Propiedades y Clasificación de Materiales de Construcción: Aglomerantes, Metales, Maderas y Cerámicos

1. Materiales Aglomerantes

Los materiales aglomerantes (como piedras, arenas, etc.) son aquellos que tienen la propiedad de adherirse a otros materiales y formar pastas compuestas denominadas morteros y hormigones (concretos). Dichas pastas se moldean hasta adoptar su configuración geométrica definitiva y, finalmente, endurecen por procesos químicos o físicos.

Clasificación de los Materiales Aglomerantes

• Aéreos: Son aquellos que solo fraguan y endurecen en contacto con el aire y no son resistentes al agua (por ejemplo: yeso y cal aérea).
• Hidráulicos: Endurecen tanto en presencia de aire como sumergidos en agua. Comprenden los cementos Portland y la cal hidráulica.
• Hidrocarbonados: Son hidrocarburos líquidos o de consistencia viscosa que endurecen por enfriamiento progresivo o por evaporación de sus disolventes volátiles (por ejemplo: cementos asfálticos).

2. El Yeso

Tipos de Yeso según su Composición

• Yeso dihidrato o aljez: Fórmula química CaSO₄·2H₂O (es el mineral más abundante en canteras).
• Yeso hemihidrato: Fórmula química (CaSO₄)₂·H₂O (o CaSO₄·0.5H₂O).
• Anhidrita: Sulfato de calcio anhidro, fórmula química CaSO₄ (menos abundante en estado natural).

Obtención del Yeso

Debido a que en la naturaleza el compuesto más abundante es el dihidrato, es indispensable transformarlo térmicamente en hemihidrato para poder utilizarlo de forma efectiva como material conglomerante en la construcción.

La reacción química de deshidratación parcial ocurre a temperaturas comprendidas entre 140 °C y 200 °C:

2 (CaSO₄·2H₂O) → (CaSO₄)₂·H₂O + 3 H₂O

Proceso de Fabricación del Yeso

1. Extracción de la piedra de yeso: Se efectúa mediante procedimientos de explotación a cielo abierto o por medio de galerías subterráneas, según las condiciones estratigráficas del yacimiento. Se emplean barrenos de pólvora negra para lograr una fragmentación controlada y así reducir al mínimo la trituración mecánica, la cual suele ser compleja debido a la elasticidad de la roca.
2. Trituración: Se utilizan machacadoras de mandíbulas formadas por dos placas acanaladas de acero templado colocadas vertical e inclinadamente; la móvil oscila por una articulación superior de tipo pasador para reducir el tamaño granular de la roca.
3. Cocción: Se puede realizar por diferentes métodos:
   • Cocción rústica: Realizada en excavaciones directas sobre el terreno, apilando las piedras de mayor volumen en forma de bóvedas y acomodando el resto de manera alternada para permitir la circulación de gases térmicos.
   • Procesos industriales por calderas y palastros: Recipientes mecánicos cilíndricos de unos 2 m de diámetro dotados de agitadores y rascadores interiores; el calor se transmite a través de llamas producidas por la combustión de gas o derivados del petróleo distribuidas en el fondo y laterales.
   • Hornos giratorios: Cilindros tubulares semejantes a los empleados en la industria cementera, pero de dimensiones más reducidas (alrededor de 10 m de longitud y 1,5 m de diámetro), donde la cocción se produce por el calentamiento de las paredes metálicas refractarias.
4. Molienda: Se lleva a cabo en molinos giratorios o desintegradores mecánicos. Los molinos giratorios cuentan con dos muelas circulares de piedra montadas horizontalmente, en las cuales la muela superior permanece generalmente estática mientras la inferior gira para pulverizar el material.

Tipos Comerciales de Yeso

3. La Cal y el Cemento

Cal Aérea

La cal aérea es el aglomerante obtenido a partir de la calcinación y descomposición térmica de rocas calizas (CaCO₃). Se clasifica principalmente en:

• Cal grasa
• Cal árida o magra
• Cal hidráulica

El Cemento

El cemento representa el componente químicamente activo en la elaboración del concreto (hormigón) e incide directamente en todas sus propiedades reológicas y resistentes. A pesar de su importancia, el cemento apenas compone entre el 10% y el 20% del peso total de la masa; el 80% a 90% restante corresponde a los agregados pétreos y al agua, siendo determinante la proporción de los agregados para el desarrollo óptimo de las propiedades mecánicas finales.

Tipos de Cemento Comercial

4. Metales en la Construcción

Los metales más extendidos en obras civiles y de edificación son el hierro, plomo, zinc, cobre, estaño y aluminio.

Propiedades Físicas y Mecánicas de los Metales

• Fusibilidad: Capacidad de un metal para pasar del estado sólido al líquido mediante calor. A menor temperatura de fusión, mayor facilidad para el moldeo. El metal fundido debe poseer fluidez adecuada para colmar cavidades intrincadas.
• Forjabilidad: Capacidad para deformarse plásticamente en caliente sin perder cohesión interna ni fisurarse ante impactos mecánicos de martinetes o prensas. Si se quiebra, se califica como quebradizo.
• Maleabilidad: Aptitud para modificarse en láminas delgadas a temperatura ordinaria mediante compresión, laminado o martillado continuo. La fragilidad en frío del hierro se asocia habitualmente con porcentajes excesivos de fósforo.
• Ductilidad: Propiedad de extenderse y estirarse longitudinalmente formando alambres o hilos delgados continuos (ejemplos: oro, plata, platino, aluminio, cobre, hierro, zinc, estaño y plomo).
• Tenacidad: Resistencia a la rotura por esfuerzos de tracción o impacto. Se incrementa con tratamientos mecánicos en frío o caliente (laminación, martillado) y la inclusión controlada de carbono en el hierro.
• Facilidad de corte: Viabilidad para ser trabajado con herramientas de filo. Los metales con extrema dureza ofrecen alta resistencia al corte, mientras que los excesivamente blandos (como el plomo) tienden a atascar las herramientas e impiden secciones netas y lisas.
• Soldabilidad: Capacidad intrínseca de dos superficies metálicas para fusionarse o unirse íntimamente por calor o presión hasta consolidar un solo cuerpo continuo.
• Oxidabilidad: Con excepción de los metales nobles, la mayoría reacciona químicamente con el oxígeno formando películas de óxidos o carbonatos. Si dicha capa es compacta e impermeable, sirve de escudo protector ante agresiones posteriores.

5. Metales Ferrosos: Hierro y Acero

Obtención del Hierro

El hierro en estado bruto (conocido como arrabio, lingote de primera fusión o hierro cochino) se extrae del procesamiento de minerales de hierro en instalaciones de altos hornos. Estos corresponden a reactores metálicos verticales de 20 a 30 metros de altura revestidos con ladrillos refractarios, donde se insuflan corrientes de aire a presión mediante toberas para acelerar la combustión del coque y reducir los minerales.

Principales Minerales de Hierro

• Hematita roja: Fe₂O₃
• Hematita parda / Limonita: Óxidos hidratados (Fe₂O₃·nH₂O)
• Magnetita: Fe₃O₄
• Siderita (carbonato de hierro): FeCO₃

Hierro Forjable o Dulce

El hierro forjable (también conocido como hierro dulce o hierro maleable) contiene un 99% de ferrita pura y menos del 0,10% de carbono, lo que le confiere una estructura fibrosa de notable resiliencia:

• Forjable: Capaz de forjarse al rojo en la fragua.
• Dulce: Dúctil y fácilmente maleable.
• Pudelado: Procedimiento industrial (del inglés to puddle, agitar o remover) que purifica la masa líquida para descarburarla.
• Chatarra: Desperdicios clasificados de hierro dulce de alta pureza que se recirculan directamente a hornos para un nuevo laminado.

Procesos de Conformado

• Laminado (en caliente o frío): Consiste en hacer pasar las lupias entre rodillos contra-rotantes que aplican presión sucesiva hasta lograr el perfil comercial. Se fabrican rieles, durmientes, angulares, flejes metálicos, viguetas y chapas de palastro.
• Estirado (en caliente o frío): Operación longitudinal para calibrar secciones continuas. Permite obtener tubos sin costura o con soldadura, así como manufacturar alambre de diámetros inferiores a 5 mm.
• Forjado: Deformación por compresión mediante impactos continuos de martillo pilón o prensas mecánicas. En frío se emplean técnicas de punzonado, embutición de chapas y estampado a presión.
• Perfiles comerciales habituales: Ángulos (L), perfiles en T, vigas en doble T (I / H), pernos, tuercas, cables, cadenas, clavos y grapas de fijación.

El Acero

El acero es una aleación metálica maleable a determinadas temperaturas compuesta primordialmente por hierro y una proporción controlada de carbono comprendida habitualmente entre 0,10% y 1,50%, lo que le confiere la cualidad de endurecerse enérgicamente cuando experimenta un enfriamiento brusco.

Clasificación de los Aceros

1. Según la proporción de carbono:
   • Acero extra-suave / suave: 0,10% a 0,20% de C.
   • Acero semiduro o medio: 0,20% a 0,40% de C.
   • Acero duro: 0,40% a 0,70% de C.
   • Acero muy duro: 0,70% a 1,50% de C.
2. Según el método de manufactura o proceso metalúrgico:
   • Por carburación de hierro forjado: Acero al crisol, de cementación y remache.
   • Por descarburación de arrabio (hierro cochino): Procesos Bessemer, convertidores Martin-Siemens, hornos de arco eléctrico y métodos dúplex/tríplex.
   • Aceros aleados especiales: Aceros al níquel, al cromo-manganeso, etc.
3. Según su destino estructural: Aceros estructurales para perfiles laminados, barras de refuerzo, ejes, remaches y cables de tracción.

Tratamientos Térmicos del Acero

Modifican la microestructura interna y propiedades mecánicas sin variar la composición química elemental:

• Temple: Enfriamiento rápido para incrementar notablemente la dureza y el límite elástico.
• Revenido: Tratamiento posterior al temple para disipar tensiones internas y reducir la fragilidad excesiva.
• Cementación: Enriquecimiento superficial con carbono para dotar a la pieza de una coraza exterior resistente al desgaste, conservando un núcleo tenaz.
• Recocido: Calentamiento y enfriamiento lento para ablandar el metal, recuperar ductilidad y facilitar el mecanizado.

Hierro Colado (Fundición)

Se denomina hierro colado o fundición a las aleaciones ferrosas con contenidos de carbono superiores al 2% que se moldean directamente en estado líquido:

• Fundición gris: Gran parte del carbono precipita como grafito libre durante la solidificación por la acción del silicio, aportando excelentes propiedades de mecanizado y amortiguación vibratoria.
• Fundición blanca: La totalidad del carbono permanece químicamente combinada en forma de carburo de hierro o cementita (Fe₃C), estimulada por contenidos de manganeso; se procesa frecuentemente en hornos de reverbero y es muy dura y quebradiza.
• Usos habituales: Obras de fumistería (chimeneas, hogares de calderas), conductos y tuberías, carcasas de maquinaria pesada y pedestales o apoyos de sustentación rígidos.

Resistencia Mecánica de la Fundición (Ensayos Brinell)

6. Maderas

La madera constituye uno de los recursos naturales y estructurales más antiguos. Además de su función permanente como elemento resistente en pórticos, techos y entrepisos, posee una notable aplicación auxiliar transitoria sustentando otras unidades de obra durante el fraguado y consolidación del concreto armado.

Clasificación Mecánica (Criterio de Ingeniería)

• Maderas muy duras (Rotura: 1.200 - 1.800 kg/cm²): Especies como araguaney, canalete, cartán, curarí, mora, pilón, roble y vera.
• Maderas duras (Rotura: 1.000 - 1.200 kg/cm²): Especies como angelino, carreto, barillo y orozul.
• Maderas semiduras (Rotura: 600 - 1.000 kg/cm²): Especies como apamate, caoba, jabillo, samán y hueso de pescado.
• Maderas blandas (Rotura: 250 - 600 kg/cm²): Especies como cedro, balso y mijao.

Clasificación según su Campo de Aplicación

• Maderas de ebanistería: Usadas en mobiliario, cerramientos y aberturas interiores. Comprende ebanistería fina (roble, vera, bálsamo, caoba, barreto, cartán) y ordinaria (apamate, cedro).
• Maderas industriales: Destinadas al desfibrado químico y mecánico para la pasta de celulosa, papel y tableros aglomerados.
• Maderas de construcción:
  • Uso permanente: Diseñadas como elementos estructurales portantes (columnas, vigas, tirantes, correas de techumbres y entrepisos). Se prefieren maderas duras y muy duras.
  • Uso temporal o de encofrado: Empleadas para entibados, andamiajes, moldes y formaletas de concreto fresco (jabillo, mijao, samán, saqui-saqui).

Propiedades Físicas

• Resistencia: Depende estrechamente del peso específico (densidad aparente), del porcentaje de humedad y de la orientación direccional de las fibras de lignina.
• Durabilidad: Al ser un material orgánico, es vulnerable al ataque de agentes xilófagos (hongos e insectos), degradación por intemperie y combustión bajo fuego directo.
• Trabajabilidad y acabado: Exige adecuada textura, estabilidad dimensional, ausencia de alabeos y un porcentaje de secado controlado.

Dimensiones Comerciales Típicas

• Tablas: Espesor delgado de 2,5 cm a 3 cm; anchos entre 20 cm y 40 cm; longitudes de 3 a 5 metros.
• Tablones: Escuadrías semejantes a las tablas, pero con espesores comprendidos entre 5 cm y 10 cm.
• Cuartones: Secciones transversales cuadradas o rectangulares de 7,5 × 5 cm, 10 × 5 cm y 10 × 10 cm.
• Laminados (Contrachapados): Planchas compuestas conformadas por la superposición encolada y prensada de láminas finas cruzadas.

7. Arcillas y Materiales Cerámicos

Las arcillas son rocas sedimentarias plásticas procedentes de la meteorización y descomposición química de silicatos alumínicos hidratados (principalmente feldespatos) bajo la acción prolongada de los agentes atmosféricos.

Propiedades Físicas Relevantes

• Plasticidad: Capacidad para formar pastas moldeables con agua. Se cuantifica mediante el porcentaje de agua requerido para amasar probetas cilíndricas sin agrietarse.
• Resistencia mecánica: Determinada mediante ensayos de tracción y compresión sobre briquetas normalizadas sometidas a prensas mecánicas.
• Contracción: Pérdida volumétrica durante el proceso de secado y cocción en horno; parámetro decisivo para sobredimensionar moldes industriales (varía típicamente entre 1/7 y 1/10 del volumen final).
• Fusibilidad: Temperatura a la cual la arcilla vitrifica o reblandece, condicionando el gasto calórico de combustible durante la sinterización.

Clasificación de Productos de Alfarería y Cerámica Estructural

1. Materiales Gruesos

• Ladrillos comunes: Cuerpos paralelepípedos macizos o perforados de dimensiones habituales de 25 × 12 × 6,5 cm.
• Panelones: Elementos cerámicos de mayor superficie que la panela estándar, con medidas aproximadas de 40 × 40 × 4 cm.
• Ladrillos refractarios: Piezas cocidas a blanco que contienen elevados porcentajes de alúmina y sílice libre; resisten regímenes térmicos continuos de hasta 1.810 °C (medidas: 25 × 12 × 6,5 cm).

2. Materiales Delgados y Elementos Aligerantes

• Panelas cerámicas: Utilizadas para perímetros y revestimientos de azoteas o pisos, con escuadrías de 26 × 26 × 2,5 cm.
• Tablillas o baldosas: Elementos de revestimiento superficial de 20 × 20 × 1 cm.
• Bloques huecos: Bloques divisorios para mampostería en esqueletos portantes de acero u hormigón armado, dotados de alto aislamiento térmico y acústico (dimensiones: 20 × 20 × diversos espesores).
• Bloques de piñata (bovedillas): Bloques cerámicos aligerantes diseñados exclusivamente para el relleno entre nervaduras de losas nervadas en una o dos direcciones, optimizando costos y plazos en los encofrados.
• Tejas criollas: Piezas acanaladas de perfil troncocónico para techumbres, con 40 cm de largo y anchos variables de 20 cm en el extremo menor y 23 cm en el mayor.
• Otros productos cerámicos vitrificados: Loza fina, azulejos esmaltados, gres (ladrillos vitrificados, baldosines y tuberías de saneamiento sanitario) y porcelana técnica.