UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREALFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

MATERIALES DE CONSTRUCCION

Los Materiales en la Construccin. Los materiales son las sustancias que componen cualquier cosa o producto. Desde el comienzo de la civilizacin, los materiales junto con la energa han sido utilizados por el hombre para mejorar su condicin. Las primeras edades en las que se clasifica nuestra historia llevan sus nombres de acuerdo al material desarrollado y que significo una poca de nuestra evolucin. La edad de piedra con las primeras herramientas y armas para cazar fabricadas en ese material, la edad de bronce en la que se descubre la ductibilidad y multiplicidad de ese material, seguida de la edad de hierro en la que este remplaza al bronce por ser un material mas fuerte y con ms aplicaciones, etc.

Los Materiales en la Construccin. Cronologa:

Los Materiales en la Construccin.Edad De PiedraPaleoltico Piedra antigua: es la etapa mas antigua de la presencia humana sobre la tierra y se divide en tres grandes periodos (inferior, medio, superior) que matizan los grandes cambios producidos a lo largos de la misma. Su comienzo no es fijo en el tiempo, pues siempre que aparece un resto nuevo anterior a la fecha mas remota registrada ste se modifica. Su fin es relativo, pues en cada zona del mundo las cosas no iban a la vez, sino que en una cultura podra estar viviendo en el paleoltico superior y otra ya en el calcoltico, por lo que las fechas que se dan siempre son aproximadas. Pensemos que en Europa las cosas siempre han ido mas despacio que en oriente medio, por ejemplo, y en Amrica han ido aun mas despacio. Las distancias, migraciones y contactos culturales hacen mucho.

Los Materiales en la Construccin.Edad de PiedraNeoltico Piedra nueva: se habla de la revolucin neoltica de la poca en que los cambios en la humanidad fueron realmente espectaculares en su industria y forma de vida. Ocupa el final de la glaciacin, es decir el clima era muy parecido al actual y las costas fueron tomando poco a poco el aspecto que conocemos. Los tiles lticos, como hachas, como hachas, estaban muy pulimentados, algo que fue de uso generalizado salvo en Australia, Nueva Guinea y Japn. Tambin se invento la cermica que se utilizaba para recipientes que ayudaban a la conservacin de los alimentos y tambin a su coccin. Lo mas significativo fue la adopcin paulatina y generalizada de la agricultura y la ganadera. Tambin los hbitos nmadas cedieron frente al sedentarismo y los primeros poblados, que culminaran en las primeras ciudades como Catal Huyuk (actual Turqua). La organizacin social se fue haciendo cada vez mas compleja, pasando de la banda a la tribu. La religin tambin experimento muchos cambios construyndose templos y enterramientos monumentales como en Malta, Inglaterra, Francia, Espaa y otros lugares.

Los Materiales en la Construccin.Edad De CobreEdad del cobre o calcoltico Piedra de cobre: Aparecen los primeros objetos metalrgicos realizados con cobre, pero la piedra es aun mas importante, de hecho sigue siendo el modelos seguir, el cobre es una imitacin de la misma que mas que nada servia de ostentacin de poder, pero aun los conocimientos sobre este campo eran pocos, este e un periodo de transicin entre el neoltico y la edad de bronce que se caracteriza bsicamente por la diferenciacin social que se puede observar en los enterramientos. Tambin hay claros signos de fortificacin al rededor de los poblados, enterramientos tumulares e intercambio a largas distancias. Si existen fortificaciones es lgico pensar en rasgos de agresin o guerras que desde el neoltico ya se estaban dando por conseguir mas tierras de cultivos y territorios. El paraso hacia tiempo que termino y la humanidad se diriga a una complejidad cada vez mayor y a un mundo que desembocara en lo que ya hoy conocemos. Los productos lcteos son muy importantes y tambin los animales de tiro para trabajar la tierra.

Los Materiales en la Construccin.Edad De BronceEl bronce es una aleacin de cobre con estao, no existe bronce de forma natural, sino que lo tuvieron que fabricar, puede que por casualidad o buscando metales ms duros se dio con l. Tambin se obtiene con otros elementos como arsnico plomo, cinc, etc. Las primeras aleaciones aparecen en cultura muy avanzadas en su organizacin social y manejo de recursos del medio, como las de medio oriente y el incipiente Egipto. Existan rutas de comercio tanto martimas como continentales que alcanzarn un uso masivo en trono al mar Egeo (civilizacin cretense y minoica) y las zonas nrdicas (mbar del Bltico, culturas de Unetice en Centroeuropea y Otomani en los Balcanes). Se generalizan los poblados fortificados cada vez ms. Es el fin de la era de los megalitos, ya no hay enterramientos colectivos sino que se hacen individuales en cistas, urnas o fosas. La industria ltica cae prcticamente en picado y se limita a dientes para hoces, es el metal el rey, el favorito, el imprescindible. Puales y espadas se adornan y hacen cada vez ms duros para el combate. Existe una clara jerarquizacin en la que los metales sern el apoyo para obtener el poder. La escritura comienza y es el fin de la prehistoria en muchos puntos del planeta

Los Materiales en la Construccin.Edad De HierroA estas alturas grandes civilizaciones llevan en pie cientos de aos, los conocimientos de todo tipo son muy elevados y la administracin econmica y poltica est registrada por doquier. El hierro es el hecho ms importante que sirve como fin definitivo entre la prehistoria de todas las sociedades en una zona muy amplia del planeta. Con el hierro comienzan a debilitarse los grandes imperios orientales y se van desplazando estos centros de poder hacia occidente, surgiendo la cultura griega. El crecimiento demogrfico es espectacular, los cultivos ms intensivos (vid, olivo, cereal), nuevas tecnologas (cermica a torno), etc.

Los materiales en la Construccin.Tipos de materialesLos materiales estn divididos en tres grupos principales: materiales metlicos , cermicos y polimtricos.Materiales metlicos: Estos son sustancias inorgnicas compuestas de uno o mas elementos metlicos, pudiendo contener algunos elementos no metlicos, como el carbono. (Hierro, cobre, aluminio, nquel y titanio).Materiales cermicos: Los materiales de cermica, como los ladrillos, el vidrio, la loza, los aislantes y los abrasivos, tienen escasa conductividad tanto elctrica como trmica y aunque pueden tener buena resistencia y dureza son deficientes en ductibilidad y resistencia al impacto.Materiales polimricos: En estos se incluye el caucho (el hule) los plsticos y muchos tipos de adhesivos. Se producen creando grandes estructuras moleculares a partir de molculas orgnicas obtenidas del petrleo o productos agrcolas.

Los Materiales en la Construccin.Clasificacin de los materialesEn general los materiales de construccin se pueden clasificar en tres grupos:Primitivos ( fciles de conseguir en la naturaleza ) tales como ramas, caas, hierbas, hojas etc.Los tradicionales ( que requieren de una fabricacin mas o menos compleja ), como mrmol, ladrillo, baldosas, metal, vidrio etc.Y los nuevos materiales ( sustancias relativamente nuevas ) como el acero, madera contra chapada, plsticos, materiales cermicos avanzados, compostes etc.

Los Materiales en la Construccin.Los materiales en la historiaEn la historia de la ingeniera y la arquitectura se ha utilizado una gran variedad de materiales. Sin embargo se han saltado etapas, o no se han desarrollado de manera adecuada, lo que ha hecho que la esttica de las ciudades sea muy dismil o permanezca por tiempo prolongado igual, mientras que en el mundo cambia.Aunque con el paso de los aos esta imagen esta cambiando, se esta tomando conciencia de la importancia de la importancia de la esttica de la ciudad y lo favorable que es para mejorar la calidad de vida de sus habitantes.

Los Materiales en la Construccin.Materiales para la construccin en el siglo XXI en el mundo Cada vez se logran mayores distancias entre apoyos en los puentes, estadios y cualquier estructura. Cada vez las construcciones responden mejor a los fenmenos naturales, son mas livianas, etc. Esto se puede ver en casi todos los eventos internacionales en los que cada pas ( cuando tiene los medios econmicos necesarios ) presente al mundo escenarios con caractersticas constructivas hace aos no pensadas, y esto gracias a los materiales, en los que se trabaja da a da. Puede afirmar que la estructura metlica tendra larga vida, as mismo las aleaciones, buscando nuevas mejoras de caractersticas de los materiales, buscadas por los ingenieros y pensando siempre en el confort, la palabra clave cuando se habla de materiales usados en la construccin llamada a solucionar los problemas espaciales del hombre. As mismo los materiales translucidos que dan privacidad y a la vez permiten ver todo como si no existieran muros, de gran resistencia y cada ves mayores tamaos, los plsticos que tienen nuevas aplicaciones cada da, son los que darn muy seguramente la pauta en construccin en este siglo.

Es posible que la segunda mitad del siglo XX y el siglo XXI sean considerados como poca de los productos sintticos, es decir, de los plsticos, las fibras artificiales, los cauchos sintticos, los materiales compuestos y los adhesivos sintticos. Desde hace aproximadamente 100 aos se ha ido creando una industria una industria masiva que simboliza el siglo XX del mismo modo que el hierro y el acero caracterizaron al siglo XIX

Un compuesto estructural es un sistema material consistente de dos o mas fases en una escala macroscpica, cuyo comportamiento mecnico y propiedades estn diseadas para ser superiores a aquellos materiales que lo constituyen cuando actan independiente mente. Una de las fases es usualmente discontinua, conocida regularmente como fibra la cual es un material rgido y otra fase dbil en continuo que es llamada matriz.Las propiedades de un material compuesto dependen de las propiedades de los elementos, geometra, y distribucin de las fases. Uno de los parmetros mas importantes es la fraccin en volumen o en peso de las fibras en el material compuesto.

Para aplicaciones civiles/estructurales, en las que tanto la resistencia como la rigidez del material son criticas, es necesario combinar un polmero con otros materiales para obtener materiales compuestos cuyas propiedades superan las de sus constituyentes y de igual manera, la de los materiales tradicionales.

MAT. TRADICIONALESARENAS, GRAVAS Y PIEDRAS YESO Y CALCEMENTO, MORTEROY CONCRETOLADRILLOS Y TEJASMADERAS METALES VIDRIONUEVOS MATERIALESMATERIALES TERMOESTABLESMETRICES TERMOPLASTICASFIBRASNUCLEOS DE SANDWICHADHESIVOSGEOTEXTILESMATERIALES INTELIGENTES

1.-Consta de dos o ms materiales fsicamente y separables mecnicamente.2.- Puede fabricarse mezclando los distintos materiales de tal forma que la dispersin de un material en el otro pueda hacerse de manera controlada para alcanzar unas propiedades ptimas.3.- Las propiedades son, en algn aspecto especifico, superiores alas de los componentes separados.

Caractersticas CORROSIN PROPIEDADES MECNICAS LIBERTAD AUTOLIMPIABLES ELECTROMAGNETISMO CONDUCTIBILIDAD ELECTRICA FUEGO 30 SEGURIDAD E HIGIENE AISLAMIENTO TERMICO PIGMENTACINACABADOS AGENTES QUMICOS

TopologaMateriales compuestos tradicionales: madera , hueso, bamb, otros.Materiales microcompuestos: Aleaciones metlicas.Termoplsticos endurecidos ( poli estireno de impacto ).Hojas para moldeo continuo ( SMC ).Termoplastos reforzados.Macrocomposite: Acero galvanizado, concreto armado.

FIBRASVidrio ( A, B, C, D, ERC, R, S y X )CarbonoAramidaSintticasPara pretensazo en concretoPara arquitectura textilNUCLEOSNidos de abejaPolipropilenoNomex ( policarbonato, poliestireno )AluminioEspumasPoliuretanoPolicloruro de viniloPoliestirenoMATRICESTermoestablesResina fenolicaResina de vinilesterResina de epoxiResina de poliestarTermoplsticos Policloruro de vinilo ( PVC)Poliestireno ( PE )Polietileno ( PE )Polipropileno ( PP )ELASTOMEROSCauchos

COMPOSITE : MATRIZ + FASE DISPERSALa matriz es continua y envuelve la otra fase, llamada frecuentemente fase dispersaEJEMPLOS : resinas fenolformaldehidoDiagrama de molculas de plstico

FUNCIN DE LA MATRIZ Transmitir la fuerza entre las fibrasImpedir rotura debido a la retraccin entre las fibrasMantener las fibras en la orientacin apropiada Proteger las fibras del medioCARACTERISTICAS DE LA MATRIZTensin de cizallamiento interlaminarResistencia ( dureza )Propiedades trmicasCosto

SITUACION DE EQUILIBRIOUna fuerza aplicada F a un composite es igual ( en modulo ) a la suma de dos fuerzas: Ff ( de las fibras ) y Fm ( de la matriz )

MODULO DE ELASTICIDADPara este tipo de materiales de igual manera puede ser utilizada la ley de hooke, la deformacin experimentada por el material es proporcional a la fuerza aplicada a el.Esto aplica para fuerzas de baja intensidad ( abajo del limite de la elasticidad) o sea a materiales cuya ecuacin lineal permanezca en la regin elstica, como ocurre con los metales, cermicas, grafitos y varios polmetros (excepto para los elastmeros).

LOS MATERIALES COMPUESTOS

CONCRETO : Composite hecho con partculas grandes donde las fases Matriz y Ncleo son compuestos por grandes cermicos.

Podemos aumentar la resistencia de los metales y laminas metlicas a travs de la dispersin de partculas de materiales inertes y muy duros.El ncleo puede ser o no metlico.Frecuentemente se utilizan materiales a base de xidos.Ej. las laminas de nquel con 3% de volumen de oxido de torio aumenta la resistencia a altas temperaturas.

Existen gran variedad de fibras las cuales tienen diferentes aplicaciones, entre ellas tenemos : Fibra de vidrio Fibras de kevlar y AramidaSpectra fber ( no comercial )Fibras cermicasFibras de carbono

La figura muestra una estopa compuesta por una centena de fibras individuales con un dimetro en su contorno de 100 micras.

Los materiales compuestos avanzados son heterogneos, anistropos y viscoelasticos. Se fabrican a partir de una gran variedad de composiciones posibles y mediante numerosos procesos de fabricacin con grados de precisin variables.Lamina de grafito

En la configuracin tipo sndwich existen dos pieles de fibra de vidrio y resina de polister separadas por un ncleo, este puede ser de poliuretano, fenolico, policloruro de vinilo o una estructura de nido de abeja.

CONTACTO. Es denominado as debido a las bajas presiones que necesita y fue la primera tcnica que se empleo en el laminado de los plsticos reforzados con fibra de vidrio, siendo todava uno de los procesos mas utilizados. Por otro lado, las caractersticas mecnicas y fsicas alcanzadas son inferiores a las obtenidas mediante otros procesos debido principalmente a la limitacin del porcentaje de fibra de vidrio de los laminados.

Es un proceso de molde cerrado apropiado para formas estructurales complejas que requieren un buen comportamiento estructural y un buen acabado superficial. La fibra de vidrio y en forma de roving, se alimenta a un cortador que mediante un dispositivo de dos rodillos limita la fibra a la longitud deseada, normalmente entre 2.5 y 4 cm. la fibra cortada es entonces proyectada al tiempo con la resina de polister mediante un mecanismo de proyeccin, de tal manera que el conjunto se deposita simultneamente en la superficie del molde.

Comnmente, los filamentos reforzantes, saturados con resina termoestable catalizada, son tiradas de manera continua a travs de un orificio dentro de un molde caliente de acero. Al pasar por el molde, la resina se polimeriza, lo que origina un perfil rgido de seccin constante y de longitud limitada.

La fibra de vidrio continua es el principal material de refuerzo utilizado en el proceso de pultrucion, este le confiere una resistencia muy elevada en direccin longitudinal. Pede aumentarse la resistencia transversal mediante la utilizacin de esferas de fibra continua de vidrio no tejidas

Este es el proceso de compresin indirecta . Normalmente la nica fuerza o esfuerzo aplicado es la presin radial de los rodillos laminadores. Esto deforma el material y lo hala a travs de la holgura de los rodillos. El proceso puede ser comparable con la compresin en el forjado pero difiere en dos aspectos ; la comprensin se efecta entre un par de platinas con diferente inclinacin entre una y otra y que el proceso es continuo.

Aplicaciones en ArquitecturaFachadas exterioresCubiertasCimentacionesAcabadosOtras aplicaciones

FACHADAS EXTERIORES Con paneles monolticos, de fibra de vidrio y resina de polister aunque existen edificaciones de gran envergadura en las que se han utilizado fibra de carbono y resina epoxi. Tipo sndwich de nido de abeja o con ncleo de poliestireno expandido, poliuretano o policlorurode vinilo. Panel termoplstico, policarbonato reforzado con fibra de vidrio, y ocasionalmente se llena con espuma de poliuretano. Panel de hormign con fibra de vidrio

FACHADAS EXTERIORESCon paneles monolticos, de fibra de vidrio y resina de polister aunque existen edificaciones de gran envergadura en las que se han utilizado fibra de carbono y resina epoxi.Tipo sndwich de nido de abeja o con ncleo de polister expandido,`poliuretano o policloruro de vinilo.Panel termoplstico policarbonado reforzado con fibra de vidrio, y ocasionalmente se llena con espuma de poliuretano.Panel de hormigos con fibra de vidrio.

FACHADAS EXTERIORESCon paneles monolticos, de fibra de vidrio y resina de polister aunque existen edificaciones de gran envergadura en las que se han utilizado fibra de carbono y resina epoxi.Tipo sndwich de nido de abeja o con ncleo de polister expandido,`poliuretano o policloruro de vinilo.Panel termoplstico policarbonado reforzado con fibra de vidrio, y ocasionalmente se llena con espuma de poliuretano.Panel de hormigos con fibra de vidrio.

FACHADAS EXTERIORESCon paneles monolticos, de fibra de vidrio y resina de polister aunque existen edificaciones de gran envergadura en las que se han utilizado fibra de carbono y resina epoxi.Tipo sndwich de nido de abeja o con ncleo de polister expandido,`poliuretano o policloruro de vinilo.Panel termoplstico policarbonado reforzado con fibra de vidrio, y ocasionalmente se llena con espuma de poliuretano.Panel de hormigos con fibra de vidrio.

HOSPITAL GENERAL DE CATALUA

THE PEOPLE BANK OF CHINA

1.- Las tuberas con poliuretano aseguran un flujo homogneo de petrleo a travs del oleoducto de trans - Alaska.2.- Una solucin arquitectnicamente sofisticada para economizar energa: elementos sndwich fabricados con poliuretano.

FACHADAS EXTERIORESCubiertas rgidas Estructura flexibles de membranaCubiertas rgidasLaminados de fibra de vidrio y matriz termoestable. Palca ondulada en fibra de vidrio E con resina de polister o fibra de vidrio AR con hormign. Sndwich de nido de abeja en polipropileno, termoplsticos reforzados con carga de fibra de vidrio en policarbonato.

FACHADAS EXTERIORESCubiertas rgidas.

FACHADAS EXTERIORES.Cubiertas rgidas. .Estructuras flexiblesEstructuras flexibles de membrana.En mtalo textiles combinados con tejidos de fibra de vidrio o de polister con una matriz termoplstico como el tefln o el policloruro de vinilo. Membrana flexible hormign donde este se cubre con una membrana tejida de polister.

FACHADAS EXTERIORESEstructuras flexibles de membrana. RICHARD ROGERS, Domo del Tercer Milenio, Londres 1999. Superficie cubierta : 80.000 m2. Altura de los mstiles: 100m

CIMENTACIONES

ACABADOSPANELES PARA MUROS, TABIQUES, SUELOS Y TECHOS.Se utiliza la fibra de vidrio, como material aislante, sobre un panel o muro tradicional. Se utiliza la fibra de vidrio en paneles monolticos. Se construyen techos de yeso reforzado con fibra de vidrio. Se utiliza estructuras tipo sndwich, que se componen de dos caras y un material intermedio que suele ser una espuma o un nido de abeja.

ACABADOS

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