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1.- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
CAPÍTULO I
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
1.1 MATERIALES USADOS EN LA CONSTRUCCIÓN.
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS Y ESPECIFICACIONES
Existe una gran diversidad de materiales empleados en la construcción, la variedad depende en ocasiones del lugar en donde se fabriquen de acuerdo a la materia prima que se disponga, sin embargo; en términos generales existen materiales que son de común utilización en las obras de construcción y que por lo tanto se encuentran en el mercado con medidas y presentaciones estándares. Algunos otros son extraídos y utilizados en su estado natural como son los materiales pétreos. En este capítulo veremos los diferentes materiales de construcción más comunes y que son aplicables en nuestra región por diferentes razones como son el clima y principalmente por ser los materiales con los que en ella se cuenta, algunos otros que si bien no son utilizados por ser materiales nuevos, pero son aplicables en esta zona del país. LA NORMATIVIDAD EN LA CONSTRUCCIÓN “Las acciones de construir, ampliar, modificar, cambiar el uso o régimen de propiedad en condominio, reparar, demoler una edificación, constituyen obras que deben cumplir ciertos requisitos estipulados en leyes, reglamentos y algunas NOM (Normas Oficiales Mexicanas). En los niveles Estatal y Municipal, los reglamentos de construcción responden a las condiciones particulares de regionalismo, clima, sismo, viento; precisan las características que las diversas obras deben satisfacer desde su inicio, principalmente en lo relativo a la habitabilidad, la seguridad estructural y los aspectos funcionales de los inmuebles; asimismo, incorporan todas las responsabilidades que los propietarios deben atender y que, solidariamente con los directores responsables de obra y peritos de obra, deben satisfacer desde el proyecto arquitectónico, en el proceso de construcción y en la vida útil de las edificaciones. Estos ordenamientos estipulan que los materiales productos y sistemas constructivos deben demostrar calidad y confiabilidad a las autoridades locales, para lo cual las Normas Mexicanas son de enorme utilidad”.
1.- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Actualmente existen normas mexicanas normalizadas por el ONNCCE (Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la construcción y Edificación), de las cuales se hace referencia en los materiales correspondientes en éste capítulo. MATERIALES PÉTREOS (Suelos y Rocas) Los materiales pétreos son derivados de las piedras como su nombre lo dice, estos son: la piedra, grava y el polvo, los cuales son extraídos de bancos de explotación, o se localizan en las laderas de los cerros, en las zonas volcánicas, o en las minas. En nuestro estado, Quintana Roo, el tipo de material que predomina es la roca caliza, que es obtenida de lugares determinados como canteras que son bancos de explotación, ubicados en orillas de carreteras para su fácil transportación. 1.1- 1 PIEDRA Material en estado natural, que tiene una amplia aplicación en la construcción de obras en nuestro país, debido a la gran abundancia y variedad que existe en la naturaleza. Según su origen y formación se distinguen las rocas eruptivas (ígneas), que tuvieron su origen en el enfriamiento del magma fluido e incandescente, y las rocas sedimentarias, producidas por los que la sedimentación dejo en el fondo de los mares y cuencas de agua embalsada. Dentro de los grupos de las rocas eruptivas y sedimentarias se encuentran las pizarras cristalinas. En el Estado de Quintana Roo se tiene roca caliza de buena calidad, después de la capa vegetal, sin embrago existen algunas piedras que se consideran de pepena o mala calidad para la construcción debido a su alto contenido de arcillas y limos, lo que le resta la resistencia esperada, pudiendo desbaratarse fácilmente. Clasificación y Características de las Diferentes Clases de Piedra ROCAS ERUPTIVAS (ÍGNEAS) : el granito, basalto, lava basáltica, tobas volcánicas, tezontle. Granito.- Es la principal de las rocas eruptivas debido a su dureza y estabilidad ante los agentes atmosféricos. Su color es gris blanquecino, pero según su composición puede ser rojizo o verdoso.
1.- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN PIZARRAS CRISTALINAS: El gneis, es una pizarra cristalina dura y resistentes a los agentes atmosféricos, su color blanco agrisado, azulado o negruzco. La piedra se cuantifica por m3. Especificaciones de las Diferentes Clases de Piedra Resistencias Mínimas de las Distintas Clases de Piedra en Kg/cm Clases de Piedra Resistencias Mínimas a la Compresión (Kg/cm2) Caliza, travertino, tobas volcánicas. 200 Areniscas blandas (con aglomerante arcilloso o análogo). 300 Calizas compactas (duras) y dolomías (mármol incluido), lava basáltica y análogas. 500 Areniscas cuarcíticas (con aglomerante silíceo), grauvacas y análogas. 800 Granito, sienita, diorita, pórfido cuarzoso, meláfido, diabasa y análogas. 1200 En la construcción se tienen dos tipos de piedra: La piedra labrada y la piedra sin labrar. La primera es aquella que el hombre labra por lo menos un lado, para obtener superficies planas en la cara de la piedra. La segunda es aquella que se utiliza tal y como se encuentra en la naturaleza, como son piedra braza, piedra laja, piedra boleada. Proceso de Obtención de la Piedra La piedra proviene de las canteras, el cual es un lugar determinado previos estudios y permisos específicos para la extracción del material. El procedimiento para obtener la piedra en un banco de explotación de piedra caliza, es el siguiente: Para evitar que el material obtenido esté lo menos contaminado de materia orgánica el terreno a explotar pasa por tres etapas de limpieza: 1 Desmonte, consiste en eliminar los árboles, plantas y hierbas, lo cual se hace con un trascavo. 2 Despalme, consiste en eliminar la capa vegetal, arrastrándola con un trascavo o un tractor. 3 Desenraize, consiste en eliminar las raíces, pedazos de tronco, hojas, y todo el material orgánico posible residual de los procesos anteriores, para lo cual se utilizan palas, picos y carretillas.
1.- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Limpieza del terreno con trascavo Limpieza del terreno con pala y carreta Una vez realizada la limpieza del lugar se procede a hacer las perforaciones en donde se colocarán los explosivos. Las ubicaciones exactas de los puntos a perforar son dadas por el ingeniero especialista en explosivos, lo cual va a depender de diversos factores, un ejemplo es cuando se tienen perforaciones de 6 ¼” de diámetro, éstas se realizan a cada 4.20 metros en un sentido y 3.80 metros en el otro, dichas perforaciones se hacen en forma cuatreapeada. Las perforaciones se hacen con la ayuda de una máquina perforadora hasta el nivel freático, colocando el explosivo en forma de cartucho (alto explosivo) hasta el fondo de la perforación la cual se rellena con un agente explosivo en polvo hasta 80cm antes del nivel de terreno, esos 80cm restantes serán rellenos con material producto de la perforación y compactado, para que la explosión se expanda lateralmente y no hacia arriba, (verticalmente). Todos los cartuchos están unidos mediante un iniciador para ser activados de manera controlada. Maquina perforadora, sobre orugas, conocida también con ”Reedrill” por su nombre en ingles. Perforación de orificio Detalle de perforación Perforaciones realizadas Resultado de la explosión
1.- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Ejemplos de la aplicación de la piedra en la construcción: Veremos diferentes ejemplos de aplicación de la piedra de la región. Albarrada (^) Barda con piedra caliza labrada Muro con piedra caliza labrada Muro curvo (^) Piso de piedra labrada Cimiento de mampostería Muro de piedra de doble altura (^) Pared revestida de piedra Muro de contención
1.- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN 1.1- 2 GRAVA También conocida como gravilla o piedra triturada, es un material en estado natural. Es importante mencionar que existe una diferencia entre grava o gravilla y piedra triturada, según su lugar de procedencia. La grava o gravilla se extrae del lecho de los ríos. La piedra triturada es precisamente obtenida de la. trituración de piedras mayores. Sin embargo es común denominar a este agregado simplemente “grava” sin importar de donde provenga y con ese nombre se comercializa, el producto de piedra triturada. Características de la Grava
- Su color depende de la piedra de la que provenga, cuando así sea su procedencia, la grava que nosotros conocemos es de color blanco amarillento debido a la roca caliza de la región.
- Proporciona resistencia al concreto.
- Su unidad de medida es el m3.
- Se vende por metro cúbico o por sacos que equivales a dos botes. (Ver inciso 2.1-3) Nota: 25 sacos equivale a 1m3 de grava Especificaciones de la Grava ▪ Limpieza.- La grava debe estar limpia considerándose así cuando esté exenta de excesos de arcilla, limo, mica, materia orgánica, sales químicas y granos recubiertos. ▪ Sanidad.- La grava es físicamente sana si conserva su integridad bajo cambios de temperatura o humedad y si resiste la acción de la intemperie sin descomponerse. ▪ Resistencia.- Para que la grava se considere de resistencia adecuada, debe sobrepasar la resistencia propia del aglomerante. ▪ Forma.- Cuando la resistencia al desgaste sea importante, la grava debe ser dura y tenaz. La mejor forma de la grava es la aproximada a una esfera, ya que la forma plana y alargada, perjudican la trabajabilidad del concreto resultando necesario utilizar mas arena y en consecuencia mas cemento y agua. ▪ Granulometría.- La granulometría es importante debido a su efecto en la dosificación, trabajabilidad, economía, porosidad, y contracción del concreto. La distribución del tamaño de las partículas se determina por separación con una serie de tamices estándar descritos en ASTM E11, números, 6, 3, 1 ½, 3/4 y 3/8 de pulgada y No. 4.
1.- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN acuerdo a la utilidad que se la vaya a dar a dicha revoltura y por lo tanto la resistencia exigida; ya sea en la plantilla de cimentación, en zapatas, columnas, en la losa de concreto armado, etc. 1.1- 3 POLVO DE PIEDRA El polvo de piedra o arena es un material en estado natural, fino. Puede provenir de la trituración de piedras mayores, que dan como resultado el polvo, o la arena que proviene del mar, de los ríos y de las minas. En nuestra región utilizamos el polvo de piedra caliza, proveniente del tipo de suelo existente. Características del Polvo
- Color arena
- Material almacenado a granel.
- Su unidad de medida es por m3.
- Se vende por metro cúbico o por sacos que equivales a dos botes. (Ver inciso 2.1- 3 ). Nota: 25 sacos equivale a 1m3 de polvo Especificaciones del Polvo ▪ El polvo debe de estar compuesto de granos duros y limpios, sin sustancias perjudiciales tales como carbón, cenizas, tierra vegetal, limo y otros. ▪ El polvo debe ser sano es decir, debe conservar su integridad bajo cambios de temperatura o humedad y resistente a la acción de la intemperie sin descomponerse. ▪ El porcentaje de humedad del polvo es muy importante ya que la cantidad de agua que contenga se debe considerar en la dosificación de agua para la elaboración del concreto, esta relación se le llama “relación agua-cemento”. Un polvo con 2% de humedad tiene 2 litros de agua en 100 litros de polvo seco. ▪ La distribución del tamaño de las partículas se determina por separación con una serie de tamices estándar descritos en ASTM E11, números, 4,8,16,30,50 y 100. Tabla de los Tamices Estándar para la Granulometría del Polvo de Piedra No. de Malla Tamaño de Abertura en pulgadas Tamaño de Abertura en milímetros 4 0.185 4. 8 0.097 2. 16 0.049 1. 30 0.0232 0.
1.- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN 50 0.0117 0. 100 0.0059 0. ▪ El módulo de finura es un índice para describir lo fino o grueso del agregado. Se calcula sumando porcentajes retenidos acumulados en las seis mallas estándar y dividiendo la suma entre 100. El módulo de finura da una idea del grosor o finura del material. Los valores de modulo de finura de 2.5 a 3 son normales. Ejemplo del un análisis granulométrico típico de polvo. No. de Malla Porcentajes Individuales Retenidos Porcentajes acumulados retenidos 4 1 1 8 18 19 16 20 39 30 18 58 50 18 76 100 16 92 charola 8 Suma = 100 Suma = 285 Modulo de Finura = 285/100=2. Formas de Obtención del Polvo El polvo de piedra se obtiene al igual que la grava de la trituración de piedras mayores, es lavado y después cernido para eliminación de impurezas. (Ver “Proceso de obtención de la Grava, Granzón, y Polvo de piedra”). En algunos lugares se utiliza arena, en lugar del polvo de piedra, la cual es obtenida del mar, de los ríos y de las minas. La arena del mar no es muy conveniente para la construcción por contener sustancias que no son propiamente arena y se llegan a descomponer; en el caso de su utilización se le da un tratamiento para conseguir arena pura, lo más posible. La arena que se extrae de los ríos se conoce como “arena lavada. La arena de mina, es una variedad que se conoce comúnmente como “arena amarilla”. La arena presenta tres calidades por su grosor :Arena o polvo grueso, con grano de 1 a 3mm; Arena media, con grano de ½ a 1mm; y Arena fina, con grano menor de ½ mm. Aplicación del Polvo
1.- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN tamaño de roca máximo determinado, el cual será regido por las dimensiones del espacio entre impactores que presionaran la piedra hasta triturarla. Las piedras producto de la explosión que son de mayor tamaño a lo aceptado por la trituradora, son separadas y picadas con una perforadora, para reducirlas, antes de entrar al triturado primario. Triturado Primario El material obtenido del triturador primario, es conducido hacia un triturador secundario el cual contiene mallas de diferentes aberturas para cribar el material y clasificarlo obteniendo un producto final. El triturador secundario, llamado así porque es el segundo proceso de trituración del material, cuenta con una parte llamada sobremedida, que es donde se lleva acabo el proceso de trituración, cribado, además de lavado con agua a presión del material, la sobremedida cuenta con tres salidas con bandas transportadoras que conducen el material ya triturado, clasificado y lavado, hacia su almacenamiento a granel, en donde llegan los camiones de carga para transportarlos para ser utilizados en la construcción. Maquina trituradora, que después de quebrar el material por medio de un impactor, y pasarlo por una malla lo conduce por medio de una banda para desalojarlo a granel. La trituradora que tenemos en la imagen, acepta tamaños de piedra de hasta 1.20 metros de diámetro. Los fragmentos de roca de mayor tamaño, son picados para reducirlos, de manera que puedan pasar por la trituradora A la izquierda de la imagen aparece la tolva de la trituradora, la cual será alimentada por el material producto de la explosión a la derecha de la misma imagen.
1.- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN La primera banda transporta el material cribado de la malla de 1” de abertura que obtiene la grava de 3/4”, la segunda banda transporta el material cribado de la malla de 3/8” de abertura que obtiene la grava de 5/16” y la tercera banda transporta el material obtenido con una tercera malla de abertura menor, que obtiene el polvo. El material residual de las cribas que no se clasifica con los diámetros anteriores, se mezcla recibiendo el nombre de granzón. Triturado Secundario Triturador Secundario Banda transportadora de polvo^ Lavado del polvo Grava recién triturada y lavada (^) Banda transportadora de grava (detalle) Lavado de grava con agua a presión Banda transportadora de la grava (^) Banda transportadora del polvo Banda transportadora de la
1.- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
- Su unidad de medida es el m3. Especificaciones del Sahkab La composición química del Sahkab, es variable, sin embargo sus componentes predominantes son el carbonato de calcio y el carbonato de magnesio. La proporción de los componentes secundarios afectan su comportamiento mecánico. Vemos como ejemplo el análisis químico de una muestra de Sahkab: Compuesto Químico Partes por millón Carbonatos totales 970, Humedad 5, Carbonato de calcio 945, Carbonato de magnesio 24, Cloruros 180 Sulfatos 70 Nitratos 50 Arcilla 5, Sílice 5, Materia orgánica en oxígeno 70 Otros 14, Su granulometría se semeja a la de los limos que va desde 0.002 a 0.02mm Aplicación del Sahkab La utilización del Sahkab en la construcción es prácticamente empírica. Se ha empleado en gran medida en la construcción de caminos: Pudiendo ser de terracería, aplicándolo en capas compactadas, sin embargo en presencia de lluvia, se ve terriblemente afectado. En caminos Estatales, Federales y en calles en el interior de las ciudades, utilizándolo como base o en ocasiones como sub-base, aplicándole una carpeta de riego asfáltico. Es importante recalcar que, ya que el Sahkab tiene una composición variable, así mismo tiene un comportamiento mecánico diferente, por lo que es muy importante analizar su calidad antes de aplicarlo. Podemos ver un claro ejemplo en las calles de la ciudad de Chetumal, donde constantemente se encuentran baches, debido a la consistencia del material de la base utilizado que seguramente contiene gran cantidad de arcillas en esas zonas.
1.- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN También se ha utilizado como cementante combinándolo con cal para la construcción de las casas típicas Mayas y las casas antiguas de mampostería cuando no se contaba con trituradoras para la obtención de grava y polvo de piedra, sin embargo dichas construcciones presentan la característica de tener que ser restauradas ya que el recubrimiento en paredes y muros se desprende con facilidad por el bajo valor cementante que tiene este material. Se utiliza como material de relleno, siendo compactado y aplicado en capas. En trabajos de poca exigencia se utiliza combinado con polvo de piedra, en la mezcla del concreto, por ejemplo para el colado de firmes que no vayan a soportar grandes cargas. No se debe utilizar en la construcción de elementos estructurales, tales como zapatas, columnas, trabes, etc. MATERIALES AGLOMERANTES Son materiales que tiene su presentación en polvo y que al mezclarlos con agua en proporción determinada producen una mezcla pastosa que sirve para aglomerar otros materiales. Al fraguar generan resistencia mecánica. 1.1- 6 CAL La cal es un material aglomerante simple, producido por la eliminación de agua de los materiales naturales, al hidratar este material reabsorbe el agua expulsada y adquiere propiedades aglomerantes, y forma los mismos compuestos químicos, originales de la materia prima. Cal Viva o piedra de cal, es obtenida mediante el cocimiento de piedras calizas con alto contenido de carbonato de calcio (CaCO3) y algo de carbonato de magnesio (MgCO3) o conchas marinas hasta su total calcinación que evapora el agua de la piedra, calienta la piedra caliza a una temperatura lo bastante alta para la disociación química y expulsa el dióxido de carbono en forma de gas dejando los óxidos de calcio y magnesio. relleno
1.- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN La cal viva es empleada en la construcción para la elaboración de pastas cuyo uso principal está en recubrimientos, sin embargo se puede utilizar para sellar y ligar elementos de dimensión física muy pequeña. Una pasta muy común es el calcreto, la cual se emplea para dar pendiente en losas de azotea, que conducirá el agua pluvial hacia un punto de descarga. Cal Hidratada En 1933 en México la construcción experimentó un cambio importante: la cal viva fue sustituida por el uso de cal hidratada, procesada en una primera planta con tecnología de punta. La cal hidratada, proviene de la cal viva y ya ha pasado por el proceso de apagado en su fabricación. Que es precisamente el motivo por el cual se desarrollo este producto, para tener un mayor control de tal proceso durante su fabricación. Características de la Cal Hidratada
- Su color es blanco.
- Su presentación es polvo fino.
- No requiere un largo periodo de curado.
- Se vende en el mercado en sacos de papel kraft con 25Kg de peso.
- Es mas manejable que la cal viva.
- Es menos sensible a la humedad.
- Tiene mayor plasticidad en los morteros, que los obtenidos con otros cementos. Especificaciones de la cal hidratada ▪ La cal hidratada es hidróxido de calcio. ▪ Contiene de 10 a un 15% de elementos ácidos solubles. ▪ Tiene una resistencia mínima a la compresión de 10 Kg/cm2. Proceso de fabricación de la Cal Hidratada Ya que proviene de la cal viva, el proceso de fabricación es el mismo y después se somete al proceso de apagado en la fabrica. Una vez de que el proceso de hidratación (apagado) deja de desprender calor, se obtiene un polvo fino, seco, como producto resultante. Cal Hidráulica Es la cal totalmente o casi totalmente apagada.
1.- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Características de la Cal Hidráulica
- La Cal Hidráulica es el tipo de cal que posee la propiedad de endurecer dentro del agua.
- Es relativamente baja en resistencia, debido a su bajo contenido de silicato y alto contenido de cal. Especificaciones de la Cal Hidráulica ▪ Contiene más del 15% de elementos ácido solubles. ▪ La resistencia mínima a la compresión de la pasta de cal endurecida es de 25 a 50 Kg/cm Proceso de fabricación de la Cal Hidráulica La cal hidráulica es obtenida por la calcinación de piedra caliza que contiene sílice y alumina, a una temperatura poco menor a la de fusión incipiente. Al apagarla, se agrega solo el agua suficiente a fin de formar parte de cal libre (CaO) que permita la hidratación y para dejar suficientes silicatos de calcio sin hidratar, con objeto de que el polvo seco tenga sus propiedades hidráulicas aglomerantes. El uso de la Cal Hidráulica, es poco común y solamente se utiliza en la ejecución de trabajos especiales. 1.1- 7 YESO : El yeso esta constituido en estado natural de Sulfato de Calcio Hidratado (SO 4 Ca 2H 2 O). El yeso para construcción se obtiene de la calcinación del yeso natural, con el objeto de dejarlo semihidratado (SO 4 Ca H 2 O), teniendo la propiedad de pasar a dihidrato con la adición de agua y de cristalizar en forma de agujas finas entrecruzadas que dan solidez a la masa. Características del Yeso
- Es polvo fino, color blanco.
- Las mezclas hechas con yeso no pueden ser utilizadas para acabados exteriores, ya que éste se descompone al contacto con el agua, una vez que ha fraguado.
- Los acabados con yeso, fraguan rápidamente y alcanzan toda su resistencia al secarse.
