MATERIALES MAS USADOS EN LA CONSTRUCCION: CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES
Los materiales de construcción tienen propiedades mecánicas únicas, se utilizan en una gran variedad de aplicaciones en el rubro de la construcción, como viviendas, edificios, hospitales, colegios, etc., estos materiales también son usados para el mantenimiento y reparación de los mismos.
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Como ingenieros
civiles debemos seleccionar el material más adecuado teniendo en cuenta la
zona, el medio ambiente, agentes atmosféricos, resistencia del suelo de
fundación, entre otros criterios, para garantizar la calidad, seguridad y
satisfacción del cliente. Cada material tiene una resistencia y durabilidad
especifica, pueden soportar una cierta cantidad de cargas y condiciones
climáticas, estos aspectos son indicadores que nos ayudaran a evaluar y
proponer una estructuración adecuada.
Por ello la
selección de materiales es muy importante para el éxito de los proyectos de
construcción y la satisfacción del cliente, en este artículo se describirán
diferentes tipos de materiales usado en la construcción de grandes proyectos
como el concreto, acero estructural, madera, ladrillo, vidrio, etc.
TIPOS DE MATERIALES
1. CONCRETO SIMPLE
Es un material
compuesto de cemento, agregados y agua, no lleva un armado interior con barras
corrugadas, esta condición lo hace menos resistente y más rígido, propenso a
fallas frágiles porque carecen de ductilidad; son usados en estructuras que no
requieren de una alta resistencia mecánica, como una columna o viga
estructural.
Pueden llegar a alcanzar una resistencia a la compresión entre 100 a 150 kg/cm2; a pesar de todas sus limitaciones, este material tiene un uso es variado por ser fácil de mezclar, transportar, preparar en el sitio de obra a comparación de otros materiales como el concreto armado, acero estructural, etc.; el bajo costo de producción y los beneficios permite usar el concreto simple en calzaduras, solados, falsas zapatas, elementos decorativos, rellenos, etc.
2. CONCRETO ARMADO
Es el material
mas usado en la construcción a nivel mundial, cuando al concreto simple se le
adiciona barras de refuerzo se obtiene el concreto armado, la combinación de
los dos materiales hace que sea más eficiente y versátil, logrando estructuras
muy resistentes ante cargas y eventos sísmicos.
El concreto
armado se compone de cemento, agregado grueso (piedra chancada), agregado fino
(arena gruesa), agua más barras de acero corrugado, cuando los agentes del
medio ambiente o las condiciones en el proceso de vaciado son complicados se
pueden usar aditivos; por ejemplo, cuando se usa aditivo plastificante para
hacer el concreto más trabajable sin necesidad de adicionar más agua y reducir
la resistencia de la mezcla.
Alcanza
resistencia a la compresión muy alta que van desde 175 kg/cm2 a 600 kg/cm2,
siendo el más usual en edificios de 10 a 15 pisos la resistencia de 210 kgf/cm2,
a medida que el proyecto se vuelve más complejo, necesite soportar más cargas,
tiene más irregularidades, etc. la resistencia del concreto va aumentando para
garantizar la integridad y seguridad de la estructura en cumplimiento con los
códigos de diseño según las normativas de cada país.
El concreto
armado es un material con una ductilidad limitada, permite deformaciones
gracias a las barras de acero en el interior, la cantidad y calidad del acero, así
como la proporción y calidad de los materiales de la mezcla de concreto permite
determinar la resistencia final del concreto. Su uso masivo en la construcción
se debe a la facilidad de su preparación y costos relativamente económico
respecto a otros materiales, también a su trabajabilidad pudiendo ser moldeado
a cualquier forma y tamaño permitiendo plantear múltiples opciones de diseño.
3. ACERO ESTRUCTURAL
El acero
estructural es fabricado a través de un proceso de laminación en caliente o en
frío, esta condición le da al material su características y forma; está
compuesto principalmente de hierro, carbono y otros elementos de aleación, como
magnesio, fosforo, azufre y silicio.
Entre las
características más importantes del acero estructural está su alta resistencia,
ductilidad y tenacidad (capacidad para absorber la energía y deformarse),
dependiendo de la geometría de los perfiles pueden soportar grandes cargas,
haciéndolo un material adecuado para resistir los efectos de la deformación.
El acero tiene
diferentes calidades dependiendo de su composición, entre las más comunes esta
el acero estructural de alta resistencia y el acero estructural laminado en
caliente; entre los más usados en grandes edificaciones, está el acero A36 y
A50, tiene una gran resistencia estructural, el A36 tiene un límite de fluencia
de 250 MPA (2530 kgf/cm2), y un esfuerzo mínimo de ruptura en tensión de 4080
kgf/cm2 a 5620 kgf/cm2 y el A50 una fluencia de 345 MPA (3515 kgf/cm2).
4. MADERA
La madera es un
material de origen natural y renovable que es muy usado en viviendas y
edificaciones, a comparación de otros materiales industrializados no genere
muchos residuos y requiere un bajo consumo energético, se integra muy bien con
la naturaleza y el medio ambiente. Es fácil de trabajar y puede ser utilizada
en una variedad de aplicaciones como elemento de revestimiento en pisos,
paredes, techos, etc., y si la estructuración lo permite puede ser usado como
elemento resistente.
La madera es un
material completo, puede soportar cargas de tensión, compresión y flexión,
estas características lo convierten en un material muy versátil, la capacidad
para resistir deformaciones bajo la acción de cargas, permite realizar
construcciones que tengan estabilidad y ductilidad.
Un aspecto
negativo de la madera es su capacidad para resistir la degradación de los
agentes atmosféricos como lluvias, calor, humedad y también son fácilmente
degradados por insectos y/o polillas; por ello es importante realizar un
tratamiento a la madera para incrementar la durabilidad, resistencia a la exposición
del medio ambiente y ataque de insectos; adicionalmente mantenimientos constantes.
Existen tipos
de madera para diferentes usos en la construcción, la madera aserrada son
troncos de madera que se han cortado en tablas o vigas, se usan como productos
de carpintería y como elementos estructurales como viguetas, correas,
entablados, etc.; la madera laminada se conforma mediante la unión de varias
capas de madera con adhesivos resistentes y se utiliza en elementos que
requieren mayor resistencia de las aserradas, como vigas peraltadas, columnas,
etc. El roble es un tipo de madera muy resistente y duradero, se utiliza para
construcciones que demanden grandes cargas como edificios de varios pisos; por
el contrario el pino es un tipo de madera suave que se puede utilizar para
construcciones menores como una vivienda.
5. LADRILLO
El ladrillo es
un material de construcción muy usado la construcción de viviendas y edificios,
el ladrillo tiene una gran resistencia a la intemperie y pueden soportar
grandes cargas si son colocadas adecuadamente al momento de asentar el muro.
Son bloques de
arcilla cocida, la mezcla esta compuesta por arcilla y agua que se moldea y se
coloca en recipientes de forma rectangular, dependiente del tipo pueden tener
huecos o no, se somete a un proceso de secado y cocción en hornos especiales a
altas temperaturas, de esta manera adoptan su resistencia mecánica de una
variedad dimensiones y tipologías. Los ladrillos se fabrican en grandes
cantidades en fábricas especializadas y que cuentan con certificación.
El ladrillo King
Kong de 18 huecos es el más usado para la construcción de muros portantes,
tiene las siguientes dimensiones: 13 cm de ancho, 24 cm de largo y 9 cm de alto;
y para techos, en losas aligeradas, se usan ladrillos huecos de techo que
tienen un largo de 30 cm, ancho de 30cm y una atura variable que va desde los
12 cm a 30 cm, según el espesor de la losa.
La albañilería
confinada es la técnica de construcción que se emplea normalmente en viviendas
este tipo de construcción utilizan principalmente ladrillo de arcilla para
conformar muros portantes y no portantes. Para que un ladrillo sea considerado
portante debe tener como máximo una 30% de vacíos, es decir el área de los
orificios no deben ser mayores al 30% del área bruta de la cara de asiento.
De acuerdo a
las disposiciones de la arquitectura, los muros deben ser de 10cm, 15cm o 25cm,
para lograr estos espesores el asentado se debe realizar en canto, soga y
cabeza respectivamente, mientras mayor sea el espesor del muro mayor resistencia
y estabilidad tendrá el muro.
6. VIDRIO
El vidrio es un
material transparente y frágil proporcionan luz natural y vistas panorámicas,
según los requerimientos de la construcción pueden ser duros, resistentes y
duraderos, para ser usados en una construcción deben aportar algunos beneficios
a la estructura como alta resistencia al calor, frio, humedad, sonido, etc. Según
el espesor y la composición el vidrio actúa como un material aislante ayudando
a reducir la transferencia de calor y frío de un ambiente a otro.
Existen varios
tipos de vidrios como:
6.1. Vidrio flotado
o recocido, es el más común y se fabrica mediante el proceso de flotación del
vidrio fundido sobre una capa de estaño líquido, se usa en espejos y vidrios
decorativos.
6.2. Vidrio
laminado, está compuesto por dos o más capas de vidrio monolítico intercaladas
con una capa de polivinil butiral (PVB) o resina, esta capa intermedia
proporciona una mayor resistencia y capacidad de absorción de impactos en
comparación al vidrio templado. Si el vidrio laminado se rompe se mantendrá
unido gracias a la capa intermedia, reduciendo el riesgo de lesiones de la
persona que se encuentre cerca.
6.3. Vidrio
templado, es cuatro veces más resistente que el vidrio común, requiere de un
proceso más elaborado, se somete a un tratamiento térmico mediante el
calentamiento y enfriamiento repentino para obtener una mayor resistencia
estructural, tiene mayor resistencia a impactos y esfuerzos mecánicos, es ideal
para puertas, ventanas, mamparas, etc.
6.4. Vidrio de
seguridad, tiene un diseño especial para resistir impactos fuertes y cargas muy
elevadas, está compuesto por varias capas de vidrio laminado y tienen alta
resistencia a la fractura y penetración, se utilizan en lugares donde se
requiera protección y seguridad como en fachadas de edificios, pisos,
divisiones de ambientes, ambientes antirrobos, etc.
7. PIEDRA
Es un material natural
y de mucha durabilidad, es muy resistente a las condiciones climáticas extremas
y al fuego, gracias a sus propiedades mecánicas es usado en edificios
históricos y monumentales, también es usado como elemento decorativo. La piedra
tiene dureza, es lo suficientemente dura para resistir cargas sin sufrir
deformación, tiene una gran resistencia a la compresión para soportar grandes
cargas sin sufrir daños considerables, algunas tipologías de piedra, como la de
rio, es muy resistente a la abrasión manteniendo su durabilidad y geometría a
través de los años.
Si bien, la
piedra es un material muy resistente tiene muchas limitaciones mecánicas que lo
hacen menos usado en elementos estructurales de grandes construcciones, debido
a que es un material frágil y quebradizo que no tiene resistencia a la flexión
y tensión a comparación de otros materiales como la madera, el acero y concreto
armado.
Las
civilizaciones antiguas usaban la piedra con dimensiones descomunales para
construir grandes edificaciones, este criterio no puede ser usado en la
actualidad porque el material es muy pesado y voluminoso, impidiendo el uso eficiente
de espacios, dificultad en el transporte y manipulación.
8. CONCRETO PREFABRICADO
El concreto
prefabricado es una forma de concreto armado elaborado en fábrica, de acuerdo a
las especificaciones técnicas y requerimientos, y luego se transporte a obra
para ser ensamblada a la estructura principal. Para la fabricación se usan
moldes específicos y equipos sofisticados para controlar la calidad, es usual
prefabricar vigas, muros, escaleras e incluso módulos completos de viviendas.
El concreto prefabricado
tiene mejores controles de calidad, se fabrican con mayor precisión en términos
de forma, tamaño y acabado, a comparación de un concreto elaborado insitu, esta
condición permite obtener altas resistencias a compresión, corte, tracción,
torsión, etc., garantizando la resistencia y durabilidad especificado con un
factor de seguridad favorable para el proyecto.
El concreto prefabricado
permite acelerar el proceso constructivo de un proyecto reduciendo los tiempos
en la programación y de manera general los costos del presupuesto.
9. ALUMINIO
El aluminio es
un material ligero y resistente (bajar relación peso-resistencia) que se
utiliza en construcciones pequeñas y medianas, es un material no ferroso
resistente a la corrosión y oxidación haciéndolo ideal para su uso en zonas
húmedas y propensas a corrosión.
Entre las
propiedades mecánicas del aluminio tienen una alta resistencia a la tracción,
baja densidad y una gran resistencia a la fatiga, por sus componentes son
buenos conductores térmicos y eléctricos. A comparación de otros materiales es
un material no toxico y reciclable ayudando a la sostenibilidad con el medio
ambiente.
Son usado en
fachadas de edificios modernos, techos, ventanas, puertas, etc., también se
complementa con otros materiales como el vidrio para una fachada dando una
apariencia más elegante, en el proceso constructivo se combina con otros de
elementos resistentes a cargas para mejorar su rendimiento y resistencia; por ejemplo,
se usa como un recubrimiento del acero ante la corrosión, aumentando la vida
útil y reduciendo los costos de mantenimiento.
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