MATERIALES DE CONSTRUCCI

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MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

• Carmen Fernández Rodríguez
• Nuria González Martín
• Cristina Serrano Pérez
• Claudia Atienza Marchal
• Ismael Maté Barahona
• Asignatura Materiales para la Ingeniería

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Cemento

• Sentido más amplio adhesivo
• En construcción e ingeniería civil
• sustancia que
  une
• arena roca machacada ? masa sólida

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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

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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

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Cemento

• Empleados en la construcción.
• Se presentan en estado de polvo
• Mezcla de piedra caliza y arcilla (gt22 arcilla)
• cocción a 1550º C
• hasta un principio de fusión o vitrificación
• Trituradas y molidas

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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
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Cementos Portland

• Variables más importantes

• 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

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.
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Propiedades de las fases del clinker
propiedad/componente S2C S3C AF4C A3C F2C
resistencia mecánica alta alta baja baja baja
desarrollo resistencia lento rápido - - -
tiempo fraguado largo corto corto Muy corto corto
calor de fraguado bajo alto bajo alto bajo
resistencia química (sulfuros y cloruros) alta medio alta Muy baja alta
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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.

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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
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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
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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

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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.

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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

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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

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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

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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

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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
20
(No Transcript)
21
Obtención y preparación de materias primas
M.P Balsas de
homogeneización
Bombeo
Corriente agua
Hornos (Tªgt1500ºC)
clínker
Homogeneización
Patios con maquinarias especiales
M.P
Corriente aire
Hornos (Tªgt1500ºC)
clínker
(Menor t)
22
(No Transcript)
23
Cocción del crudo de cemento
2. Cocción en hornos rotatorios
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CLINKERIZACION

• DESCOMPOSICION DE CALIZA Y ARCILLA
• FORMACION DE AF4C ?
• (hasta agotar alguno de los óxidos metálicos)
• FORMACION
• FORMACION DE S2C
• FORMACION DE S3C MEDIANTE S2CC?S3C

A3C ?
F2C ?
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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

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Proceso de fabricación del cemento

• ARCILLA
• CALIZA
• OTROS

HORNO DE COCCION
CLINKER
MOLIENDA
YESO (aditivos)
CEMENTO
27
Industrias cementeras más importantes
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Hormigón

• Hormigón cementoáridosagua
• 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

1.Hormigón ordinario 2.Hormigón armado 3.Hormigón
pretensado 4.Hormigón en masa 5.Hormigón ligero o
aireado 6.Hormigón de alta densidad
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Mortero

• Mortero cementoagregado 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

1. Mortero de cal
2. Mortero de cemento Portland
3. Mortero de aluminato de calcio
4. Morteros bastardos (1parte cemento2cal3arena3a
   gua)

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Refractarios

• Refractarioscerámicos
• 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

1.Cemento refractario 2.Mortero
refractario 3.Ladrillo refractario
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Áridos

• Áridomaterial 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

1.Árido natural 2.Árido artificial 3.Árido
reciclado
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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
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Fraguado y endurecimiento
Son el resultado de un proceso de reacciones
químicas de hidratación entre los componentes del
cemento

• Fase inicial de hidratación (fraguado)
• Fenómeno mediante el cual la pasta de cemento
  deja de ser plástica y adquiere una rigidez tal
  que ya no admite moldeo (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

Dependiendo de la velocidad de fraguado, el
material presentará distintas propiedades
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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)

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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

• 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

Ningún material de construcción debe estar
sometido a cargas que sobrepasen el límite de
elasticidad de cualquiera de sus partes.
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Resistencia a la tracción (II)

• Módulo de elasticidad o módulo de Young
• E Tensión / deformación
• Mide la rigidez del material
• E es una cte característica de
• cada material

• 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

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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 ?x /h T Módulo de cizalla
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Hormigón
Material estructural más empleado en la
Ingeniería.

• Muy resistente a los esfuerzos de compresión.
• Mal comportamiento ante esfuerzos de flexión y
  cizalladura
• Mal comportamiento ante esfuerzos de tracción

• 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

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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)

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Resistencia a la compresión del hormigón (II)

• Relación agua/cemento ( para relaciones gt 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

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Materiales cerámicos

• Alta dureza
• Fractura Frágil
• Baja tenacidad
• Resistencia de compresión gt 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)

Muchos materiales cerámicos son duros y tienen
baja resistencia al impacto debido a los defectos
estructurales (por ejemplo, microfisuras)
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Ensayos Fraguado
AGUJA VICAT (Norma EN 196-3)

• MATERIAL Aguja de acero (l50 y d1,13mm)
  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

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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.

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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).
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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.

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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.
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Ensayos Cerámicos
ENSAYO MEDICIÓN EFECTO MÉTODO
Adsorción atómica Composición química Diversos
Dilatrometría Efecto del calor Tensiones altas en el material Dilataciones y compresiones hasta modificación estructura
Ultravioleta visible Contenido en sales Eflorescencias dan lugar a manchas Radiación en el espectro ultravioleta
Conductividad térmica Materiales aislantes
Dimensionales y de forma Materiales forma determinada (ladrillos)
Resistencia Flexión en tejados Compresión muros Grietas
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Ensayos Áridos
ENSAYO MEDICIÓN EFECTO MÉTODO
Granulometría Tamaño de grano Grano gt4mm Tamizados
Ensayo de los Ángeles Porcentaje finos Posible rotura Tambor giratorio bolas de acero tamaños normalizados
Ensayos de abrasión Resistencia Degradación ante abrasivos Dos formas Mediante muela previa aplicación de abrasivo o a través de rueda giratoria
Péndulo de deslizamiento Deslizamiento Pavimentos Conglomerado áridos mediante resina. Paso de patín.
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Aplicaciones de distintos materiales para la
construcción.

• CEMENTOS
• Portland
• USO aglomerante par la fabricación de
  hormigón
• Portlandagua cemento plástico
• USO revestimiento externo de edificios
• Aluminoso
• USO

1.En hornos (soporta Tª de 1600ºC) 2.Hormigones
refractarios 3.Prefabricados 4.Obstrucciones de
paso de agua
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Aplicaciones de distintos materiales para la
construcción

• Puzolánico
• USO
• Expansivo
• USO

• 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
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Aplicaciones de distintos materiales para la
construcción

• Yeso
• USO Yesoagua elaboración de
  materiales prefabricados
• HORMIGÓNcementoáridosagua.
• Hormigón en masa
• USO aplicaciones en las que tenga que
  soportar grandes esfuerzos de compresión
• Hormigón armado
• USO

1.Edificios de todo tipo 2.Caminos 3.Puentes 4.Pre
sas 5.Túneles 6. Obras industriales
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Aplicaciones de distintos materiales para la
construcción

• Hormigón pretensado
• USO
• Hormigón ligero
• USO
• Hormigón alta densidad
• 
  USO

1.Columnas 2.Vigas 3.Pequeñas losas 4.Cámaras en
reactores nucleares 5.Edificios con alto riesgo
de terremoto 6.Protección contra explosión.
1.Tabiques de pisos 2.Forjados de pisos 3.Fachada
de revestimiento 4.Aislante de calor y sonido
1.Blindar estructuras 2.Proteger de la radiación
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Aplicaciones de distintos materiales para la
construcción

• Mortero ?combinación de conglomerantes.
• (cemento, agregado fino y agua)
• USO
• Refractarios cerámicos (buenos aislantes
  térmicos)
• Cemento refractario
• USO soportar y revestir paredes.

1. Obras de albañilería
2. Material de agarre (unión entre ladrillos y
   bloques y sirve para la colocación de azulejos y
   mosaicos)

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Aplicaciones de distintos materiales para la
construcción

• Mortero refractario
• USO
• Ladrillo refractario
• USO

1. Material de agarre
2. Revestimiento de paredes

• Construcción de pavimentos y toberas
• Hornos cerámicos
• Hornos de coque
• Regeneración de hornos dañados por ácidos
• Revestimiento de hornos de cal y cemento

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Aplicaciones de distintos materiales para la
construcción

• Áridos?materia prima de construcción.
• USO

1.Confección de hormigones y morteros 2.Rellenos 3
.Balastos de vías férreas 4.Bases de
carreteras 5.Firmes de aglomerados asfálticos
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Bibliografía

• William F. Smith McGraw-Hill. (2004) Ciencia
  e Ingeniería de los materiales
• William D. Castiller, Jr. Editorial Reverté
  (2007) Ciencia e Ingeniería de los materiales
  (Volumen I).
• H. F. W. Taylor Ediciones Urmo Tomos I y
  II La Química de los Cementos