Clasificación de los Materiales de Construcción

Clasificación de materiales de construcción Tipos de clasificación:
o Genética
o Orden constructivo
o Función

1. La clasificación genética de los materiales, se asocia al origen de los mismos orgánicos e inorgánicos, este criterio es el más adecuado para el estudio de las propiedades características de los mismos, presenta además la ventaja de que a diferencia de las otras clasificaciones, no hay materiales que se repiten en los diferentes apartados. Según este criterio, los materiales se dividen en:

1.1 Los materiales pétreos  son las piedras naturales, se obtienen de rocas y se utilizan sin apenas sufrir transformaciones principalmente en la construcción de edificios, obras públicas y para ornamentación. Pueden presentarse en forma de bloques o losetas (mármol, granito y pizarra),o también en forma de gránulos y fragmentos de distintos tamaños (arenas y gravas).
Las rocas a su vez, se clasifican por su origen y con el ciclo de las rocas en: las rocas cambian de forma entre tres tipos diferentes—metamórficas (rocas que han sido alteradas por el calor y/o la presión), rocas ígneas (rocas que se forman al enfriarse la magma o rocas derretidas) y las sedimentarias (rocas que se forman con la fusión de pedazos de rocas erosionadas, que pueden incluir también pedazos de organismos muertos.

La cerámica es la industria más antigua de la humanidad.Se entiende por material cerámico el producto de diversas materias primas, especialmente arcillas, que se fabrican en forma de polvo o pasta (para poder darles forma de una manera sencilla) y que al someterlo a cocción sufre procesos físico-químicos por los que adquiere consistencia pétrea. Dicho de otro modo mas sencillo, son materiales sólidos inorgánicos no metálicos producidos mediante tratamiento térmico. Todos ellos se obtienen al hornear materiales naturales, como la arcilla o el caolín, junto con una serie de aditivos, como colorantes, desengrasantes, etc., todo ello mezclado y cocido en un horno sucesivas veces.
Propiedades generales de los materiales cerámicos:
Comparados con los metales y plásticos son duros, no combustibles y no oxidables.
Su gran dureza los hace un material utilizado como abrasivo y como puntas cortantes de herramientas.
Gran resistencia a altas temperaturas, con gran poder de aislamiento térmico  y, también, eléctrico.
Gran resistencia a la corrosión y a los efectos de la erosión que causan los agentes atmosféricos.
Alta resistencia a casi todos los agentes químicos.
Una característica fundamental es que pueden fabricarse en formas con dimensiones determinadas
Los materiales cerámicos son generalmente frágiles o vidriosos. Casi siempre se fracturan ante esfuerzos de tensión y presentan poca elasticidad.

El vidrio es un material inorgánico duro, frágil, transparente y amorfo que se encuentra en la naturaleza aunque también puede ser producido por el ser humano. El vidrio artificial se usa para hacer ventanas, lentes, botellas y una gran variedad de productos. El vidrio es un tipo de material cerámico amorfo.
El vidrio se obtiene a unos 1 500 °C de arena de sílice (SiO2), carbonato de sodio (Na2CO3) y caliza (CaCO3).

Tabla  Composición del vidrio y propiedades  por fuente bibliográfica

Intervalos de composición frecuentes en los vidrios comunes
Componente	Desde ... %	... hasta %
SiO2	68,0	74,5
Al2O3	0,0	4,0
Fe2O3	0,0	0,45
CaO	9,0	14,0
MgO	0,0	4,0
Na2O	10,0	16,0
K2O	0,0	4,0
SO3	0,0	0,3

Coeficientes para el cálculo de propiedades del vidrio
Propiedad	Valor	Unidades	Fuente
Densidad a 25 °C(1)	2,49	g/cm3	Gilard & Dubrul
Coeficiente de dilatación lineal a 25 °C(2)	8,72•10-6	°C-1	Wilkelman & Schott
Conductividad térmica a 25 °C	0,002	cal/cm.s.°C	Russ
Tensión superficial a 1200 °C	319	dinas/cm	Rubenstein
Índice de refracción (a 589,3 nm)(3)	1,52	-	Gilard & Dubrul
Módulo de elasticidad a 25 °C	719	kbar	Appen
Módulo de Poisson a 25 °C	0,22	-	Wilkelman & Schott
Resistencia a la tracción a 25 °C(4)	(900)	bar	Wilkelman & Schott
Constante dieléctrica (4.5.188 Hz)	7,3	-	Appen & Bresker
Resistencia eléctrica a 1100 °C	1,06	Ώ.cm
Resistencia eléctrica a 1500 °C	0,51	Ώ.cm
Calor específico a 25 °C	0,20	cal/g/°C	Sharp & Ginter
Atacabilidad química DIN 12111(5)	13,52	ml de HCl 0,01N	R. Cuartas

1.2 Los materiales  aglomerantes o conglomerantes, son materiales capaces de unir fragmentos de uno o varios materiales y dar cohesión al conjunto mediante transformaciones químicas en su masa que originan nuevos compuestos. Los conglomerantes son utilizados como medio de ligazón, formando pastas llamadas morteros o argamasas.

Los aglomerantes son materiales capaces de unir fragmentos de una o varias sustancias y dar cohesión al conjunto por métodos exclusivamente físicos; en los conglomerantes es mediante procesos químicos.
Los conglomerantes más utilizados son el yeso, la cal, y el cemento. Se clasifican, según su composición, en:

Primarios
Proceden de la calcinación de una roca, sin adición alguna, cal de la calcinación y yeso y cemento de la cocción. Yeso, Cal y  Cemento

Secundarios
Mortero
Hormigón
y  existen algunos conglomerantes de origen oganico y hacen parte de los Materiales bituminosos: (Betún, Asfalto, Alquitrán,...)

Tipos de Aglomerantes
Conglomerantes aéreos: los que endurecen en contacto con el aire.
Conglomerantes hidráulicos: los que pueden endurecer en contacto con el aire y sumergidos en agua.
Conglomerantes hidrocarbonatados: los que se endurecen por el cambio de viscosidad con la temperatura como los betunes.

1.3 Materiales metálicos: 

La ciencia de materiales define un metal como un material en el que existe un solapamiento entre la banda de valencia y la banda de conducción en su estructura electrónica (enlace metálico). Esto le da la capacidad de conducir fácilmente calor y electricidad, y generalmente la capacidad de reflejar la luz, lo que le da su peculiar brillo. En ausencia de una estructura electrónica conocida, se usa el término para describir el comportamiento de aquellos materiales en los que, en ciertos rangos de presión y temperatura, la conductividad eléctrica disminuye al elevar la temperatura, en contraste con los semiconductores.
El concepto de metal se refiere tanto a elementos puros, así como aleaciones con características metálicas, como el acero y el bronce. Los metales comprenden la mayor parte de la tabla periódica de los elementos y se separan de los no metales por una línea diagonal entre el boro y el polonio. En comparación con los no metales tienen baja electronegatividad y baja energía de ionización, por lo que es más fácil que los metales cedan electrones y más difícil que los ganen.

2. Según su orden constructivo, los materiales se clasifican en:

• Materiales de cimentación,


• Materiales de estructura,


• Materiales de cobertura y de cerramiento.

Los Materiales de cimentación son fundamentalmente los hormigones tambien llamados Concretos en particular el Hormigón armado o Concreto reforzado, el Concreto ciclopeo y los llenos de Suelo mejorado. Los suelos mejorados pueden hacerse con limos arenosos compacatados con rodillo o con suelo cemento también compacatado con rodillo).

Los Materiales de estructura pueden ser:

Estructuras de Hormigón o Concreto,

Estructuras Metálicas,

y Estructuras de madera o mixtas.

Los Materiales de cobertura pueden ser de prefabricados de concreto, materiales metálicos, de materiales cerámicos o pétreos. Y por último, los Materiales para cerramiento pueden ser ladrillos, acristalados, prefabricados de concreto, etc.

Según su función en la obra, los materiales de construcción se clasifican en:

• Resistentes,


• Aglomerantes y


• Auxiliares.

Los materiales resistentes son los que soportan el peso de la obra y los ataques meteorológicos o los provocados por el uso (piedras, ladrillos, hormigón, hierro, etc.).

Los materiales aglomerantes son los que sirven de ligazón entre los resistentes para unirlos en formaciones adecuadas a su función (cemento, yeso, cal, etc.).

Y por último, los materiales auxiliares son aquellos que tienen una función de remate y acabado (maderas, vidrios, pinturas, etc.).

Propiedades de los materiales -No explosividad

Los materiales presentan una respuesta a la solicitud impuesta interna o externa al material, la forma en que responden hacen que estos sean susceptibles de usarse en determinados sistemas constructivos.
Las propiedades de los materiales se pueden agrupar de la siguiente forma:

La No Explosividad hace parte de las propiedades ecológicas de los Materiales, para lo cual se debe reconocer:

Explosividad: Es la capacidad de ciertas sustancias, sólidas, liquidas, gaseosas, mezcla o combinación de ellas, que pueden emitir, mediante reacción química, un gas a temperatura, presión y velocidad tales que las hace susceptibles de provocar daños a la salud, zona circundante y/o al ambiente en general. Desde la definición química la Explosividad (E). es la capacidad de las sustancias químicas que provocan una liberación instantánea de presión, gas y calor a temperatura, ocasionado por un choque repentino, presión o alta temperatura. 

Así el  fuego es una reacción química de oxidación - reducción fuertemente exotérmica, siendo los reactivos el oxidante y el reductor. En  otros términos, el reductor se denomina combustible y el oxidante -El fuego es una reacción química de oxidación - reducción fuertemente exotérmica, siendo los reactivos el oxidante y el reductor. En  otros términos, el reductor se denomina combustible y el oxidante comburente; las reacciones entre ambos se denominan combustiones. Si bien existen varios comburentes el más común y que la naturaleza brinda en proporciones adecuadas es el Oxígeno; las reacciones entre ambos se denominan combustiones.

Si bien existen varios comburentes el más común y que la naturaleza brinda en proporciones adecuadas es el Oxígeno. Para que exista fuego es necesario Oxigeno (comburente) , Calor (Temperatura,  energía necesaria para que tenga lugar dicha reacción y se denomina energía de activación; esta energía de activación es la aportada por los focos de ignición, la temperatura solo se transmite de tres formas a) Conducción pasa el calor del objeto más caliente hacia el más frío, b) Convección, en los fluidos (Aire, agua, etc.) las ondas de calor se transmiten hacia arriba, el aire caliente sube y en los espejos de agua las capas superiores tienen mayor temperatura que las inferiores. y c) Radiación, el calor del fuego se siente a cierta distancia, debido a que se transmite por medio de ondas calóricas invisibles. Por lo tanto, no es necesario que un objeto toque el fuego para que entre en combustión, el calor puede transmitirse de un objeto en llamas a otro sin que estén en contacto.)  y Combustible.  

Los combustibles pueden ser sólidos, líquidos y gaseosos pero ninguno de ellos podrá llegar a arder si no ha rebasado la Temperatura de Inflamación, llamado también "Punto de ebullición" que es aquella en la que un combustible sólido o líquido llega a desprender vapores, que inflamarán en presencia de una llama o chispa. 

Toda explosión es la liberación de energía en un intervalo temporal ínfimo. La explosión se mide según: la potencia de la explosión proporcional al tiempo requerido, con una valoración o  magnitud en unidades de  gigavatios. Los orígenes de las explosiones se suelen dividir en dos clases:

·       Físicos: mecánicos (choques de móviles), electromagnéticos (relámpagos) o neumáticos (presiones y gases).Una explosión causa ondas de presión en los alrededores donde se produce. Las explosiones se pueden categorizar según si las ondas son subsónicas y detonaciones si son supersónicas (ondas de choque). Estas velocidades deben considerarse respecto del medio de propagación (el explosivo).

·       Químicos: de reacciones de cinética rápida. La bomba atómica, por ejemplo, además de producir calor intenso produce presiones elevadísimas que causan las destructivas ondas de choque. (Bombardeos atómicos sobre Hiroshima y Nagasaki).

La destrucción de una explosión es precisamente por la potencia de la detonación que produce ondas de choque o diferencias de presión subyacentes de duración muy corta, extremadamente bruscas.

El poder calorífico es: la  expresión de  la energía máxima que puede liberar la unión química entre un combustible y el comburente y es igual a la energía que mantenía unidos los átomos en las moléculas de combustible, menos la energía utilizada en la formación de nuevas moléculas en las materias (generalmente gases) formada en la combustión. la cantidad de energía que la unidad de masa de materia puede desprender al producirse una reacción química de oxidación (quedan excluidas las reacciones nucleares, no químicas, de fisión o fusión nuclear, ya que para ello se usa la fórmula E=mc²).

Clasificaciones de explosivos: La clasificación de las sustancias explosivas de diferentes tipos puede efectuarse de múltiples maneras, no obstante, hay tres formas principales  aceptadas: por naturaleza, por sensibilidad y por utilización. 

1.     Explosivos por Naturaleza:

Deflagrantes: Son los explosivos en los que la reacción se inicia por mecanismos químicos tradicionales: activación termocinética. La velocidad de éstos no supera la velocidad del sonido (medida en el medio explosivo, que siendo sólido o líquido, es muy superior a la del aire). La barrera del sonido atempera la energía cedida por éste, de modo que no son muy potentes. Su interés es escaso: pirotecnia y algunas aplicaciones en las que se requiera baja energía.  En esta línea, los propelentes son considerados un subgrupo de los explosivos deflagrantes. Ejemplos: Pólvora negra, y  Otras pólvoras o explosivos que utilicen de oxidante el Nitrato de Potasio y Clorato de Potasio por lo general son deflagrantes.

Detonantes: La reacción en este grupo se auto abastece por una onda de choque, super sónica (en el medio que recorre), que inicia al explosivo a medida que esta transcurre. Dada la alta velocidad de la reacción son explosivos muy potentes.

2.     Explosivos por Sensibilidad:

Primarios: Son aquellas sustancias que requieren cantidades ínfimas de energía para activarse. Son de gran peligrosidad y generalmente se utilizan flegmatizados (insensibilizados). Su potencia es modesta en comparación con los demás grupos. La energía liberada por los explosivos primarios en su detonación es generalmente pequeña; en los casos más comunes, sus calores de explosión están alrededor de las 400 kcal/kg (1700 kJ/kg), frente a los valores de 1000 kcal/kg, y superiores, típicos de los explosivos secundarios. Como ejemplos de Explosivos Primarios se encuentran: Triyoduro de amonio, Fulminato de mercurio, Fulminato de plata, Azida de plomo o nitruro de plomo, Azida de plata, Estifnato de plomo o trinitroresorcinato de plomo, Hexanitrato de manitol, y Acetiluro de plata.

Secundarios: Responden con energías de activación intermedias aunque no estrictamente homogéneas. Las potencias son muy altas, encontrándose en el orden de los GW. Nitroglicerina Muy sensible. Generalmente se le aplica un desensibilizador. Como ejemplos de explosivos secundarios se tienen: Trilita o TNT, Hexógeno, RDX Ciclonita (trinitrofenilmetilnitramina), Pentrita, PT, PETN Tetranitrato de pentaeritrita, Ácido pícrico o TNP (Trinitrofenol), Picrato de amonio, Tetranitrometano ,Octógeno o HMX (Ciclotetrametilentetranitramina), Nitrocelulosa y Cloratita.

Terciarios: Familia constituida casi en unanimidad por NAFOS (nitrato de amonio/fuelóleo) conocida su enorme insensibilidad. Como ejemplo de explosivos terciarios se tiene: EL ANFO o NAFO en castellano.

3. Explosivos por Utilización:

Iniciador: Material energético, con una energía de activación relativamente baja, utilizado para iniciar un explosivo secundario. Suelen ser explosivos de alta sensibilidad (primarios) en combinación, de acuerdo al impulso requerido: impacto, eléctrico o térmico. Suelen ser llamados detonadores al estar encartuchados comercialmente. 

Carga: Es la masa base que explotará y es objeto del diseño de la voladura. El iniciador es el responsable de iniciar la carga. Algunas sustancias pueden no requerir iniciador: pólvora, nitroglicerina o pentrita se inflaman con relativa facilidad bajo la llama. 

Multiplicador: En ciertas ocasiones la carga no detona con el iniciador, por lo que se requiere un explosivo intermedio que sea sensible al iniciador y a la vez inicie a la carga. Muy frecuentemente los anfos requieren de este tipo de carga.

Por su uso en la Industria de la construcción y en la minería se presentan:

* La dinamita:  Las dinamitas son explosivos generalmente bicomponente: nitroglicerina o nitroglicol con nitrocelulosa, formando una pasta de mayor estabilidad que cada explosivo por separado. Tradicionalmente la dinamita ha sido una mezcla de nitroglicerina con arcilla -originalmente tierra de diatomeas; receta del propio Nobel-. La evolución técnica de ésta, llevó a la producción de las gomas: nitroglicerina más nitrocelulosa. Actualmente las dinamitas se han inclinado por mezclas de nitroglicol, de mayor estabilidad, junto con nitrocelulosa. En adición, comprenden otros ingredientes como aluminio (aumenta el calor y potencia), que le otorga una apariencia grisácea y aceitosa al tacto. En términos generales son consideradas unos explosivos muy potentes (comparado con la pólvora, el fulminato de mercurio y otros explosivos débiles.

*Las Gomas: la Goma-2 es un explosivo del tipo dinamita de fabricación española para uso industrial (sobre todo en minería) por la Unión Española de Explosivos, S.A. (actualmente MAXAM). Se comercializa al menos en dos variantes, la Goma-2 EC y la Goma-2 ECO.

Cargas de Fuego

Cargas de Fuego: se define como el peso de madera por unidad de superficie (Kg/m2) capaz de desarrollar una cantidad de calor equivalente a la de los materiales contenidos en el sector de incendio, se utiliza para la evaluación del riesgo por el método de Pourt para la aplicación de sistemas automáticos de detección y extinción (según norma IRAM 3528)

El poder calorífico de la madera equivalente 18,41 MJ (4,4 Kcal/kg) En el cálculo se deben incluir todos los materiales combustibles presentes en el sector considerado, aún los incorporados al edificio (pisos, cielorasos, revestimientos, puertas, etc.)

Cómo se obtiene  la carga de fuego?

1.Paso  Obtención de la cantidad de calor (Q) de cada ambiente o sector:

Q = peso del producto x poder calórico (cal)

2. Paso Cálculo del peso en madera equivalente (PM):

PM = sumatoria Q total           =  Q total

         Poder calórico madera       4400 cal/kg

3. Paso Cálculo de la Carga de Fuego (Qf):

Qf = PM = peso de madera equivalente Sup.

                 Superficie total del lugar

4.Paso Cálculo del riesgo del CONTINENTE:

GR = Qm . C + Qi  . B . L

          W . Ri

Donde: 

·       GR es el riesgo del continente

·       Qm coeficiente de la carga de fuego del contenido

·       C coeficiente de combustibilidad del contenido

·       Qi coeficiente de carga de fuego del continente

·       B coeficiente del sector de incendio

·       L coeficiente de tiempo necesario para iniciar la extinción

·       W coeficiente de resistencia al fuego del continente

·       Ri  coeficiente de reducción del riesgo

5. Paso Cálculo del riesgo del CONTENIDO

IR = H . C . F

·       IR riesgo del contenido

·       H coeficiente de daño a personas

·       D coeficiente de peligro para los bienes

·       F coeficiente de influencia del humo

6. Paso Determinación del riesgo total

Una vez calculados los valores de GR y IR mediante el diagrama de riesgo se determinará el valor del riesgo total TR.

7. Paso Determinación de las  medidas de protección en función de TR

·       TR1: riesgo poco significativo, medidas superfluas.

·       TR2: es recomendable una instalación automática de protección contra incendios, pero no es estrictamente necesaria.

·       TR3: es necesaria una instalación automática de extinción. Instalación de protección no apropiada al riesgo.

·       TR4: es necesaria una instalación de predetección. Instalación de extinción (rociadores) no apropiada al riesgo.

·       TR5: es recomendable doble protección por instalación de predetección y extinción automática. Instalación de extinción.

·       TR6: es recomendable doble protección por instalación de predetección, extinción automática. Instalación de predetección.

·       TR7: es necesaria doble protección por instalaciones de predetección y extinción automática.

8. Paso Recomendaciones

Zonas	Extinción Automática	Alarma y detección
1	No necesario	No Necesario
2	Recomendable	No Necesario
3	Necesario	No Necesario
4	No necesario	Necesario
5	Necesario	Recomendable
6	Recomendable	Necesario
7	Necesario	Necesario

9. Paso determinación de la peligrosidad:

Obtenido el valor de la Carga de Fuego (Qf) podemos determinar si un sector de incendio es:

·       De alta peligrosidad: Qf > 120 kg/m2

·       De media peligrosidad: 60 kg/m2 < Qf < 120 kg/m2

·       De baja peligrosidad: Qf < 60 kg/m2

10. Paso Clasificación de materiales y  elementos de construcción

Las temperaturas alcanzadas en los incendios sobrepasan los 800º C. Esto marca la importancia del comportamiento frente al fuego de los materiales y elementos de construcción, incluidos revestimientos, acabados, decoración y otras aplicaciones fijas a la estructura. De esta forma puede establecerse un sistema de clasificación sobre los materiales y elementos utilizados en la construcción, por la valoración de los criterios de: REACCIÓN AL FUEGO y  RESISTENCIA AL FUEGO

11. Paso Resistencia al fuego de los elementos constitutivos de los edificios

Actividad Predominante	Riesgo 1 Explosivo	Riesgo 2 Inflamable	Riesgo 3 Muy combustible	Riesgo 4 combustible	Riesgo 5 Poco Combustible	Riesgo 6 Incombustible	Riesgo 7 Refractarios
Residencial Administrativo	NP	NP	R3	R4	-	-	-
Comercial 1 Industrial Depósito	R1	R2	R3	R4	R5	R6	R7
Espectáculos Cultura	NP	NP	R3	R4	-	-	-

·       Riesgo 1 = Explosivo

·       Riesgo 2 = Inflamable

·       Riesgo 3 = Muy Combustible

·       Riesgo 4 = Combustible

·       Riesgo 5 = Poco Combustible

·       Riesgo 6 = Incombustible

·       Riesgo 7 = Refractarios

·       N.P. = No permitido

·       El riesgo 1 "Explosivo” se considera solamente como fuente de ignición.

12. Paso determinar Resistencia al fuego

Carga de Fuego	R1	R2	R3	R4	R5
Hasta 15 kg/m2	-	F60	F30	F30	-
Desde 16 hasta 30 kg/m2	-	F90	F60	F30	F30
Desde 31 hasta 60 kg/m2	-	F120	F90	F60	F30
Desde 61 hasta 100 kg/m2	-	F180	F120	F90	F60
Más de 100 kg/m2	-	F180	F180	F120	F90

13.Paso  Método preventivo de construcción

Todo método preventivo de construcción supondrá los siguientes principios generales:

·       Empleo de materiales y elementos de comportamiento ante el fuego compatible con la seguridad.

·       Disposición de plantas en forma racional según destino y riesgo que atañen.

·       Compartimentados que tienden a moderar o evitar la propagación del riesgo de fuego.

14. Paso Velocidad de combustión

Junto con la carga de fuego debe valorarse la velocidad de combustión, que es consecuencia del estado de los materiales y sus formas de almacenamiento:

Sueltos, apilados en montones: baja densidad y gran superficie.

Ensacados, fardos, barriles, etc.: densidad y superficie media.

Materiales prensados: densidad elevada y superficie reducida.

La densidad de referencia es la relación entre su peso y su volumen aparente. O sea el volumen que comprende todo espacio ocupado realmente por los materiales separados y los espacios de aire.

Referencias Bibliográficas

http://www.cenapred.gob.mx/es/PreguntasFrecuentes/faqpopo6.html

http://www.paranauticos.com/notas/Tecnicas/seguridad/el-fuego.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Poder_calor%C3%ADfico

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADmites_de_explosividad

http://www.bolivia-industry.com/sia/marcoreg/Ley/reglasubpel.htm


Materiales Cerámicos en la Industria de la Construcción




Las pastas, los morteros sus propiedades y aplicación



Algunas aplicaciones para prefabricados de concreto en los que es necesario reconocer la normativa , sus necesidades funcionales y sus requerimientos constructivos se muestran a continuación: