, mientras que en elcaso contrario, si no recupera, totalmente o parcialmente, la forma inicial, se considera que elmaterial tiene un comportamiento plstico.

68

propiedades mecnicas de los slidosElasticidad:Capacidad de un material o elemento constructivo de contraerse, de dilatarse, de deformarsebajo un determinado esfuerzo (compresin, traccin, flexin, etc.) y recuperar su forma y suvolumen primitivo cuando cesa esta accin.Antnimo: plasticidadPalabras relacionadas: elstico, -a (a), elsticamente (adv), elastmero (m)Nota: Es comn confundir, en muchas ocasiones, el concepto de elasticidad con deformabilidad.Por tanto se ha de tener mucho cuidado en este sentido.

La mayora de los materiales tienen un comportamiento elstico si las tensiones aplicadas no sonmuy elevadas. Esta tensin lmite, a partir de la cual el material ya no tiene un comportamientoelstico, se llama lmite elstico del material. Si adems de tener comportamiento elstico, elmaterial tiene un mdulo de deformacin constante dentro de unos lmites normales, en los cualestrabajar realmente el elemento constructivo concreto, se puede decir que el material en cuestines linealmente elstico o que su mdulo de deformacin (tambin llamado en este caso mdulode elasticidad o mdulo elstico) E es constante.Plasticidad:Capacidad de un material o elemento constructivo de contraerse, dilatarse, deformarse bajo undeterminado esfuerzo (compresin, traccin, flexin, etc.) y conservar indefinidamente estadeformacin cuando cesa la accin que la ha provocado.Antnimo: elasticidadPalabras relacionadas: Plstico (m), plstico, -a (a), plsticamente (adv), plastificar (v),plastificacin (f), plastificante (m) y (a)Por ello, los materiales se pueden clasificar, de forma simplista, en materiales elsticos, plsticoso elastoplsticos. Segn su comportamiento ante tensiones normales de trabajo ser elstico,plstico o elstico en una primera fase y plstico despus, (no hay en el mundo de la construccincomportamientos plastoelstico dignos de mencionar).

69

propiedades de los materiales de construccinSobre todo cuando ya se ha llegado al periodo de comportamiento elstico de un material, puedeaparecer un fenmeno llamado fluencia. Este fenmeno consiste en un aumento de ladeformacin sin que exista ningn aumento de la tensin. La fluencia puede ser instantnea, (esdecir, se produce al alcanzar una determinada deformacin) o diferida. La fluencia diferida, la quese produce a lo largo del tiempo, es la ms comn en los materiales de construccin. De hecho,hay materiales (como por ejemplo el hormign) en los cuales esta fluencia puede llegar a duraralgunos aos, dependiendo de las condiciones climticas: humedad, temperatura, etc.Fluencia:Cualidad que tienen ciertos materiales (generalmente elsticos) de deformarse plsticamente,sin ningn aumento apreciable del esfuerzo al cual est sometido, cuando alcanza el lmite decomportamiento elstico y se aproxima al punto de rotura.Palabras relacionadas: fluir (v), fluente (a), fluido (m), fluido, -a (a), fluidez (f)

5.5 La roturaHay materiales (casi todos) que a base de aumentar la tensin, y por tanto las deformaciones,llegan a romperse, es decir, a descomponerse en dos o ms unidades. Se dir, por tanto, que seha producido la rotura del material. Si se ha seguido el proceso de rotura analizando las tensionesy las deformaciones que se han producido, se puede establecer un grfico de tensin deformaciny definir los valores de tensin de rotura y de deformacin de rotura.Fragilidad:1. Vulgarmente: Cualidad de los materiales que se rompen fcilmente.2. Tecnologa: Propiedad de un material o elemento constructivo de romperse sin presentar,previamente, deformaciones aparentes (estas deformaciones existen). No tienen ningunarelacin directa con su propia resistencia.Palabras relacionadas: frgil (a), frgilmente (adv)Cuando la deformacin de rotura es muy pequea, no se observa a simple vista. Si se comparancon las deformaciones de rotura de la media de los materiales, se dir que se trata de un materialfrgil. Hay que observar que este significado no se corresponde mucho con la acepcin popularde la palabra. En construccin, los materiales frgiles (hormign, hierro fundido, etc.) presentanun peligro potencial de rotura inesperada (sin avisar, como se dice normalmente) que hay queresolver mediante la aplicacin de unos coeficientes de seguridad mucho ms altos que en otrosmateriales menos frgiles (o ms deformables, que viene a ser lo mismo).La ruptura de un material no se produce siempre en el mismo estado tensional. Hay materialesque tienen, en este sentido, un comportamiento ms fiel y presentan unas tensiones de roturaconstantes, pero en la mayora de los materiales de construccin se pueden apreciar dosfenmenos que, haciendo siempre referencia al paso del tiempo, afectan el proceso de rotura de

70

propiedades mecnicas de los slidoslos elementos de construccin: la fatiga y el cansancio. Como puede verse, se trata de dospalabras extradas del lenguaje popular que hacen mencin al estado fsico de las personas.Tal y como puede verse en la propia definicin, el trmino fatiga hace referencia a cambiosfrecuentes en el estado de cargas de un elemento constructivo. Tiene mucha importancia cuandose trata de estructuras

propiedades de los materiales y elementos de construcción

Documents