APUNTE // MATERIALES DE CONSTRUCCION, Apuntes de Materiales y Sistemas Constructivos

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MATERIALES

DE

CONSTRUCCIÓN

Ing. ALBERTO REGAL M.

LIMA – PERU

INTRODUCCIÓN

Orientación del curso.- Programa de estudio de cada material.

I PARTE - MATERIALES LE ALBAÑILERIA.

CAPITULO 1: AGLOMERANTES

Yeso.-

Definición.- Clases de yesos vivos. - Preparación de los yesos. – Usos de la pasta de yeso. Especificaciones.- Historia.- Yacimientos

Cal.-

Definición.- Clasificación.- Calcinación de la cal.- Obtenci6n de las piedras calizas.- Empleo de la cal. Especificaciones.- Historia.- Yacimientos. Cal hidráulica.- Precursores de su fabricación.

Puzolanas.-

Definición.- Usos de la puzolana.- Historia.

Cemento Portland.-

Definición.- Clases de cementos.- Procedimientos de fabricación.- La fabricación del cemento peruano “Sol”. Fragua. Propiedades físicas del cemento. Especificaciones del cemento “Sol”.- Historia.- Fabricas peruanas.

Supercemento.- Cemento aluminoso.- Cementos puzolánicos.- Cementos puzolánicos peruanos.

CAPITULO II: ARIDOS

Arenas.-

Definición.- C1asificacionés.- Propiedades físicas.- ensayo de las arenas en obra.

Grava.-

Definición.- Pruebas de dureza.- Granulometría.

Ladri1los cerámicos para construcción.- Clases.- Dimensiones y pesos.- Propiedades.- Fabricación.

Ladrillos refractarios.- Tejas cerámicas.- Tubos de barro cocido.- Losetas vidriadas.- Suelo-cemento.- Ladrillos para pavimentos.- Tubos vidriados de cerámica.

Datos nacionales.- Historia de los materiales cerámicos.- El adobe peruano.

II PARTE-MADERAS

CAPITULO VI: CARACTERISTICAS DE LA MADERA

Terminología botánica de la madera. - Propiedades físicas y mecánicas de la madera.

CAPITULO VII: EXPLOTACION Y MANUFACTURA DE LA MADERA

Explotación forestal.- Aserrado.- Secaje.- Destrucción de la madera.- Métodos Preservativos.

Elaboración del carbón de palo en el Perú.- Otros usos industriales.- Destilación de la madera.

CAPITULO VIII: MADERAS USADAS EN INGENIERIA

Maderas de EE. UU.- Vocabulario.- Coeficiente de resistencia. Maderas chilenas. - Maderas argentinas.

Maderas peruanas.- Características.- Descripción de algunos árboles madereros.

Madera terciada.- Madera enchapada.

III PARTE-METALES

CAPITULO IX: METALES FERROSOS

Fierro cochino.-

Minerales de hierro.- Fundición del hierro.- Planta de Chimbote.- Clases de hierro cochino.

Hierro colado.

Fabricación.- Colado del hierro.- Usos del hierro fundido.

Resistencia de la fundición.- Fundición maleable.

Hierro forjable. -

Preparación. - Transformación mecánica del hierro forjable.- Soldado del hierro dulce.

Acero.-

Clasificación. - Manufactura del acero.- Tratamiento térmico del acero.- Soldadura del hierro o del acero.- Oxidación de hierros y aceros de aleación.

Chapas.- Metal desplegado.- Alambres y cables.

CAPITULO X: METALES NO FERROSOS

Cobre.- Plomo.- Zinc.- Estaño.- Aluminio.- Aleaciones.

CURSO DE

MATERIALES DE CONSTRUCCION

Por el Ing.

ALBERTO REGAL

INTRODUCCION

Orientación del Curso .-

El desarrollo del Curso de “materiales de Construcción esta dirigido hacia tres objetivos simultáneos:

1º) Proporcionar los conocimientos técnicos referentes a la constitución física y propiedades mecánicas de cada uno de los elementos con los cuales se ejecutan las llamadas “Obras de fabrica” y obras estructurales.

2º) Iniciar el estudio de la tecnología de esos materiales y su aplicación a la ciencia y arte del ingeniero; y

3º) Estudiar la terminología de los materiales, o sea las expresiones empleadas en el lenguaje de la ingeniería.

Programa del estudio de cada material .-

NOTA.- Los párrafos en letra cursiva no son materia de examen.

I PARTE - MATERIALES DE ALBAÑILERIA

Capítulo 1 - Aglomerantes

Con el término de aglomerantes, se conocen a los materiales usan para unir otros, condición en que permanecen mas ó menos establemente en las circunstancias usuales de resistencia a las fuerzas y cambios de temperatura. Se les diferencia de los aglutinantes en que los materiales ‘unidos por éstos, presentan alguna inestabi1idad; tipo característicos de los aglutinantes es el asfaltos.

Y E S 0

Definición.-

Yeso vivo ò simplemente yeso, es el producto resultante de la deshidratación parcial ó total del mineral llamado piedra de yeso, yesera ó algez. El yeso vivo reducido a polvo y amasado con agua recupera su agua de cristalización, o sea que se cristaliza, endureciéndose ó fraguando

Características de la piedra de yeso.-

Es una roca sedimentaria, formada principalmente por sulfato de calcio y cristalizada con dos moléculas de agua; su fórmula química Es: Ca S0 4 , 2(H 2 0), ó sea un bihidrato calcico.

Este mineral puede ser rayado con la uña, es de estructura laminar-granular, y de color blanco, gris o rojizo. Se encuentra con impurezas constituidas por arcilla, arenisca, caliza, azufre, cloruro de sodio y lignita, principalmente. A medida que es mas impuro, el color pasa al gris obscuro, pardo o amarillo. En la naturaleza se encuentra también el sulfato de calcio cristalizado, anhidro, y entonces se llama anhidrita (Ca SO 4 ).

Otra variedad del yeso es la selenita, en la cual el yeso se encuentra en cristales grandes, discernibles, separados individualmente, de estructura lamelar.

El alabastro es una piedra de yeso semejante al mármol blanco y de granulación cristalina. Se usa principalmente en estatuaria. Se diferencia del mármol en que se puede rayar con la uña. Nuestra piedra de Huamanga, es un alabastro.

Clases de yesos vivos.-

Los principales, usados en la industria, son los siguientes, clasificados en dos grupos de acuerdo con la temperatura de cocción:

1º Obtenidos por cochura de la piedra de yeso a temperatura inferior a 200°:

Yeso de París , que es el mas puro de los manufacturados; molidos enpolvo impalpable. Muy blanco. Es usado para modelos de arquitectura y escultura, en medicina osteológica, etc. En su composición química es un semihidrato ca1cico: “Ca S0 4 , 1/2(H 2 0).

Estuco o escayola, es un yeso de Paris molido menos finamente.

Yeso de empastados , que es el usado en las construcciones, Tiene algunas impurezas naturales, principalmente arcillas y a veces se le agregan ciertas sustancias para retardar la fragua’. Es muy plástico.

2°. Obtenidos por cochura de la piedra yesera a temperatura superior a 200º

Yeso para pisos , manufacturados deshidratando completamente la piedra yesera. Son de f ragua lenta/ Se emplean en Europa, principalmente.

Yeso al alumbre , al bórax , etc,. Se obtienen agregando a.1ª piedra yesera el producto que les da el nombre/ A esta clase pertenecen a las pastas industriales denominadas “Mármol artificial”, “Cemento Kene”, “Cemento Paros”, etc.

Canteras.- se trabajan por cortes a cielo abierto, ó por galerías, la extracción de la piedra se facilita con el empleo de explosivos de baja potencia tales como las pólvoras y dinamitas de poco porcentaje.

Preparación de los yesos, Comprende tres etapas principales: a) Trituración de roca, b) Cocción; y c). Pulverización. Pero el orden en que se realizan estas tres operaciones depende del ‘sistema de cocción como se va a ver.

a) Trituración de la roca.- Se puede efectuar en chancadoras tipo Dodge, tipo Blake, molinos de campana, de acuerdo a la dureza de la roca por triturar, de la fuerza motriz disponible, del volumen de la instalación, etc. b) Cocción.- tiene por objeto la deshidratación de la piedra yesera y se puede hacer: l° por huayronas; 2° por caldera ó kilns y 3° por hornos rotatorios/

c) Pulverización.- Después de la cocción, el yeso es reducido a polvo; forma en que se entrega al consumidor, La pulverización se hace por medio de los molí nos llamados de tipo chileno, y también por molinos de bolas

Fragua del Yeso , La fragua es la propiedad que tienen todos los aglomerantes por la cual, amasados con proporción conveniente de agua, forman, en un tiempo más o menos variable, pero relativamente corto, una masa sólida. Dotada de coherencia suficiente para ser aprovechada con determinados fines.

La f ragua del yeso vivo es un proceso complejo que reinicia desde el momento en que se vierte agua para amasarlo, ‘y que pasa sucesivamente por los fenómenos de disolución, transformación química, saturación, y finalmente, cristalización. Estos fenómenos se producen sobre fracciones parciales de la masa, en primer lugar, y después toda ella queda comprometida en esas etapas.

Debe llamarse la atención sobre otros dos fenómenos concurrentes con la fragua del yeso; el primero es que ésta se produce con un aumento de temperatura, que puede alcanzar hasta 20°, o sea desprendimiento de calor; y el segundo, que el yeso aumenta de volumen al fraguar.

La fragua del yeso se puede retardar agregándole algunos productos orgánicos tales como glicerina, harinas, azúcar, alcohol, sangre y cola de carpintero. En la industria se usa un retardadora base de pelos, soda cáustica y cal viva; la soda cáustica reduce el pelo a cola, y La cal actúa como un secante.

Como acelerador de la f ragua se emplean el alumbre y la sal de cocina.

Usos de la pasta de yeso –

En el Curso llamamos pasta a la mezcla de un aglomerante con agua; pero esta mezcla debe tener cierta consistencia, porque cuando el agua esta en gran exceso, entonces, se produce lo que se llama Lechada.

El empleo mas importante, en Construcción, de la pasta de yeso esta en los estucados de los muros y techos a cielo-rasos estos estucados se conocen con los nombres de empastados o enlucidos.

Se usa generalmente, en la contracción de tabiques estructuras similares, formados por encunados de Caña de Guayaquil, o de madera, Debe advertirse que como el yeso oxida el hierro pasa asegurar la caña o material similar, deben emplearse clavos de encañar, que son clavos galvanizados, o clavos de zinc.

El yeso con el calor despide vapor de agua, o agua y por esta razón se le considera como material incombustible, ut1lizados re1lenos de bóvedas y de cajas de seguridad. El desprendimiento. De vapor de agua se aumenta agregándole alumbre.

Como el soporte ó materiales de cuerpo, se pueden usar la viruta y el aserrín de madera, fibras vegetales y pelos. Estos materiales agregados al yeso, no le quitan su propiedad de ser incombustible y le dan en cambio, cualidades de aislante acústico, y de opacidad o de absorción de ruidos.

informacjón para presupuestos ,- En la redacción de presupuestos se pueden emplear los siguientes datos. Yeso consumido por m^2 Cielo raso de caña de Guayaquil con estucado de yeso puro……………………………… 15 Kg. Empastado de cielo raso con yeso pu- ro. Superficie de techo aligerado………………….... 13 Kg. Empastado con pasta de yeso puro, aplicado sobré tarrajeo primario ó enfoscado. Espesor 5mm.... ……………………… 7 Kg.

Especificaciones técnicas.-

La genera1idad de los yesos limeños poseen las siguientes características.

Molturación o grado de finura: pasan la malla 14. No menos del 40% ni mas del 75% pasa la malla 100.( la resistencia a la tracción del yeso aumenta proporcionalmente a su grado de finura).

Volumen en seco: 1.2 m^3 por 1.000 Kg. de yeso vivo. Tiempo de fragua: de 16 a 20 minutos. Volumen de agua: El necesario para preparar la pasta, en el 60% de volumen del yeso vivo. Volumen de pasta : El 95% del volumen del yeso vivo.

CAL

Definición .-

Cal es el producto resultante de la descomposición, por el calor, de las rocas calizas, que son carbonatos cálcicos ó carbonatos de calcio.

Si las calizas son puras y se calientan a 900°, se verifica la siguiente reacción:

Ca CO 3 + calor ≈CO 2 + Ca O

es decir que el carbonato cálcico se descompone, originado anhídrido carbónico y óxido de calcio o cal viva. El anhídrido carbónico es gaseoso y se escapa con los humos de la combustión, que quedando, pues como residuo de la combustión sino el óxido de calcio.

Descripción. -

Las piedras de cal o calizas naturales, casi nunca casi nunca se encuentran puras, ó sea en la. forma de carbonato cálcico, sino acompañadas de otros cuerpos extraños, principalmente arcilla, magnesia, hierro, azufre álcalis y materias orgánicas, comunicándole a la cal, proveniente de aquellas, determinadas características.

El carbonato calcico se presenta, en la naturaleza en multitud de formas, siendo, muy abundante, Se le conoce con los siguientes nombres:

aragonito, espato de Islandia,“ Calcita, estalactitas y estalagmitas, Caliza, mármol, Creta, piedra litográfica, etc., etc.

La cal viva es una sal blanca, amorfa, muy inestable, pues posee gran avidez por el agua. Reacciona con el agua en la forma siguiente:

Ca O + H 2 0 - Ca (OH) 2 + calor

Produciéndose hidr6ddo cálcico o cal apagada. La temperatura a que da Lugar esta reacción es de unos 160º.

El hidróxido calcico es un cuerpo sólido, blanco, amorfo, pulverulento, algo soluble en el agua, Disuelto en agua forma lo que se llama agua de cal.

C1asificacion de la cal .-

Las distintas clases de cal se pueden agrupar en la forma siguiente :

Por la acción del agua en:

Cal viva ) Cal apagada) ya descrita.

Por su grosura:

Cal grasa, que se obtiene de una caliza que contiene hasta 5% de arcilla. Esta cal al apagaras forma una pasta ligosa y untuosa al tacto, lo que ha dado origen a su nombre.

Cal árida, que procede de calizas que aún teniendo menos de 5% de arcilla contienen además óxido de magnesio en proporción superior al 10%.

Por sus características químicas:

Cal dolomítica, cuando la proporción de óxido de magnesio cs superior al 25%.

Cal hidráulica, que es la proveniente de la calcinación de calizas que tienen más del 5% de arcilla y que da un producto que además de los caracteres que poseen las cales grasas, puede endurecerse y consolidarse bajo el agua.

Por refinamiento industrial :

Cemento grappier, formado por trozos sumamente calcinados obtenidos después del apagado de la cal hidráulica, lo cuales son molidos constituyendo un material de cementacion gracias al silicato de cal que contienen, en grado mayor o menor.

Cemento Lafarge, usado en EE. UU., siendo un producto similar al anterior.

En el mercado limeño se encuentran las siguientes clases de cal:

De Obra.- La más barata, contiene impurezas y de color no blanco.

Fina- De co1or blanco, por la ausencia de impurezas.

constituido por capas alternadas de piedra y combustib1e, que puede ser carbón vegetal, leña ó ramas. Se levanta así un de tronco de cono unos 4.00 á 5.00 m. de diámetro en la base; 3.00 á 4.00 m. en la coronación y de unos 3.00 m. de altura. Esta pila se cubre Por una capa de arcille mojada, arena y paja de unos 6 cm. de espesor, en total, y que tiene por objeto evitar la pérdida excesiva de calor.

Antes de construir la pila se echa combustible en la zanja y en el hornillo; y después de construido el montón, se enciende el conjunto por medio del combustible arrojado ala zanja; el fuego se trasmite poco a poco a todo el conjunto.

La calcinación dura mas o menos una semana, y se conoce que ha terminado por el aspectote los gases que se desprenden, exentos de humo.

Una vez enfriado el montón y desecho, es necesario separar a mano los trozos de cal, de las cenizas.

2.- Por hornos intermitentes.- Se realiza en construcciones especiales de ladrillos ó adobe, que constan de 3 partes: el hogar, el cuerpo del horno, y la boca, chimenea ó tragante. Tienen. 5. m. de altura, aproximadamente y son de sección circular.

Se forma una bóveda sobre el hogar con las piedras más gruesas, y el resto del cuerpo se llena con caliza triturada. El combustible suele ser leña y a veces guano. La calcinación dura de tres a cuatro días, y se aprecia que ha terminado por el descenso que sufre el material, en el cuerpo del horno.

3.- Por hornos continuos.- Están formados por construcciones de albañilería, que afectan la disposición de dos conos invertidos, unidos por sus bases. En estos ‘hornos en la parte inferior, además del hogar, se dispone de una abertura para extraer la piedra de cal a medida que es calcinada.

Como estos hornos son mas perfectos, casi siempre van revestidos interiormente con ladrillos refractarios.

Apagado de la cal .-

En Ingeniería Civil: la cal se usa apagada, es decir, hidratada. Como ya hemos manifestado esta hidratación se realiza con

una fuerte desprendimiento de calor, que a veces llega a l60º, y se produce además un ruido característico, consistente en una especie de silbido ó crepitar agudo.

Teóricamente el apagado de la cal viva sólo requiere un volumen De agua equivalente a 35% del peso de la cal.

En la práctica se emplea mayor cantidad de agua que la indicada, y es usual que los albañiles apaguen un volumen de cal con 1-1/2 á 2 volúmenes de agua.

El apagado de, la cal se puede hacer por los métodos siguientes:

1.- Apagado espontáneo .- Es el que se realiza por el contacto natural de la cal con 1a humedad ó vapor de agua del aire atmosférico. Para facilitar esta acción se extiende simplemente la cal sobre una superficie plana, resguardada de la lluvia. Para el apagado completo es necesario exponer la Cal unos tres meses. El sistema tiene el inconveniente de que la cal absorbe, además anhídrido-carbónico, y se carbonata un poco, circunstancia dañina qué comprenderemos mejor al ocuparnos de la fragua de la cal.

2.- Apagado por aspersión .- Se humedece la ca1 con una regadera ó con un pu1verizador, extendiéndola previamente sobre una superficie, en capas, que son sucesivamente regadas.

3.- Apagado en obra .- E1 procedimiento empleado generalmente al pié de obra consiste en formar una pila ó cono de arena, en cuyo eje se practica una especie de cráter, en el que se arrojan los trozos de cal viva. Luego se vierte sobre la arena un volumen de agua a tres veces el de la cal.

Otro sistema también muy usual en los trabajos de albañilería, en echar la cal viva con suficiente cantidad de agua en cubetas ó pozas inpermeab1es, y después de apagada pasarla por mallas ó tamices, con el objeto de separar los trozos duros ó impurezas.

En estos casos se acostumbre apagar la cal siete días antes de emplearla con argamasa, y 30 días antes, cuando se le va a usar en revoques.

También se vende en algunas ciudades del país, en sacos de fanegas con 72 kg. de peso, por saco.

Historia .-

La cal fue conocida en el periodo histórico que se denominan corrientemente “la antigüedad”; pero la cal hidráulica solo fue descubierta a principios del sigo XIX.

En el Perú, a la piedra de cal se le llamaba iscu, y 1os aborígenes la obtenían quemando las calizas por el método del montón ó huaironas, que hemos revisado; también para obtener cal quemaban conchas y moluscos, con leña y paja.

En quechua, chancara quiere decir “montaña de caliza”.

Los antiguos peru4nos mezclaban la cal con arena ó con arcilla para obtener morteros que empleaban para revestimientos ó tarrajeos para construir muros rústicos de piedra no labrada.

Loa hornos de cal se comenzaron a usar en Lima muy poco después de fundada la ciudad en 1535; y ya en 1549 se encontraba en pleno funcionamiento uno de estos hornos estab1ecido, en las vecindades del Cerro que, años después, se llamo’ San Cristóbal.

En los primeros años de la Republica la cal que se consumía en Arequipa procedía de una cantera llamada “Calera”, en la quebrada del Yura. Es una piedra porosa con aspecto de estar formada por tubitos pequeños y delgados; es de color blanco sucio.

En la misma época, la cal consumida en Trujillo, provenía de canteras vecinas a Asocopa, donde también se hallaban instalados los hornos para la quema de la piedra. Esta piedra es de un color gris azulado, y se quemaba en pequeños hornos de leña. La cal apagada no solo se trasportaba a Trujillo, sino también a Malabrigo, y algunas veces hasta el Callao.

Yacimientos .-

Los calcáreos son muy abundantes en nuestro territorio, y es prácticamente posible encontrarlos muy cerca del lugar donde se les necesite.

Unos pocos de los yacimientos y canteras más conocidas son las siguientes.

En los alrededores de Lima:

Comas, El pino, Monterrico chico, San Francisca, E1 Agustino Valdivieso.

Los alrededores de Arequipa:

Pacsi vitor Charcani sumbay Socosani socabaya

En los alrededores de Chiclayo:

Hacienda cuculí, hacienda sultur.

CAL HIDRÁULICA

Como ya hemos expresado, La cal hidráulica aquella que, además de las características de la cal grasa, que se endurece en el aire, posee la de fraguar ó solidificar bajo el agua, ó en un medio húmedo. A todos los materiales que poseen esta última propiedad se les denomina hidráu1icos, en ingeniería, para distinguirlos de los otros que se llaman aéreos.

Se explica la fragua hidráulica de esta cal, etab1ecicndo que en la cocción, en primer lugar, se produce una evaporación del agua. de cantera; hasta los 700º empiezan a descomponerse los silicatos que forman las arcillas, y a los 900º se descompone el carbonato calcico. A temperatura más elevada reaccionan los productos resultantes: oxido de cal, anhídrido silícico y alúmina, formándose unos silicatos y aluminatos, cuyo conjunto constituye el aglomerante que se ha llamado cal hidráulica.

Lo que diferencia una cal de otra, esta pues en que la hidráulica se obtiene por cocción a mayor temperatura, y además, como condición indispensable, en que las calizas que se emplean para fabricar la cal hidráulica contienen apreciable porcentaje de arcilla.

La calcinación y el apagado de la cal hidráulica se realizan en todo, semejante al de la cal grasa; pero con la circunstancia de que se llevan a cabo con la mayor prolijidad y refinamiento técnico, por tratarse de un producto más fino.

De los residuos de la calcinación de las calizas, que dan cales hidráulicas, ó sea de aquellos trozos que no se reducen a polvo, y que están formados por productos prácticamente vitrificados, se preparan los cementos grappier; para los cuales se pulverizan