MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

1. MATERIALESDE CONSTRUCCIÓN Carmen Fernández Rodríguez Nuria González Martín Cristina Serrano Pérez Claudia Atienza Marchal Ismael Maté Barahona Asignatura: Materiales para la Ingeniería

2. Cemento • Sentido más amplio adhesivo • En construcción e ingeniería civil sustancia que une arena + roca machacada  masa sólida

3. Cemento primitivo • Cal apagada + arena  argamasa. • Pasta hecha: cal apagada + agua + arena Endurecimiento gradual  eliminación del agua y la reacción con el anhídrido carbónico atmosférico para producir

4. Cementos Son conglomerantes hidráulicos amasados con agua pastas reacciones de hidrólisis e hidratación fraguan y endurecen productos hidratados mecánicamente resistentes y estables al aire y bajo agua

5. Cemento • Empleados en la construcción. • Se presentan en estado de polvo • Mezcla de piedra caliza y arcilla (>22% arcilla) cocción a 1550º C hasta un principio de fusión o vitrificación Trituradas y molidas

6. Tipos cemento y usos Cementos Portland Calentamiento caliza + arcilla, u otros materiales de composición global similar temperatura que provoca una fusión parcial Clinker muele y se mezcla con un pequeño % de yeso • - silicato tricálcico • beta-silicato dicálcico • aluminato tricálcico • solución rápida de ferrito 4 fases principales del Clinker

7. Cementos Portland • Velocidad de endurecimiento • Velocidad de desprendimiento de calor • Cantidad de calor desprendida durante la hidratación • Resistencia del cemento endurecido al ataque por soluciones de sulfatos • Variables más importantes Se fabrican a partir de materias primas con escasa proporción de componentes fijos distintos de cal, alúmina, sílice y óxidos de hierro. Componentes indeseables  magnesio, MgO; el fósforo, ; los fluoruros y los óxidos alcalinos.

8. Propiedades de las fases del clinker

9. Cementos que contienen silicatos o aluminatos cálcicos • Cemento aluminoso Caliza + bauxita cemento aluminoso calentamiento hasta fusión Las pastas: Fraguan y endurecen rápidamente Alta resistencia al ataque por sulfatos. Uso  Fabricación de hormigón refractario.

10. Cementos que contienen silicatos o aluminatos cálcicos • Cementos de escoria Escoria Fundida en alto horno Enfriada Tipos: • cementos de altos hornos  escoria granulada + clinker de cemento Portland • cementos sobresulfatados  escoria granulada + sulfato cálcico o cemento Portland. Estructura vítrea

11. Cementos que contienen silicatos o aluminatos cálcicos • Puzolanas Sin propiedades cemetantes Puzolanas + cementos - materiales naturales de origen volcánico - materiales artificiales fabricados calcinando ciertas arcillas o pizarras Agua, Tª ambiente

12. Cementos que contienen silicatos o aluminatos cálcicos • Cementos expansivos A diferencia del resto NO sufren una contracción sino una expansión durante la hidratación. - Cementos tensantes

13. Cementos que contienen silicatos o aluminatos cálcicos • Productos derivados del silicato cálcico Tratamiento pastas ricas en cal, sílice o materiales ricos en sílice reactiva. - ladrillos de silicato cálcico - aislantes térmicos - láminas de amianto y silicato cálcico.

14. Cementos que no contienen silicatos o aluminatos cálcicos • Cemento de cloruro básico de magnesio (cemento Sorel) Calcinación (T baja) (reactivo) + árido Producto duro solución concentrada de Solución No resistencia al agua: pulir con cera y trementina. Uso: pavimentos

15. Cementos que no contienen silicatos o aluminatos cálcicos • Yesos yeso Existen cuatro formas distintas: • Dihidrato • Hemihidrato o basanita • Anhidrita soluble • Anhidrita. Deshidratación parcial o completa

16. Cementos que no contienen silicatos o aluminatos cálcicos • Otros cementos Cementos de aluminato de estroncio y de aluminato de bario cementos refractarios Alcanzan temperaturas más altas que los cementos de aluminato cálcico Protección de reactores nucleares

17. Proceso de fabricación del cemento • 1. Obtención y preparación de materias primas (molienda) • 2. Cocción del crudo de cemento • 3. Molienda de cemento y obtención del producto final

18. Obtención y preparación de materias primas • 1.1 Extracción de materias primas Calizas y margas: Aporte de CaO en la formación de silicatos para la producción del clínker de cemento Arcillas y pizarras: Aporte de óxidos que actúan de fundentes facilitando la formación de la fase líquida en el horno

19. Obtención y preparación de materias primas • 1.2. Preparación y adecuación de materias primas Homogeneización de materias primas : alimentación del horno homogénea Molienda (molinos verticales) CRUDO DE CEMENTO

21. Obtención y preparación de materias primas M.P Balsas de homogeneización Bombeo Corriente agua Hornos (Tª>1500ºC) clínker Homogeneización Patios con maquinarias especiales M.P Corriente aire Hornos (Tª>1500ºC) clínker (Menor t)

23. Cocción del crudo de cemento 2. Cocción en hornos rotatorios

24. CLINKERIZACION: • DESCOMPOSICION DE CALIZA Y ARCILLA • FORMACION DE AF4C  (hasta agotar alguno de los óxidos metálicos) • FORMACION • FORMACION DE S2C • FORMACION DE S3C MEDIANTE S2C+CS3C A3C  F2C 

25. 3. Molienda de cemento y obtención del producto final Somete la mezcla de materiales a impactos de cuerpos metálicos o fuerzas de compresión elevadas, junto con la molienda conjunta del clinker, yeso y otros materiales denominados “adiciones”

26. Proceso de fabricación del cemento • ARCILLA • CALIZA • OTROS HORNO DE COCCION CLINKER MOLIENDA YESO (aditivos) CEMENTO

27. Industrias cementeras más importantes

28. Hormigón 1.Hormigón ordinario 2.Hormigón armado 3.Hormigón pretensado 4.Hormigón en masa 5.Hormigón ligero o aireado 6.Hormigón de alta densidad Hormigón = cemento+áridos+agua • Pasta moldeable con propiedades adherentes. • Fragua en pocas horas y se endurece. • Principal característica  soporta compresión • No soporta tracción ni flexión ni cizalladura • Tipos de hormigón: TIPO

29. Mortero • Mortero de cal • Mortero de cemento Portland • Mortero de aluminato de calcio • Morteros bastardos (1parte cemento+2cal+3arena+3agua) Mortero = cemento+agregado fino (arena)+agua Se puede considerar como un tipo de hormigón. • Uso más común: albañilería como material de agarre. • Se clasifican según el tipo de conglomerante: TIPO

30. Refractarios 1.Cemento refractario 2.Mortero refractario 3.Ladrillo refractario Refractarios=cerámicos • Gran resistencia a bajas y altas temperaturas • Refractarios densos con baja porosidad  mayor resistencia a la corrosión y a la erosión. • Punto de fusión mayor a 1700ºC • Tipos de materiales refractarios: TIPO

31. Áridos 1.Árido natural 2.Árido artificial 3.Árido reciclado Árido=material granulado • Se utiliza como materia prima en la construcción. • Se caracteriza por su tamaño • Se diferencian de otros materiales por su estabilidad química y su resistencia mecánica. • Según se naturaleza existen distintos tipos: TIPO

32. Propiedades físicas y mecánicas Mediante diversos procedimientos de ensayo, se conoce el comportamiento de un material cuando está sometido a cargas de funcionamiento y a influencias exteriores El comportamiento mecánico de un material refleja la relación entre la fuerza aplicada y la respuesta del material: DEFORMACIÓN

33. Fraguado y endurecimiento Son el resultado de un proceso de reacciones químicas de hidratación entre los componentes del cemento : Dependiendo de la velocidad de fraguado, el material presentará distintas propiedades Fase inicial de hidratación (fraguado): Fenómenomediante el cual la pasta de cementodeja de ser plástica y adquiereunarigideztalqueya no admitemoldeo (Paso del estado fluido al estado sólido) 3 (CaO · SiO2) + 6 H2O  3 CaO 2 Si O2 3 H2O + 3 Ca(OH)2 2 (2 CaO Si O2) + 4 H2O  3 CaO 2 SiO2 3 H2O + Ca OH)2 Fase final de hidratación ó endurecimiento de la masa sólida y posterior desarrollo de propiedades mecánicas del material

34. Resistencia a la compresión Esfuerzo máximo al que está sometido un material por la aplicación de una carga de aplastamiento 150-500 kg/cm2 a valores de 2000 kg/cm2 (especiales)

35. Resistencia a la tracción (I) Las deformaciones que sufre un material son alargamientos, consecuencia del esfuerzo al que está sometido por la acción de dos fuerzas colineales y opuestas en una misma dirección. MÁQUINA PARA ENSAYO DE TRACCIÓN Ningún material de construcción debe estar sometido a cargas que sobrepasen el límite de elasticidad de cualquiera de sus partes. Deformación elástica: deformación que consiste en aumento de longitud y contracción de su sección Deformación plástica: deformación permanente, no existe recuperación a la posición original

36. Resistencia a la tracción (II) • A mayor módulo de elasticidad, mayor rigidez de los materiales; menos deformable • A mayor rigidez, mayor fragilidad del material , baja tenacidad y baja ductibilidad • Relación lineal entre tensión y deformación Deformación plástica (en metales) • Pérdida de linealidad entre tensión • y deformación • Deformación irreversible • A mayor deformación plástica, material más dúctil Módulo de elasticidad o módulo de Young E= Tensión / deformación Mide la rigidez del material E es una cte característica de cada material

37. Esfuerzo cortante o cizalladura La fuerza que actúa sobre el cuerpo es paralela a una de las caras mientras que la otra permanece fija. Esfuerzo de cizalla = F/S Deformación de cizalla = Δx /h ~ Θ Módulo de cizalla =

38. Hormigón Material estructural más empleado en la Ingeniería. HORMIGÓN ARMADO: • Muy resistente a esfuerzos de compresión • Inclusión de barras de acero para soportar esfuerzos de tracción, flexión y cizalladura (pilares) HORMIGÓN PRETENSADO: • Aplicación de esfuerzos de tracción a elementos estructurales del hormigón (cables de acero tensados) • HORMIGÓN POSTENSADO: • Aplicación de tensión a tendones de acero ya endurecido el hormigón • Muy resistente a los esfuerzos de compresión. • Mal comportamiento ante esfuerzos de flexión y cizalladura • Mal comportamiento ante esfuerzos de tracción

39. Resistencia a la compresión del hormigón (I) Depende de las propiedades del cemento empleado. El más utilizado en hormigones, cemento Portland. • Tiempo de hidratación o fraguado(mayor resistencia cuanto mayor es el tiempo de curado)

40. Resistencia a la compresión del hormigón (II) • Relación agua/cemento ( para relaciones > 0,4 la resistencia decrece) A bajos valores de la relación, se trabaja mal para poder conformar el hormigón • Aditivos (oclusión de aire) Mejora la resistencia a la congelación y deshielo; disminuye resistencia a la compresión • Los agregados (finos y gruesos): consistencia del esqueleto de hormigón; oposición a la retracción del hormigón • Finura del cemento: a mayor finura, mayor calor de hidratación

41. Materiales cerámicos Muchos materiales cerámicos son duros y tienen baja resistencia al impacto debido a los defectos estructurales (por ejemplo, microfisuras) • Alta dureza • Fractura Frágil • Baja tenacidad • Resistencia de compresión > resistencia a tracción • Comportamiento elástico similar al de los metales: relación lineal entre tensión y deformación (no existe deformación plástica) Con la porosidad, disminuye el módulo de elasticidad E • Resistencia a la flexión (resistencia de rotura)

42. Ensayos: Fraguado AGUJA VICAT (Norma EN 196-3) • MATERIAL: Aguja de acero (l=50 y d=1,13mm) cilíndrica con descenso vertical respecto al molde y una carga de 3Kg. Molde rígido y base de vidrio. • PROCEDIMIENTO: Se realiza un molde. Inicio de fraguado:En cámara húmeda se suelta la aguja desde el enrase con el molde dejando actuar 30s y se toman distancias entre aguja y la base del molde siendo el tiempo inicial el correspondiente a la distancia de 1mm. Final del fraguado: Accesorio cilíndrico en la aguja, inversión del molde y realización de la experimentación hasta no observar daño en la pieza . TAMBIÉN USADO EN ENSAYO CONSISTENCIA NORMAL

43. Ensayos: Expansión MÉTODO LE CHATELIER (EN 196-3) • MATERIAL: Molde cilíndrico abierto por una generatriz donde se sitúan dos agujas . • PROCEDIMIENTO: Se mantiene el molde en cámara de húmeda durante 24h y se mide la distancia entre la agujas. Molde a baño de agua en ebullición durante 3h tomando la distancia de agujas. Diferencia de ambas medidas se obtiene expansión.

44. Ensayos: Finura de molido SUPERFICIE ESPECÍFICA BLAINE (UNE 80.122) Se trata de un estudio de permeametría. Se introduce en un cilindro una muestra de cemento compactado, según normativa, y se hace pasar una corriente de aire. En función de la resistencia al paso se observa la porosidad del material y con ello el tamaño de partícula. TAMIZADO EN SECO(UNE 80.107) Y HÚMEDO (UNE 80.108).

45. Ensayos: Resistencia a compresión Según la EN 196-1 como resistencia al cemento se entiende la resistencia ofrecida por un mortero normalizado, condiciones arena / cemento de 0,5. Se realizan probetas 4x4x16mm. Siendo sometidas a flexión y compresión, midiendo la fuerza ejercida a los 7, 28 principalmente.

46. Ensayos: Resistencia a compresión PIE DE OBRA: Por norma también se deben realizar estos ensayos a pie de obra debido a la dependencia resistencia contenido en agua en amasado, la ley obliga a los morteros dado que se suelen vender en seco. Hormigones y morteros siempre se considera con medir compresión, flexión y tracción son función de esta.(Estudios han demostrado que no es tan cierto y para algunas obras es necesario). Actualmente intento de cambiar ensayo compresión por tracción.

47. Ensayos: Cerámicos

48. Ensayos: Áridos

49. Aplicaciones de distintos materiales para la construcción. 1.En hornos (soporta Tª de 1600ºC) 2.Hormigones refractarios 3.Prefabricados 4.Obstrucciones de paso de agua • CEMENTOS: • Portland USO aglomerante par la fabricación de hormigón • Portland+agua cemento plástico USO revestimiento externo de edificios • Aluminoso USO

50. Aplicaciones de distintos materiales para la construcción • 1.Resistene al ataque de aguas agresivas • 2.Adecuado para ser usado en climas calurosos 1.En trabajos de demolición de todo tipo de rocas y hormigón 2.En canteras 3.Trabajos submarinos 4.Construcción 5.Obra civil y pública • Puzolánico USO • Expansivo USO