Propiedades y Materiales Básicos en Ingeniería Civil: Cemento y Concreto, Apuntes de Materiales y Sistemas Constructivos

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U. A. C

Bases de Estática y Mecánica

FACULTAD DE ARQUITECTURA

COLEGIO DE ARQUITECTURA

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA

Materiales Estructurales

1.1 Propiedades Estructurales Básicas

Las principales propiedades de un material pueden representarse mediante curvas esfuerzo-deformación obtenidas de ensayes estándar ante condiciones uniaxiales de esfuerzos (de compresión o tensión).  Resistencia: puede variar para los diferentes tipos de fuerzas, en diferentes direcciones, en diferentes edades o diferentes valores de temperatura o contenido de humedad.  Resistencia a la deformación: grado de rigidez, elasticidad, ductilidad; variación con el tiempo, temperatura, etc.  Dureza: resistencia al corte de la superficie, raspaduras, abrasión o desgaste.  Resistencia a la fatiga: perdida de la resistencia con el tiempo; fractura progresiva: cambio de forma con el tiempo.  Uniformidad de estructura física: vetas y nudos en la madera, agrietamiento del concreto, planos cortantes en la roca, efectos de la cristalización en los metales. Las propiedades generales de interés en el uso y evaluación de materiales estructurales incluyen las siguientes:  Forma: natural, remoldeada o reconstituida.  Peso: como contribuyente a las cargas gravitacionales de la estructura.  Resistencia al fuego: combustibilidad, conductividad, punto de fusión y comportamiento general de altas temperaturas.  Coeficiente de expansión térmica: relacionado con los cambios dimensionales debidos a las variaciones de temperatura; critico cuando se acoplan varios materiales.  Durabilidad: resistencia al clima, pudrición, insectos y desgastes.  Apariencia: natural o modificada.  Disponibilidad y uso.

1.2 Principales materiales estructurales

Concreto armado: Se obtiene mezclando arena, grava y cemento. Es relativamente frágil con limitada resistencia a la tracción en comparación a la resistencia a la compresión, aunque su resistencia y características pueden variar con la colocación de varillas. Usos: Al ser moldeable permite tener libertad en las formas. Losas, vigas monolíticas, domos, losas planas y cascarones de cubiertas. Madera: Es de los primeros materiales usados por el ser humano, se puede obtener directamente de los árboles o de productos fabricados. La elección de la posición de las fibras y su tamaño depende del uso que se le dará y las propiedades que se quieran explotar. Entre más osca es la madera más resistente es. Usos: Generalmente era usada para estructuras, vigas y tirantes, postes, cubiertas y acabados. Acero: Aleación constituida por hierro y carbono. Las propiedades del acero dependen de la cantidad de carbono empleada en el proceso de fabricación creando un material muy versátil. Tiene gran resistencia con poco peso, fácil de fabricar, elástico, gran ductilidad, tenacidad y tiene resistencia a la degradación. Usos: Se emplea en todo tipo de construcciones, desde clavos hasta barras de refuerzo en concreto armado, perfiles laminados y estructuras. Mampostería: Constan de elementos separados unidos entre si por algún relleno aglutinante. Tradicionalmente el aglutinante es mortero de cemento-cal, además este producto de construcción no requiere la misma cantidad de cimbra y apuntalamiento temporal como se necesita para una estructura de concreto colado. Dos principales problemas de la estructura de mampostería son la contracción del mortero y el agnetamiento por expansión térmica. Aquí podemos encontrar ladrillos y diferentes tipos de rocas.

materiales duros como calizas y pizarras, mientras que en el caso de materiales blandos (arcillas y margas) se utilizan excavadoras para su extracción.

2. Trituración Una vez extraído y clasificado el material, se procede a su trituración hasta obtener una granulometría adecuada para el producto de molienda y se traslada a la fábrica para su almacenamiento en el parque de prehomogeneización. 3. Prehomogeneización El material triturado se almacena en capas uniformes para ser posteriormente seleccionadas de forma controlada. Esto permite preparar la dosificación adecuada de los distintos componentes reduciendo su variabilidad. 4. Molienda de crudo Estos materiales se muelen para reducir su tamaño y favorecer así su cocción en el horno. 5. Precalentador de ciclones La alimentación al horno se realiza a través del precalentador de ciclones, que calienta la materia prima para facilitar su cocción, así el crudo alcanza los 1000 grados antes de entrar al horno. 6. Fabricación del clínker: Horno A medida que la harina va avanzando en el interior del horno la temperatura va aumentando hasta alcanzar los 1.500ºC, produciéndose las complejas reacciones químicas que dan lugar al clínker. 7. Fabricación del clínker: Enfriador A la salida del horno, el clínker se introduce en el enfriador, que inyecta aire frío del exterior para reducir su temperatura de los 1.400ºC a los 100ºC. 8. Molienda de clínker y fabricación de cemento El clínker se mezcla con yeso y adiciones dentro de un molino de cemento.

9. Almacenamiento del cemento El cemento se almacena en silos, separado según sus clases.

1.5 Clasificación del cemento Portland

Cemento Tipo I, uso general: Apropiado para todos los usos donde no se requiere las propiedades específicas de otros cementos. Su empleo en concreto incluye pavimentos, pisos, puentes, tanques, embalses, tuberías, unidades de mampostería y productos de concreto prefabricado entre otras cosas. Cemento Tipo II y Tipo II (MH), moderada resistencia a sulfatos y al calor de hidratación : Se usa en estructuras normales y en miembros expuestos a suelos o agua subterránea donde la concentración de sulfatos o el calor proveniente de la hidratación sean más altos de lo normal pero no severos. Para controlar el ataque al concreto se debe emplear el cemento tipo II acompañado de uso de baja relación agua - material cementante y baja permeabilidad. Cemento Tipo III, altas resistencias iniciales : Ofrece alta resistencia a edades tempranas, normalmente una semana o menos. Similar al cemento Tipo I a excepción de que sus partículas se muelen más finamente, es usado cuando se necesita remover las cimbras (encofrados) lo más temprano posible o cuando la estructura será puesta en servicio rápidamente. Cemento Tipo IV, para lograr bajo calor de hidratación : Se usa donde se deba minimizar la tasa y cantidad de calor generado por la hidratación. Este cemento desarrolla la resistencia en una tasa más lenta que los otros tipos. Se usa en estructuras de concreto masivo donde la alta temperatura deriva del calor generado durante el endurecimiento y este deba ser minimizado. Cemento Tipo V, alta resistencia a sulfatos : Se usa en concretos expuestos a la acción severa de sulfatos, principalmente donde el suelo y el agua subterránea contienen gran concentración de estos. La alta resistencia a los sulfatos de este

Concreto ciclópeo Este tipo de concreto se emplea en cimentaciones y sobrecimientos. Cuando se usa en cimentación, la proporción aconsejable es de 1 volumen de cemento por 10 volúmenes de hormigón. Esto se logra usando 1 bolsa de cemento, 3 1/3 buggies (conocidas como carretillas) de hormigón y la cantidad de agua necesaria para obtener una mezcla que permita un buen trabajo. Concreto simple La proporción recomendada es de 1 volumen de cemento por 12 volúmenes de hormigón. Esto se logra usando 1 bolsa de cemento, 4 buggies de hormigón y la cantidad de agua necesaria para obtener una mezcla que permita un buen trabajo.

El concreto simple se emplea para construir distintos tipos de estructuras, como autopistas, calles, puentes, túneles, pistas de aterrizaje, sistemas de riego y canalización, rompeolas, embarcaderos y muelles, aceras, etc. En la albañilería , el concreto simple es utilizado también en forma de tabiques o bloques. Concreto armado A diferencia del resto, a este tipo de concreto se le introduce fierro de construcción para conseguir que ambos materiales trabajen conjuntamente para soportar cargas. Por lo general, se usa para vaciar columnas, vigas y techos. En general, la proporción recomendada para lograr una resistencia adecuada en una casa de dos o tres pisos, es: 1 volumen de cemento, por 3 volúmenes de arena gruesa y 3 volúmenes de piedra chancada. Concreto Hidráulico Es un concreto rígido, es impermeable y no absorbe el agua aun en condiciones de mucho sol, un concreto normal con el tiempo absorbe agua y se rompe o cuartea, este tipo de concreto es más resistente a la intemperie. Este tipo de concreto es utilizado en represas, tanques y estructuras que trasportan agua. Concreto Premezclado Estándar: El concreto premezclado estándar es la forma más común de concreto. Se prepara para su entrega en una planta de concreto en lugar de mezclarse en el sitio de la obra, lo que garantiza la calidad del concreto. Concreto Arquitectónico y Decorativo: Este tipo de concreto puede desempeñar una función estructural además de un acabado estético o decorativo. Puede ofrecer superficies o texturas lisas o ásperas además de una diversidad de colores. Concreto de Fraguado Rápido: Diseñado para elevar el desarrollo temprano de resistencia, este concreto permite retirar las cimbras más rápido, secuenciar la construcción aceleradamente, y una rápida reparación en proyectos como

aguas pluviales, se filtren por él, lo que reduce las inundaciones y la concentración calorífico por hasta 4° C, y ayuda a evitar los derrapes en los caminos mojados. Este concreto idealmente se usa en estacionamientos, andadores y orillas de alberca. Concreto Antibacteriano: Este concreto controla el crecimiento de las bacterias, ayudando a mantener ambientes limpios en estructuras tales como laboratorios, restaurantes y hospitales. https://apuntesingenierocivil.blogspot.com/2014/04/materiales-estructurales.html https://es.slideshare.net/ebertbellido/materiales-estructurales https://prezi.com/hv5cfnptnq4f/materiales-estructurales/ https://www.ieca.es/proceso-de-fabricacion/ https://www.cemex.com.pe/-/hablando-de-cementos-portland https://www.360enconcreto.com/blog/detalle/category/cemento/propiedades-fisicas-del- cemento#:~:text=%22Las%20propiedades%20m%C3%A1s%20relevantes%20del,fraguado%20y %20el%20fraguado%20r%C3%A1pido%22. https://sites.google.com/site/cemyhor/el-cemento-portland-componentes/propiedades-fisicas-y- quimicas-del-cemento-portland https://repository.ucatolica.edu.co/bitstream/10983/6831/4/TESIS-AN%C3%81LISIS%20DE%20LAS %20PROPIEDADES%20MEC%C3%81NICAS%20DE%20UN%20CONCRETO%20CONVENCIONAL %20ADICIONANDO%20FIBRA%20DE%20C%C3%81%C3%91A.pdf https://www.cemex.com/documents/27057941/45587277/aplicaciones-manual-construccion- general.pdf/772d227d-d168-efc4-a2e3-86ba78c80cb