MATERIALES DE CONSTRUCCIN

Carmen Fernndez RodrguezNuria Gonzlez MartnCristina Serrano PrezClaudia Atienza MarchalIsmael Mat Barahona

Asignatura: Materiales para la Ingeniera

CementoSentido ms amplio adhesivo

En construccin e ingeniera civil

sustancia que une

arena + roca machacada masa slida

Cemento primitivoCal apagada + arena argamasa.Pasta hecha: cal apagada + agua + arena

Endurecimiento gradual

eliminacin del agua y la reaccin con el anhdrido carbnico atmosfrico para producir

Cementos Son conglomerantes hidrulicos amasados con agua pastas reacciones de hidrlisis e hidratacin fraguan y endurecen

productos hidratados mecnicamente resistentes y estables al aire y bajo agua

CementoEmpleados en la construccin. Se presentan en estado de polvoMezcla de piedra caliza y arcilla (>22% arcilla) coccin a 1550 C

hasta un principio de fusin o vitrificacin

Trituradas y molidas

Tipos cemento y usosCementos Portland

Calentamiento caliza + arcilla, u otros materiales de composicin global similar temperatura que provoca una fusin parcial Clinker muele y se mezcla con un pequeo % de yeso

- silicato triclcico beta-silicato diclcico aluminato triclcico solucin rpida de ferrito 4 fases principales del Clinker

Cementos Portland

Variables ms importantes

Velocidad de endurecimiento Velocidad de desprendimiento de calor Cantidad de calor desprendida durante la hidratacin Resistencia del cemento endurecido al ataque por soluciones de sulfatosSe fabrican a partir de materias primas con escasa proporcin de componentes fijos distintos de cal, almina, slice y xidos de hierro.

Componentes indeseables magnesio, MgO; el fsforo, ; los fluoruros y los xidos alcalinos.

Propiedades de las fases del clinker

propiedad/componenteS2CS3CAF4CA3CF2Cresistencia mecnicaaltaaltabajabajabajadesarrollo resistencialentorpido---tiempo fraguadolargocortocortoMuycortocortocalor de fraguadobajoaltobajoaltobajoresistencia qumica (sulfuros y cloruros)altamedioaltaMuybajaalta

Cementos que contienen silicatos o aluminatos clcicosCemento aluminoso

Caliza + bauxita cemento aluminoso calentamiento hasta fusinLas pastas:Fraguan y endurecen rpidamenteAlta resistencia al ataque por sulfatos. Uso Fabricacin de hormign refractario.

Cementos que contienen silicatos o aluminatos clcicosCementos de escoria

Escoria Fundida en alto horno Enfriada

Tipos:cementos de altos hornos escoria granulada + clinker de cemento Portlandcementos sobresulfatados escoria granulada + sulfato clcico o cemento Portland.

Estructura vtrea

Cementos que contienen silicatos o aluminatos clcicos Puzolanas Sin propiedades cemetantes Puzolanas + cementos

- materiales naturales de origen volcnico - materiales artificiales fabricados calcinando ciertas arcillas o pizarras Agua, T ambiente

Cementos que contienen silicatos o aluminatos clcicosCementos expansivos

A diferencia del resto NO sufren una contraccin sino una expansin durante la hidratacin. - Cementos tensantes

Cementos que contienen silicatos o aluminatos clcicos

Productos derivados del silicato clcico Tratamiento pastas ricas en cal, slice o materiales ricos en slice reactiva.

- ladrillos de silicato clcico - aislantes trmicos - lminas de amianto y silicato clcico.

Cementos que no contienen silicatos o aluminatos clcicos

Cemento de cloruro bsico de magnesio (cemento Sorel)

Calcinacin (T baja) (reactivo)

+ rido Producto duro solucin concentrada de

Solucin No resistencia al agua: pulir con cera y trementina.Uso: pavimentos

Cementos que no contienen silicatos o aluminatos clcicos Yesos

yeso

Existen cuatro formas distintas:DihidratoHemihidrato o basanitaAnhidrita soluble Anhidrita.Deshidratacin parcial o completa

Cementos que no contienen silicatos o aluminatos clcicos Otros cementos

Cementos de aluminato de estroncio y de aluminato de bario cementos refractarios Alcanzan temperaturas ms altas que los cementos de aluminato clcico

Proteccin de reactores nucleares

Proceso de fabricacin del cemento

1. Obtencin y preparacin de materias primas (molienda)2. Coccin del crudo de cemento3. Molienda de cemento y obtencin del producto final

Obtencin y preparacin de materias primas 1.1 Extraccin de materias primasCalizas y margas:

Aporte de CaO en la formacin de silicatos para la produccin del clnker de cemento

Arcillas y pizarras:

Aporte de xidos que actan de fundentes facilitando la formacin de la fase lquida en el horno

Obtencin y preparacin de materias primas 1.2. Preparacin y adecuacin de materias primas

Homogeneizacin de materias primas :alimentacin del horno homognea

Molienda (molinos verticales)

CRUDO DE CEMENTO

Obtencin y preparacin de materias primasHomogeneizacin M.P Balsas de homogeneizacinCorriente aguaCorriente aireBombeoHornos (T>1500C)clnkerM.PPatios con maquinarias especiales(Menor t)Hornos (T>1500C)clnker

Coccin del crudo de cemento2. Coccin en hornos rotatorios

CLINKERIZACION:DESCOMPOSICION DE CALIZA Y ARCILLA

FORMACION DE AF4C (hasta agotar alguno de los xidos metlicos)

FORMACION

FORMACION DE S2C

FORMACION DE S3C MEDIANTE S2C+CS3CA3C F2C

3. Molienda de cemento y obtencin del producto final Somete la mezcla de materiales a impactos de cuerpos metlicos o fuerzas de compresin elevadas, junto con la molienda conjunta del clinker, yeso y otros materiales denominados adiciones

HORNO DECOCCIONCLINKERMOLIENDAYESO(aditivos)CEMENTOProceso de fabricacin del cementoARCILLA

CALIZA

OTROS

Industrias cementeras ms importantes

HormignHormign = cemento+ridos+aguaPasta moldeable con propiedades adherentes.Fragua en pocas horas y se endurece.Principal caracterstica soporta compresinNo soporta traccin ni flexin ni cizalladuraTipos de hormign: TIPO

1.Hormign ordinario2.Hormign armado3.Hormign pretensado4.Hormign en masa5.Hormign ligero o aireado6.Hormign de alta densidad

MorteroMortero = cemento+agregado fino (arena)+aguaSe puede considerar como un tipo de hormign.Uso ms comn: albailera como material de agarre.Se clasifican segn el tipo de conglomerante:

TIPO

Mortero de calMortero de cemento PortlandMortero de aluminato de calcioMorteros bastardos (1parte cemento+2cal+3arena+3agua)

RefractariosRefractarios=cermicosGran resistencia a bajas y altas temperaturasRefractarios densos con baja porosidad mayor resistencia a la corrosin y a la erosin.Punto de fusin mayor a 1700CTipos de materiales refractarios:

TIPO

1.Cemento refractario2.Mortero refractario3.Ladrillo refractario

ridosrido=material granuladoSe utiliza como materia prima en la construccin.Se caracteriza por su tamaoSe diferencian de otros materiales por su estabilidad qumica y su resistencia mecnica.Segn se naturaleza existen distintos tipos: TIPO1.rido natural2.rido artificial3.rido reciclado

Propiedades fsicas y mecnicas Mediante diversos procedimientos de ensayo, se conoce el comportamiento de un material cuando est sometido a cargas de funcionamiento y a influencias exterioresEl comportamiento mecnico de un material refleja la relacin entre la fuerza aplicada y la respuesta del material: DEFORMACIN

Fraguado y endurecimientoFase inicial de hidratacin (fraguado):Fenmeno mediante el cual la pasta de cemento deja de ser plstica y adquiere una rigidez tal que ya no admite moldeo (Paso del estado fluido al estado slido)

3 (CaO SiO2) + 6 H2O 3 CaO 2 Si O2 3 H2O + 3 Ca(OH)22 (2 CaO Si O2) + 4 H2O 3 CaO 2 SiO2 3 H2O + Ca OH)2

Fase final de hidratacin endurecimiento de la masa slida y posterior desarrollo de propiedades mecnicas del material

Son el resultado de un proceso de reacciones qumicas de hidratacin entre los componentes del cemento :

Dependiendo de la velocidad de fraguado, el material presentar distintas propiedades

Resistencia a la compresinEsfuerzo mximo al que est sometido un material por la aplicacin de una carga de aplastamiento

150-500 kg/cm2 a valores de 2000 kg/cm2 (especiales)

Resistencia a la traccin (I)

Deformacin elstica: deformacin que consiste en aumento de longitud y contraccin de su seccinDeformacin plstica: deformacin permanente, no existe recuperacin a la posicin original

Las deformaciones que sufre un material son alargamientos, consecuencia del esfuerzo al que est sometido por la accin de dos fuerzas colineales y opuestas en una misma direccin.

Ningn material de construccin debe estar sometido a cargas que sobrepasen el lmite de elasticidad de cualquiera de sus partes.MQUINA PARA ENSAYO DE TRACCIN

Resistencia a la traccin (II)Mdulo de elasticidad o mdulo de Young

E= Tensin / deformacinMide la rigidez del materialE es una cte caracterstica de cada materialA mayor mdulo de elasticidad, mayor rigidez de los materiales; menos deformable

A mayor rigidez, mayor fragilidad del material , baja tenacidad y baja ductibilidad

Relacin lineal entre tensin y deformacin

Deformacin plstica (en metales)Prdida de linealidad entre tensin y deformacin

Deformacin irreversible

A mayor deformacin plstica, material ms dctil

Esfuerzo cortante o cizalladura

La fuerza que acta sobre el cuerpo es paralela a una de las caras mientras que la otra permanece fija.

Esfuerzo de cizalla = F/S

Deformacin de cizalla = x /h ~

Mdulo de cizalla =

Hormign

Muy resistente a los esfuerzos de compresin. Mal comportamiento ante esfuerzos de flexin y cizalladuraMal comportamiento ante esfuerzos de traccin

HORMIGN ARMADO: Muy resistente a esfuerzos de compresin Inclusin de barras de acero para soportar esfuerzos de traccin, flexin y cizalladura (pilares)HORMIGN PRETENSADO: Aplicacin de esfuerzos de traccin a elementos estructurales del hormign (cables de acero tensados)HORMIGN POSTENSADO: Aplicacin de tensin a tendones de acero ya endurecido el hormignMaterial estructural ms empleado en la Ingeniera.

Resistencia a la compresin del hormign (I)Depende de las propiedades del cemento empleado. El ms utilizado en hormigones, cemento Portland.Tiempo de hidratacin o fraguado (mayor resistencia cuanto mayor es el tiempo de curado)

Relacin agua/cemento ( para relaciones > 0,4 la resistencia decrece)A bajos valores de la relacin, se trabaja mal para poder conformar el hormignAditivos (oclusin de aire)Mejora la resistencia a la congelacin y deshielo; disminuye resistencia a la compresin

Los agregados (finos y gruesos): consistencia del esqueleto de hormign; oposicin a la retraccin del hormignFinura del cemento: a mayor finura, mayor calor de hidratacin

Resistencia a la compresin del hormign (II)

Materiales cermicos

Alta durezaFractura Frgil

Baja tenacidad

Resistencia de compresin > resistencia a traccin

Comportamiento elstico similar al de los metales: relacin lineal entre tensin y deformacin (no existe deformacin plstica)Con la porosidad, disminuye el mdulo de elasticidad E

Resistencia a la flexin (resistencia de rotura)

Muchos materiales cermicos son duros y tienen baja resistencia al impacto debido a los defectos estructurales (por ejemplo, microfisuras)

Ensayos: FraguadoMATERIAL: Aguja de acero (l=50 y d=1,13mm) cilndrica con descenso vertical respecto al molde y una carga de 3Kg. Molde rgido y base de vidrio.PROCEDIMIENTO: Se realiza un molde. Inicio de fraguado: En cmara hmeda 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 cilndrico en la aguja, inversin del molde y realizacin de la experimentacin hasta no observar dao en la pieza . TAMBIN USADO EN ENSAYO CONSISTENCIA NORMAL

AGUJA VICAT (Norma EN 196-3)

Ensayos: ExpansinMATERIAL:Molde cilndrico abierto por una generatriz donde se sitan dos agujas .

PROCEDIMIENTO: Se mantiene el molde en cmara de hmeda durante 24h y se mide la distancia entre la agujas. Molde a bao de agua en ebullicin durante 3h tomando la distancia de agujas. Diferencia de ambas medidas se obtiene expansin. MTODO LE CHATELIER (EN 196-3)

SUPERFICIE ESPECFICA BLAINE (UNE 80.122) Se trata de un estudio de permeametra. Se introduce en un cilindro una muestra de cemento compactado, segn normativa, y se hace pasar una corriente de aire. En funcin de la resistencia al paso se observa la porosidad del material y con ello el tamao de partcula.

TAMIZADO EN SECO(UNE 80.107) Y HMEDO (UNE 80.108).Ensayos: Finura de molido

Segn 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 flexin y compresin, midiendo la fuerza ejercida a los 7, 28 principalmente. Ensayos: Resistencia a compresin

PIE DE OBRA: Por norma tambin 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 compresin, flexin y traccin son funcin de esta.(Estudios han demostrado que no es tan cierto y para algunas obras es necesario). Actualmente intento de cambiar ensayo compresin por traccin.Ensayos: Resistencia a compresin

Ensayos: Cermicos

ENSAYOMEDICINEFECTO MTODOAdsorcin atmicaComposicin qumicaDiversosDilatrometraEfecto del calorTensiones altas en el materialDilataciones y compresiones hasta modificacin estructuraUltravioleta visibleContenido en salesEflorescencias dan lugar a manchasRadiacin en el espectro ultravioleta Conductividad trmicaMateriales aislantesDimensionales y de formaMateriales forma determinada (ladrillos)ResistenciaFlexin en tejadosCompresin murosGrietas

Ensayos: ridos

ENSAYOMEDICINEFECTO MTODOGranulometraTamao de granoGrano >4mmTamizadosEnsayo de los ngelesPorcentaje finosPosible roturaTambor giratorio bolas de acero tamaos normalizadosEnsayos de abrasin ResistenciaDegradacin ante abrasivos Dos formas: Mediante muela previa aplicacin de abrasivo o a travs de rueda giratoriaPndulo de deslizamientoDeslizamientoPavimentosConglomerado ridos mediante resina. Paso de patn.

Aplicaciones de distintos materiales para la construccin.CEMENTOS:Portland USO aglomerante par la fabricacin de hormignPortland+agua cemento plstico USO revestimiento externo de edificiosAluminoso

USO

1.En hornos (soporta T de 1600C)2.Hormigones refractarios3.Prefabricados4.Obstrucciones de paso de agua

Aplicaciones de distintos materiales para la construccinPuzolnico USO

Expansivo

USO 1.Resistene al ataque de aguas agresivas2.Adecuado para ser usado en climas calurosos

1.En trabajos de demolicin de todo tipo de rocas y hormign2.En canteras3.Trabajos submarinos4.Construccin5.Obra civil y pblica

Aplicaciones de distintos materiales para la construccinYeso USO Yeso+agua elaboracin de materiales prefabricados

HORMIGN=cemento+ridos+agua.Hormign en masa USO aplicaciones en las que tenga que soportar grandes esfuerzos de compresinHormign armado USO 1.Edificios de todo tipo2.Caminos3.Puentes4.Presas5.Tneles6. Obras industriales

Aplicaciones de distintos materiales para la construccinHormign pretensado

USO

Hormign ligero

USO

Hormign alta densidad USO 1.Columnas2.Vigas3.Pequeas losas4.Cmaras en reactores nucleares5.Edificios con alto riesgo de terremoto6.Proteccin contra explosin.1.Tabiques de pisos2.Forjados de pisos3.Fachada de revestimiento4.Aislante de calor y sonido1.Blindar estructuras2.Proteger de la radiacin

Aplicaciones de distintos materiales para la construccinMortero combinacin de conglomerantes.(cemento, agregado fino y agua)

USO

Refractarios: cermicos (buenos aislantes trmicos)Cemento refractario USO soportar y revestir paredes.

Obras de albaileraMaterial de agarre (unin entre ladrillos y bloques y sirve para la colocacin de azulejos y mosaicos)

Mortero refractario USO

Ladrillo refractario USOAplicaciones de distintos materiales para la construccinConstruccin de pavimentos y toberasHornos cermicosHornos de coqueRegeneracin de hornos daados por cidosRevestimiento de hornos de cal y cemento

Material de agarreRevestimiento de paredes

ridosmateria prima de construccin.

USO

Aplicaciones de distintos materiales para la construccin1.Confeccin de hormigones y morteros2.Rellenos3.Balastos de vas frreas4.Bases de carreteras5.Firmes de aglomerados asflticos

BibliografaWilliam F. Smith; McGraw-Hill. (2004); Ciencia e Ingeniera de los materiales

William D. Castiller, Jr. ; Editorial Revert (2007); Ciencia e Ingeniera de los materiales (Volumen I). H. F. W. Taylor; Ediciones Urmo; Tomos I y II; La Qumica de los Cementos

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