materiales de construcción

MATERIALES DE CONSTRUCCION

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

SEMINARIO


Curso: QUIMICA

Profesor: Ing° JUAN CARLOS FLORES CERNA

Alumnos: - TASILLA ARAUJO, Elmer Jhon- ARAUJO BAUTISTA, Freddy Francisco - CARDOZO RÍOS, Víctor Omar

Cajamarca, 11 de Febrero del 2005

PRESENTACION:

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El siguiente informe ha sido ideado con el objetivo

de adquirir un conocimiento más completo y útil

acerca de los Materiales de Construcción.

Este texto está basado en los conocimientos de

autores que constituyen una gama de científicos e

ingenieros y reconocidos expertos en la

construcción de megaproyectos.

En el presente trabajo grupal hemos pretendido dar

a conocer todo sobre cada uno de los materiales

empleados en la construcción pues es importante

ya ir conociéndolos desde el primer año de nuestra

carrera.

Así como damos a conocer su importancia en el

desarrollo de la civilización tratando de hacerlo lo

más didáctico posible para un buen entendimiento

del tema.

Introducción:

Como una pequeña introducción hablaremos sobre la Construcción:

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Construcción:

1. INTRODUCCIÓN

conjunto de procedimientos llevados a cabo para levantar diversos

tipos de estructuras. Las principales tendencias actuales en la

construcción se alejan del trabajo manual a pie de obra y se orientan

hacia el montaje en el lugar de la obra de componentes mayores y más

integrados, fabricados en origen. Otra característica de la construcción

moderna relacionada con las mencionadas tendencias es la mayor

coordinación de las dimensiones, lo que significa que las edificaciones

se diseñan, y los componentes se fabrican en una variedad de módulos

estándar, lo que reduce mucho las operaciones de corte y ajuste a pie

de obra. Otra tendencia es la construcción o rediseño de grandes

complejos y estructuras como los centros comerciales, ciudades

dormitorio, campus universitarios y ciudades enteras o sectores de las

mismas.

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2. CARGAS DE UN EDIFICIO

Las cargas que soporta un edificio se clasifican en muertas y vivas.

Las cargas muertas incluyen el peso del mismo edificio y de los

elementos mayores del equipamiento fijo. Siempre ejercen una fuerza

descendente de manera constante y acumulativa desde la parte más

alta del edificio hasta su base. Las cargas vivas comprenden la fuerza

del viento, las originadas por movimientos sísmicos, las vibraciones

producidas por la maquinaria, mobiliario, materiales y mercancías

almacenadas y por máquinas y ocupantes, así como las fuerzas

motivadas por cambios de temperatura. Estas cargas son temporales y

pueden provocar vibraciones, sobrecarga y fatiga de los materiales. En

general, los edificios deben estar diseñados para soportar toda posible

carga viva o muerta y evitar su hundimiento o derrumbe, además de

prevenir cualquier distorsión permanente, exceso de movilidad o

roturas.

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3. PRINCIPALES ELEMENTOS DE UN EDIFICIO

Los principales elementos de un edificio son los siguientes: 1) los

cimientos, que soportan y dan estabilidad al edificio; 2) la estructura,

que resiste las cargas y las trasmite a los cimientos; 3) los muros

exteriores que pueden o no ser parte de la estructura principal de

soporte; 4) las separaciones interiores, que también pueden o no

pertenecer a la estructura básica; 5) los sistemas de control ambiental,

como iluminación, sistemas de reducción acústica, calefacción,

ventilación y aire acondicionado; 6) los sistemas de transporte vertical,

como ascensores o elevadores, escaleras mecánicas y escaleras

convencionales; 7) los sistemas de comunicación como pueden ser

intercomunicadores, megafonía y televisión por circuito cerrado, o los

más usados sistemas de televisión por cable, y 8) los sistemas de

suministro de electricidad, agua y eliminación de residuos.

3.1. Cimientos

El diseño de la estructura de un edificio depende en gran medida de la

naturaleza del suelo y las condiciones geológicas del subsuelo, así

como de las transformaciones realizadas por el hombre en esos dos

factores.

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3.1.1. Condiciones del suelo

Si se pretende construir un edificio en una zona con tradición sísmica,

se deberá investigar el tipo de suelo a una profundidad considerable.

Es evidente que deberán evitarse las fallas en la corteza terrestre bajo

la superficie. Ciertos suelos pueden llegar a licuarse al sufrir

terremotos y transformarse en arenas movedizas. En estos casos debe

evitarse construir o en todo caso los cimientos deben tener una

profundidad suficiente para alcanzar zonas de materiales sólidos bajo

el suelo inestable. Se han encontrado suelos arcillosos que se llegan a

expandir hasta 23 cm o más al someterlos a largos periodos de

humedecimiento o secado, con lo que se producen potentes fuerzas

que pueden cizallar o fragmentar los cimientos y elevar edificios poco

pesados. Los suelos con alto contenido orgánico llegan a comprimirse

con el paso del tiempo bajo el peso del edificio, disminuyendo su

volumen inicial y provocando el hundimiento de la estructura. Otros

tienden a deslizarse bajo el peso de las construcciones.

Los terrenos modificados de alguna forma suelen tener un

comportamiento diferente, en especial cuando se ha añadido o se ha

mezclado otro tipo de suelo con el original, así como en aquellos casos

en que el suelo se ha humedecido o secado más de lo normal, o cuando

se les ha añadido cemento u otros productos químicos como la cal. A

veces el tipo de suelo sobre el que se proyecta construir varía tanto a lo

largo de toda la superficie prevista que no resulta viable desde el punto

de vista económico o no es posible edificar con seguridad.

Por tanto, los análisis geológicos y del suelo son necesarios para saber

si una edificación proyectada se puede mantener adecuadamente y

para hallar los métodos más eficaces y económicos.

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Si hay una capa rocosa firme a corta distancia bajo la superficie de la

obra, la resistencia de la roca permitirá que la extensión sobre la que

descanse el peso de la construcción no tenga que ser demasiado

grande. A medida que se van encontrando rocas y suelos más débiles,

la extensión sobre la que se distribuirá el peso deberá ser mayor.

3.1.2. Tipos de cimientos

Los tipos de sistemas de cimentación más comunes se clasifican en

profundos y superficiales. Los sistemas superficiales se encuentran a

poca distancia bajo la base del edificio, como las losas continuas y las

zapatas. Los cimientos profundos se extienden a varios metros bajo el

edificio, como los pilotes y los pozos de cimentación. La elección de

los cimientos para un edificio determinado dependerá de la fortaleza

de la roca y el suelo, la magnitud de las cargas estructurales y la

profundidad del nivel de las aguas subterráneas.

Los cimientos más económicos son las zapatas de hormigón armado,

empleados para edificios en zonas cuya superficie no presenta

dificultades especiales. Estos cimientos consisten en planchas de

hormigón situadas bajo cada pilar de la estructura y una plancha

continua (zapata continua) bajo los muros de carga.

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Los cimientos de losa continua se suelen emplear en casos en los que

las cargas del edificio son tan grandes y el suelo tan poco resistente

que las zapatas por sí solas cubrirían más de la mitad de la zona de

construcción. Consisten en una losa de hormigón armado, que soporta

el peso procedente de los soportes. La carga que descansa sobre cada

zona de la losa no es excesiva y se distribuye por toda la superficie. En

las cimentaciones bajo edificios de gran envergadura, las cargas se

pueden repartir por medio de nervaduras o muros cruzados, que

rigidizan la losa.

Los pilotes se emplean sobre todo en zonas en las que las condiciones

del suelo próximo a la superficie no son buenas. Están fabricados con

madera, hormigón o acero y se colocan agrupados en pilares. Los

pilotes se introducen a determinada profundidad dentro de la roca o

suelo y cada pilar se cubre con una capa de hormigón armado. Un

pilote puede soportar su carga tanto en su base como en cualquier

parte de su estructura por el rozamiento superficial. La cantidad de

pilotes que debe incluirse en cada pilar dependerá de la carga de la

estructura y la capacidad de soporte de cada pilote de la columna. Los

pilotes de madera o vigas son troncos de árboles, con lo que su

longitud resulta limitada. En cambio, un pilote de hormigón puede

tener una altura aceptable y se puede introducir por debajo del nivel

freático. En edificios muy pesados o muy altos se emplean pilotes de

acero, llamados por su forma pilotes en H, que se introducen en la

roca, a menudo hasta 30 m de profundidad. Con estos pilotes se

alcanza más fácilmente una mayor profundidad que con los pilotes de

hormigón o madera. Aunque los pilotes de acero son mucho más

caros, su coste está justificado en los grandes edificios, que suelen

representar una importante inversión financiera.

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Los cimientos de zapatas rígidas se emplean cuando hay un suelo

adecuado para soportar grandes cargas, bajo capas superficiales de

materiales débiles como turba o tierra de relleno. Un cimiento de

zapatas rígidas consiste en unos pilares de hormigón construidos en

forma de cilindros que se excavan en los lugares sobre los que se

asentarán las vigas de la estructura. Estos cimientos soportan las

cargas del edificio en su extremo inferior, que suele tener forma de

campana.

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3.1.3. Nivel freático La construcción de los cimientos puede

complicarse debido a la existencia de agua subterránea por encima del

nivel previsto para los cimientos. En estos casos, los laterales de la

excavación pueden no estar seguros y derrumbarse. La operación de

bajar el nivel del agua por bombeo requiere la instalación previa de

planchas entrelazadas en los lados de la excavación para evitar

derrumbamientos. Cuando la cantidad de agua en una excavación es

excesiva, los métodos de bombeo ordinarios, que extraen a la

superficie tierra suelta mezclada con agua, pueden minar los cimientos

de edificios vecinos. Para evitar los daños que puede causar el drenaje

al remover el suelo, se emplean sistemas de puntos de drenaje y

desagüe. Los puntos de drenaje consisten en pequeñas picas o tuberías

con un filtro en uno de sus extremos, y se introducen en el suelo de

modo que el filtro, que impide que la tierra entre junto con el agua,

quede bajo el nivel del agua. Esta pequeña tubería está conectada a una

tubería múltiple que se comunica por un tubo flexible a una bomba de

agua. Así se extrae el agua bajo la excavación sin peligro para los

edificios próximos. El sistema de desagüe puede incluso ahorrar la

instalación de planchas en los lados de la excavación, siempre que no

se prevea que el suelo pueda deslizarse sobre la obra debido a su

composición o a las vibraciones de maquinaria o tráfico pesado en las

cercanías.

3.2. Estructura Los elementos básicos de una estructura

ordinaria son suelos y cubierta (incluidos los elementos de apoyo

horizontal), pilares y muros (soportes verticales) y el arriostramiento

(elementos diagonales) o conexiones rígidas para dar estabilidad a la

estructura.

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3.2.1. Edificios de una o dos plantas

En el caso de edificios bajos es posible una mayor variedad de formas

y estilos que en los edificios grandes. Además del sistema de pórticos

—también utilizado en grandes edificios—, las pequeñas edificaciones

pueden tener cubiertas a dos aguas, bóvedas y cúpulas. Una estructura

de un solo piso puede consistir en una solera de hormigón

directamente sobre el suelo, muros exteriores de albañilería soportados

por una losa (o por zapatas continuas, alrededor del perímetro del

edificio) y una cubierta. En edificios bajos, el uso de pilares interiores

entre los muros de carga es un método muy común. También pueden

emplearse pilares espaciados, apoyados en losas o zapatas, pero en

este caso los muros exteriores se soportan por los pilares o están

colocados entre éstos. Si la luz de cubierta del tejado es corta, se

utilizan entarimados de apoyo, hechos de madera, acero u hormigón

para formar la estructura del techo.

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Cada material de la estructura tiene su propia relación peso-resistencia,

costo y durabilidad. Como regla general, cuanto mayor sea la luz de

cubierta o techo, más complicada será la estructura que lo soporte y

habrá menos posibilidades para escoger los materiales apropiados.

Dependiendo de la longitud de la luz, la cubierta podrá tener una

estructura de vigas unidireccionales (figura 2a) o una estructura de

vigas bidireccionales, apoyadas en vigas maestras de mayor tamaño

que abarquen toda la extensión de la luz. Los apuntaladores son

sustituibles por cualquiera de esos métodos y pueden tener una

profundidad de menos de 30 cm o más de 9 m, y se forman

entrelazando los elementos de tensión y compresión en forma de

triángulos. Suelen ser de madera o acero, aunque también se pueden

hacer de hormigón armado. La estructura de un edificio de una sola

planta también puede consistir en un armazón de techo y muros en

combinación, afirmados entre ellos o hechos de una sola pieza. Las

formas posibles de la estructura son casi infinitas, incluida la variedad

de tres lados de un rectángulo afirmados en un conjunto llamado

armadura, la de forma de iglesia de lados verticales y techo inclinado,

la de parábola y la de semicírculo o cúpula.

La estructura básica y los muros exteriores, suelos y techo pueden

estar hechos como un todo unido, muy parecido a una tubería

rectangular con los extremos abiertos o cerrados. Estas formas pueden

moldearse en plástico.

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3.2.2. Edificios de varias plantas

La forma más frecuente de construcción de edificaciones es el

entramado reticular metálico. Se trata en esencia de los elementos

verticales combinados con una estructura horizontal. En los edificios

altos ya no se emplean muros de carga con elementos horizontales de

la estructura, sino que se utilizan generalmente muros-cortina, es decir,

fachadas ligeras no portantes.

La estructura metálica más común consiste en múltiples elementos de

construcción, como se recoge en la figura 3c. Para estructuras de más

de 40 plantas se emplean diversas formas de hormigón armado, acero

o mezcla de estos dos. Los elementos básicos de la estructura metálica

son los pilares verticales o pies derechos, las vigas horizontales que

abarcan la luz en su mayor distancia entre los pilares y las viguetas que

cubren la luz de distancias más cortas. La estructura se refuerza para

evitar distorsiones y posibles derrumbes debidos a pesos desiguales o

fuerzas vibratorias. La estabilidad lateral se consigue conectando entre

sí los pilares, vigas y viguetas maestras, por el soporte que

proporcionan a la estructura los suelos y los muros interiores, y por las

conexiones rígidas en diagonal entre pilares y entre vigas. El hormigón

armado puede emplearse de un modo similar, pero en este caso se

deben utilizar muros de hormigón en lugar de riostras, para dar una

mayor estabilidad lateral.

Entre las nuevas técnicas de construcción de edificios de cierta altura

se encuentran la inserción de paneles prefabricados dentro del

entramado metálico, las estructuras suspendidas o colgantes y las

estructuras estáticas compuestas.

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En la técnica de inserción se construye una estructura metálica con un

núcleo central que incluye escaleras de incendios, ascensores,

fontanería, tuberías y cableado eléctrico. En los huecos entre las

estructuras horizontales y verticales se insertan paneles prefabricados

en forma de cajón. Éstos permitirán efectuar transformaciones

posteriores en el edificio.

En la técnica colgante, se construye un núcleo central vertical, y en su

parte superior se fija una fuerte estructura horizontal de cubierta.

Todos los pisos a excepción de la planta baja quedan sujetos al núcleo

y a los elementos de tensión que cuelgan de la estructura de la

cubierta. Una vez terminado el núcleo central, las plantas se van

construyendo de arriba a abajo.

En la técnica de apilamiento o estructura estática compuesta se

colocan paneles prefabricados en forma de cajón con la ayuda de grúas

especiales, unos sobre otros, y posteriormente se fijan entre ellos.

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En edificios de más de 40 plantas el acero se considera el material más

adecuado. Sin embargo, los últimos avances en el desarrollo de nuevos

tipos de hormigón compiten con el acero. Los edificios de gran altura a

menudo requieren soluciones estructurales más elaboradas para resistir

la fuerza del viento y, en ciertos países, la fuerza de terremotos. Uno

de los sistemas de estructura más habituales es el tubo exterior

estructural, empleado en la construcción del World Trade Center

(411 m) en Nueva York. En él, con pilares separados y conectados

firmemente a vigas de carrera horizontales sobre el perímetro del

edificio, se consigue la fuerza suficiente para soportar las cargas y la

rigidez necesaria para reducir las desviaciones laterales. En este caso,

para el tubo estructural se empleó una mezcla de hormigón y

materiales de construcción compuestos, hechos de elementos

estructurales de acero encofrados con hormigón armado.

En los edificios de gran altura se suele utilizar una combinación de

acero y hormigón armado. La elevada relación resistencia-peso del

acero es excelente para los elementos de luz horizontal. Los

hormigones de alta dureza pueden aportar de un modo económico la

resistencia a la fuerza de compresión necesaria en los elementos

verticales. Además, las propiedades de la masa interna y la humedad

del hormigón ayudan a reducir los efectos de las vibraciones, uno de

los problemas más usuales en los edificios de gran altura.

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3.3. Muros exteriores (fachadas) y cubiertas Los muros de

cortina o fachadas ligeras son el tipo más frecuente de muros no

portantes, y se pueden montar a pie de obra o en origen. Son

elementos cuya superficie o piel exterior se ha tratado con material de

aislamiento, barreras de vapor o aislamientos acústicos, y una

superficie interior que puede formar parte de los muros de cortina o

unirse a ellos. La capa exterior puede estar hecha de metales (acero

inoxidable, aluminio, bronce), albañilería (hormigón, ladrillo, baldosa)

o vidrio. Para las fachadas también se utiliza piedra caliza, mármol,

granito y paneles de hormigón prefabricados.

El método tradicional de construcción de las cubiertas es colocar rollos

de tela asfáltica laminada cubiertos de grava, sobre los elementos de

hormigón o acero de la estructura. También se utilizan materiales

sintéticos en lugar de rollos de tela asfáltica. Hay algunos en forma de

hierba y alfombras hechas de plástico que se pueden instalar en zonas

recreativas del tejado a bajo coste.

3.4. Separaciones interiores Los métodos tradicionales de

división interna de los edificios han consistido en muros de albañilería

de 10 a 15 cm de espesor de hormigón, yeso o piedra pómez, pintados

o encalados; también se han utilizado estructuras de madera o metal

cubiertas con listones de madera enyesados. El uso de cartón yeso y

madera laminada está muy extendido.

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Para conseguir mayor flexibilidad dentro de los edificios se emplean

sistemas intercambiables y desmontables cuya única restricción es el

espacio que queda entre los pilares. Estas separaciones pueden estar

hechas de materiales metálicos, paneles prefabricados de cartón yeso,

sistemas de cortinas plegables a modo de acordeón, o en caso de

problemas de ruidos, cortinas plegables en sentido horizontal o

vertical. Los materiales ligeros suelen tener el inconveniente de no

aislar los ruidos y no proteger adecuadamente la intimidad. No

obstante las nuevas tendencias incluyen la instalación de separaciones

ligeras pero utilizando cada vez más materiales que reduzcan y limiten

el ruido. En muchos edificios los únicos muros de albañilería son los

muros contra incendios, entre los que se incluyen los huecos de

ascensores, escaleras y pasillos principales.

3.5. Control ambiental En muchos países se han desarrollado

importantes avances en sistemas de control de calefacción,

refrigeración, ventilación, iluminación y de sonidos. En la mayoría de

los grandes edificios se ha estandarizado el aire acondicionado para

todo el año. Algunas zonas de los edificios se refrigeran incluso en

invierno, dependiendo de la distancia entre los muros exteriores y del

calor que pueden generar la iluminación, los equipos eléctricos o la

actividad humana dentro del edificio. Al mejorar el nivel y la calidad

de la iluminación, el coste de los sistemas mecánicos y eléctricos en

los edificios grandes ha crecido en mayor medida que en las casas

familiares. Estos costes pueden llegar a suponer un tercio o un cuarto

del coste total de la construcción.

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3.6. Sistemas eléctricos y de comunicación La extensión del

uso de electricidad, teléfono, equipos de transmisión por fax, circuitos

cerrados de televisión, intercomunicaciones, alarmas y sistemas de

seguridad, ha supuesto un aumento en la cantidad de cableado que se

instala en los edificios. Los cables principales se tienden verticalmente

en conductos abiertos que se ramifican por cada planta a través de los

techos de las mismas o debajo de las baldosas.

La electricidad que necesitan los edificios ha aumentado a causa de los

numerosos y complejos equipos que se instalan. Para evitar las

consecuencias de fallos en el suministro se suelen instalar equipos

generadores de emergencia en muchos edificios, que en algunos casos,

como en zonas alejadas, disponen de sus propios sistemas para generar

energía. Cuando se utilizan generadores diesel o de turbina de gas, el

calor que producen las máquinas puede aprovecharse para otros usos

del edificio.

3.7. Transporte vertical Los ascensores por cable, de control

automático y alta velocidad, son el tipo de transporte vertical más

utilizado en edificaciones de altura. Los edificios bajos y las plantas

inferiores de los edificios comerciales suelen tener escaleras

mecánicas. En caso de incendio debería contarse al menos con dos

vías de salida de la zona principal del edificio. Por ello, además de los

ascensores y las escaleras mecánicas, todos los edificios, incluso los

más altos, deben disponer de dos escaleras protegidas a lo largo de

todo el edificio.

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3.8. Suministro de agua y eliminación de residuos Los

edificios deben contar con un sistema de tuberías de suministro de

agua para beber, lavado, cocinado, instalaciones sanitarias, sistemas

internos de extinción de incendios (ya sea con tuberías y mangueras

fijas o por aspersores automáticos), sistemas de aire acondicionado y

calderas.

La eliminación de los desperdicios secos y húmedos en los edificios se

lleva a cabo por medio de una gran variedad de sistemas. Un método

muy usual es verter los desperdicios líquidos a tuberías conectadas a la

red de alcantarillado.

4. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

La existencia de un material natural está estrechamente relacionada

con la invención de las herramientas para su explotación y determina

las formas constructivas. Por ejemplo, la carpintería de madera

apareció en las diferentes áreas boscosas del planeta, y la madera sigue

siendo, aunque su uso esté en declive, un material de construcción

importante en esas áreas.

En otras zonas, las piedras naturales se utilizaron en los monumentos

más representativos debido a su permanencia y a su resistencia al

fuego. Dado que la piedra se puede tallar, la escultura se integró

fácilmente con la arquitectura. El empleo de piedras naturales en la

construcción está en decadencia, debido a su elevado precio y a su

complicada puesta en obra. En su lugar se utilizan piedras artificiales,

como el hormigón y el vidrio plano, o materiales más ligeros, como el

hierro o el hormigón pretensado, entre otros.

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En las regiones donde escaseaban la piedra y la madera se usó la tierra

como material de construcción. Aparecen así el tapial y el adobe: el

primero consiste e

n un muro de tierra o barro apisonado y el segundo es un bloque

constructivo hecho de barro y paja, y secado al sol. Posteriormente

aparecen el ladrillo y otros productos cerámicos, basados en la cocción

de piezas de arcilla en un horno, con más resistencia que el adobe.

Por tanto, las culturas primitivas utilizaron los productos de su entorno

e inventaron utensilios, técnicas de explotación y tecnologías

constructivas para poderlos utilizar como materiales de edificación. Su

legado sirvió de base para desarrollar los modernos métodos

industriales.

La construcción con piedra, ladrillo y otros materiales se llama

albañilería. Estos elementos se pueden trabar sólo con el efecto de la

gravedad (a hueso), o mediante juntas de mortero, pasta compuesta por

arena y cal (u otro aglutinante). Los romanos descubrieron un cemento

natural que, combinado con algunas sustancias inertes (arena y piedras

de pequeño tamaño), se conoce como argamasa. Las obras construidas

con este material se cubrían posteriormente con mármoles o estucos

para obtener un acabado más aparente. En el siglo XIX se inventó el

cemento Portland, que es completamente impermeable y constituye la

base para el moderno hormigón.

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Otro de los inventos del siglo XIX fue la producción industrial de

acero; los hornos de laminación producían vigas de hierro mucho más

resistentes que las tradicionales de madera. Es más, los redondos o

varillas de hierro se podían introducir en la masa fresca de hormigón,

aumentando al fraguar la capacidad de este material, dado que añadían

a su considerable resistencia a compresión la excepcional resistencia

del acero a tracción. Aparece así el hormigón armado, que ha

revolucionado la construcción del siglo XX por dos razones: la rapidez

y comodidad de su puesta en obra y las posibilidades formales que

ofrece, dado que es un material plástico. Por otra parte, la aparición del

aluminio y sus tratamientos superficiales, especialmente el anodizado,

han popularizado el uso de un material extremadamente ligero que no

necesita mantenimiento. El vidrio se conoce desde la antigüedad y las

vidrieras son uno de los elementos característicos de la arquitectura

gótica. Sin embargo, su calidad y transparencia se han acrecentado

gracias a los procesos industriales, que han permitido la fabricación de

vidrio plano en grandes dimensiones capaces de iluminar grandes

espacios con luz natural.

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PRINCIPALES MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

1. Ladrillo:

Bloque de arcilla o cerámica cocida empleado en la construcción y

para revestimientos decorativos. Los ladrillos pueden secarse al sol,

pero acostumbran a secarse en hornos. Tienen un coste bastante bajo,

resisten la humedad y el calor y pueden durar en algunos casos más

que la piedra. Su color varía dependiendo de las arcillas empleadas y

sus proporciones cambian de acuerdo a las tradiciones arquitectónicas.

Algunos ladrillos están hechos de arcillas resistentes al fuego para

construir chimeneas y hornos. Otros están hechos con vidrio o se

someten a procesos de vitrificación. Los ladrillos se pueden fabricar de

diferentes formas, dependiendo de la manera en que se vayan a colocar

sus costados largos (al hilo) y sus extremos cortos (cabezales).

El ladrillo constituyó el principal material en la construcción de las

antiguas Mesopotamia y Palestina, donde apenas se disponía de

madera y piedras. Los habitantes de Jericó en Palestina fabricaban

ladrillos hace unos 9.000 años. Los constructores sumerios y

babilonios levantaron zigurats, palacios y ciudades amuralladas con

ladrillos secados al sol, que recubrían con otros ladrillos cocidos en

hornos, más resistentes y a menudo con esmaltes brillantes formando

frisos decorativos. En sus últimos años los persas construían con

ladrillos al igual que los chinos, que levantaron la gran muralla. Los

romanos construyeron baños, anfiteatros y acueductos con ladrillos, a

menudo recubiertos de mármol.

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En el curso de la edad media, en el imperio bizantino, al norte de

Italia, en los Países Bajos y en Alemania, así como en cualquier otro

lugar donde escaseara la piedra, los constructores valoraban el ladrillo

por sus cualidades decorativas y funcionales. Realizaron

construcciones con ladrillos templados, rojos y sin brillo creando una

amplia variedad de formas, como cuadros, figuras de punto de espina,

de tejido de esterilla o lazos flamencos. Esta tradición continuó en el

renacimiento y en la arquitectura georgiana británica, y fue llevada a

América del norte por los colonos. El ladrillo ya era conocido por los

indígenas americanos de las civilizaciones prehispánicas. En regiones

secas construían casas de ladrillos de adobe secado al sol. Las grandes

pirámides de los olmecas, mayas y otros pueblos fueron construidas

con ladrillos revestidos de piedra. Pero fue en España donde, por

influencia musulmana, el uso del ladrillo alcanzó más difusión, sobre

todo en Castilla, Aragón y Andalucía. El ladrillo industrial, fabricado

en enormes cantidades, sigue siendo un material de construcción muy

versátil. Existen tres clases: ladrillo de fachada o exteriores, cuando es

importante el aspecto; el ladrillo común, hecho de arcilla de calidad

inferior destinado a la construcción; y el ladrillo refractario, que resiste

temperaturas muy altas y se emplea para fabricar hornos. Los ladrillos

se hacen con argamasa, una pasta compuesta de cemento, masilla de

cal y arena.

2. Adobe:

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Término empleado para designar un bloque constructivo hecho de

tierra arcillosa y secado al sol. La tierra arcillosa o barro se encuentra

por todo el mundo, especialmente en zonas áridas o semiáridas como

el norte de África, México y el suroeste de Estados Unidos. El adobe

se ha utilizado durante siglos para construir casas y otras edificaciones

en Babilonia, en el antiguo Egipto y en numerosas culturas europeas

—especialmente en la zona meridional—, africanas y americanas.

El barro se compone de una mezcla de arcilla, cuarzo y otros

minerales. Se puede moldear con facilidad mientras está húmedo, pero

cuando se seca es prácticamente indeformable. Los suelos arcillosos

son muy fértiles cuando se riegan, y pueden producir cosechas anuales

de cereales, alfalfa y otros cultivos. Los adobes se fabrican formando

pequeños bloques (del tamaño de un ladrillo) de barro y paja o heno,

que se dejan secar al sol durante una o dos semanas. Debido a su

escasa resistencia a la humedad, sólo se construye con adobes en zonas

poco lluviosas. Los edificios suelen protegerse de la humedad con

aleros y cimientos pétreos.

Las estructuras de barro se asocian normalmente con las culturas

populares de todo el mundo, especialmente en España y

Latinoamérica. En la actualidad se investiga, tanto en Europa como en

Estados Unidos, sobre el uso del adobe como material de construcción

alternativo. Su empleo resulta, al igual que el del tapial, ecológico y

asequible, por lo que puede representar una solución al problema de la

vivienda en los países en vías de desarrollo.

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3. Tierra seleccionada:

la tierra seleccionada es un material muy utilizado por el sistema

tradicional para la construcción de muros, compuesto por tierra

estabilizada apisonada dentro de un encofrado de madera. Para

construir tapiales es necesario contar con un terreno levemente

arcilloso, pero no tanto como el que se emplea en el adobe, el

bahareque o la quincha. Entre las cualidades del tapial destaca su

elevada inercia, que le dota de una extraordinaria capacidad aislante,

térmica y acústica, aunque también le confiere un excesivo peso que

ha provocado su desaparición de la construcción industrializada. A

pesar de todo, continúa siendo uno de los sistemas más apropiados

para la autoconstrucción, así como para las zonas con mano de obra

abundante y barata, gracias al coste nulo de material y transporte.

La construcción del tapial comienza con la extracción del terreno en el

lugar de la obra y, si es necesario, su estabilización con una lechada de

cal o cemento. Después se dispone un encofrado rígido compuesto por

tablas, llamadas costales o tapieras, donde se vierte el material para su

posterior apisonado manual. Esta operación se repite en sucesivas

tongadas o tapiadas del tamaño adecuado, hasta que se completa el

muro, que deberá secarse antes de proceder a su puesta en carga. En

algunos casos, además, se realiza un recubrimiento exterior con

mortero de cal, conocido con el nombre de calicostra.

4. Hormigón o Concreto

4.1. INTRODUCCIÓN:

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Material artificial utilizado en ingeniería que se obtiene mezclando

cemento Portland, agua, algunos materiales bastos como la grava y

otros refinados, y una pequeña cantidad de aire.

El hormigón es casi el único material de construcción que llega en

bruto a la obra. Esta característica hace que sea muy útil en

construcción, ya que puede moldearse de muchas formas. Presenta una

amplia variedad de texturas y colores y se utiliza para construir

muchos tipos de estructuras, como autopistas, calles, puentes, túneles,

presas, grandes edificios, pistas de aterrizaje, sistemas de riego y

canalización, rompeolas, embarcaderos y muelles, aceras, silos o

bodegas, factorías, casas e incluso barcos.

Otras características favorables del hormigón son su resistencia, su

bajo costo y su larga duración. Si se mezcla con los materiales

adecuados, el hormigón puede soportar fuerzas de compresión

elevadas. Su resistencia longitudinal es baja, pero reforzándolo con

acero y a través de un diseño adecuado se puede hacer que la

estructura sea tan resistente a las fuerzas longitudinales como a la

compresión. Su larga duración se evidencia en la conservación de

columnas construidas por los egipcios hace más de 3.600 años.

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4.2. COMPOSICIÓN

Los componentes principales del hormigón son pasta de cemento

Portland, agua y aire, que puede entrar de forma natural y dejar unas

pequeñas cavidades o se puede introducir artificialmente en forma de

burbujas. Los materiales inertes pueden dividirse en dos grupos:

materiales finos, como puede ser la arena, y materiales bastos, como

grava, piedras o escoria. En general, se llaman materiales finos si sus

partículas son menores que 6,4 mm y bastos si son mayores, pero

según el grosor de la estructura que se va a construir el tamaño de los

materiales bastos varía mucho. En la construcción de elementos de

pequeño grosor se utilizan materiales con partículas pequeñas, de

6,4 mm. En la construcción de presas se utilizan piedras de 15 cm de

diámetro o más. El tamaño de los materiales bastos no debe exceder la

quinta parte de la dimensión más pequeña de la pieza de hormigón que

se vaya a construir.

Al mezclar el cemento Portland con agua, los compuestos del cemento

reaccionan y forman una pasta aglutinadora. Si la mezcla está bien

hecha, cada partícula de arena y cada trozo de grava queda envuelta

por la pasta y todos los huecos que existan entre ellas quedarán

rellenos. Cuando la pasta se seca y se endurece, todos estos materiales

quedan ligados formando una masa sólida.

27


En condiciones normales el hormigón se fortalece con el paso del

tiempo. La reacción química entre el cemento y el agua que produce el

endurecimiento de la pasta y la compactación de los materiales que se

introducen en ella requiere tiempo. Esta reacción es rápida al principio

pero después es mucho más lenta. Si hay humedad, el hormigón sigue

endureciéndose durante años. Por ejemplo, la resistencia del hormigón

vertido es de 70.307 g/cm2 al día siguiente, 316.382 g/cm2 una

semana después, 421.842 g/cm2 al mes siguiente y 597.610 g/cm2

pasados cinco años.

Las mezclas de hormigón se especifican en forma de relación entre los

volúmenes de cemento, arena y piedra utilizados. Por ejemplo, una

mezcla 1:2:3 consiste en una parte por volumen de cemento, dos partes

de arena y tres partes de agregados sólidos. Según su aplicación, se

alteran estas proporciones para conseguir cambios específicos en sus

propiedades, sobre todo en cuanto a resistencia y duración. Estas

relaciones varían de 1:2:3 a 1:2:4 y 1:3:5. La cantidad de agua que se

añade a estas mezclas es de 1 a 1,5 veces el volumen de cemento. Para

obtener hormigón de alta resistencia el contenido de agua debe ser

bajo, sólo el suficiente para humedecer toda la mezcla. En general,

cuanta más agua se añada a la mezcla, más fácil será trabajarla, pero

más débil será el hormigón cuando se endurezca.

28


El hormigón puede hacerse absolutamente hermético y utilizarse para

contener agua y para resistir la entrada de la misma. Por otra parte,

para construir bases filtrantes, se puede hacer poroso y muy

permeable. También puede presentar una superficie lisa y pulida tan

suave como el cristal. Si se utilizan agregados pesados, como trozos de

acero, se obtienen mezclas densas de 4.000 kg/m3. También se puede

fabricar hormigón de sólo 481 kg/m3 utilizando agregados ligeros

especiales y espumas. Estos hormigones ligeros flotan en el agua, se

pueden serrar en trozos o clavar en otras superficies.

Para pequeños trabajos o reparaciones, puede mezclarse a mano, pero

sólo las máquinas mezcladoras garantizan una mezcla uniforme. La

proporción recomendada para la mayoría de usos a pequeña escala —

como suelos, aceras, calzadas, patios y piscinas— es la mezcla 1:2:3.

Cuando la superficie del hormigón se ha endurecido requiere un

tratamiento especial, ya sea salpicándola o cubriéndola con agua o con

materiales que retengan la humedad, capas impermeables, capas

plásticas, arpillera húmeda o arena. También hay pulverizadores

especiales. Cuanto más tiempo se mantenga húmedo el hormigón, será

más fuerte y durará más. En época de calor debe mantenerse húmedo

por lo menos tres días, y en época de frío no se debe dejar congelar

durante la fase inicial de endurecimiento. Para ello se cubre con una

lona alquitranada o con otros productos que ayudan a mantener el

calor generado por las reacciones químicas que se producen en su

interior y provocan su endurecimiento.

29


4.3. TÉCNICAS DE CONSTRUCCIÓN

El hormigón se moldea de muchas maneras. Para construir los

cimientos de pequeños edificios se vierte directamente en zanjas

cavadas en la tierra. Para otros tipos de cimientos y algunos muros, se

vierte entre los soportes o encofrados de madera o de hierro, que se

eliminan cuando el hormigón se ha secado. En la construcción con

losas prefabricadas, las planchas que forman techos y suelos se

montan en el suelo y después se elevan con gatos hidráulicos y se fijan

las columnas a la altura precisa. Los encofrados deslizantes se utilizan

para formar columnas y los núcleos de los edificios. Se van moviendo

hacia arriba de 15 a 38 cm por hora mientras se vierte el hormigón y se

colocan los refuerzos. El método de fraguar hacia arriba se suele

utilizar en la construcción de edificios de una o dos plantas. Las

paredes se fraguan en tierra o en la planta correspondiente y se sitúan

con grúas. Después se fijan las paredes por sus extremos o entre ellas a

unas columnas de hormigón. Para pavimentar carreteras con hormigón

se utiliza una máquina pavimentadora de cimbra móvil. Esta máquina

arrastra una estructura con dos guías metálicas separadas. Se vierte una

capa de hormigón entre las dos guías y la máquina va avanzando

lentamente. Las guías de los laterales mantienen el hormigón en su

sitio hasta que éste se seca. Estas pavimentadoras pueden forjar una

capa continua de pavimento de hormigón de uno o dos carriles.

30


En ciertas aplicaciones, como la construcción de piscinas, canales y

superficies curvas, el hormigón puede aplicarse por inyección. Con

este método el hormigón se pulveriza a presión con máquinas

neumáticas sin necesidad de utilizar encofrados. Así se elimina todo el

trabajo de los moldes de hierro y madera y se puede aplicar hormigón

en lugares donde los métodos convencionales serían difíciles o

imposibles de emplear.

El hormigón con aire ocluido es hormigón en el que se introducen

pequeñas burbujas de aire en la mezcla con el cemento, durante su

fabricación, preparación o en la fase de mezclado con la arena y los

agregados. La presencia de estas burbujas aporta propiedades

favorables al hormigón, tanto cuando está fresco como cuando se ha

endurecido. Cuando está fresco y recién mezclado las burbujas de aire

actúan como lubricante; hacen la mezcla más manejable por lo que

reducen la cantidad de agua necesaria para hacerla. Este sistema de

aire también reduce la cantidad de arena necesaria.

El aire presente en el hormigón endurecido reduce radicalmente los

ajustes que derivan de la utilización de productos químicos

anticongelantes en calles y carreteras. También previene los daños que

producen en los pavimentos las heladas y deshielos. Las burbujas de

aire funcionan como diminutas válvulas de seguridad que

proporcionan espacio al agua para expandirse si la temperatura baja y

se hiela.

31


4.4. ALBAÑILERÍA CON HORMIGÓN

En todos los tipos de construcción de albañilería se utilizan ladrillos o

bloques de hormigón. Se emplean por ejemplo en muros de carga y

paredes, malecones, bardas o cortafuegos; como refuerzo de paredes

de ladrillo, piedra o enlucidas con estuco o yeso; para proteger del

fuego estructuras de acero y recintos como huecos de escaleras y

ascensores, y para construir muros de contención, chimeneas y suelos.

Alrededor del 60% de los productos de hormigón para albañilería,

como los bloques de escoria, se elaboran con agregados ligeros. Los

más utilizados son arcillas tratadas, escoria de altos hornos, esquisto

micáceo, agregados volcánicos naturales y cenizas. El tamaño de estos

bloques, que se utilizan para construir paredes, tanto por debajo como

por encima del suelo, suele ser de 20 × 20 × 40 cm. Estos bloques se

colocan de forma horizontal y no suelen ser macizos para reducir peso

y para que se forme una cámara de aire aislante. Se han desarrollado

otros tipos de bloques de hormigón con dibujo que se utilizan sin

revestimiento en casas, centros comerciales, escuelas, iglesias e

instalaciones públicas.

La medida de los bloques está ya estandarizada: se pueden conseguir

bloques específicos para cualquier trabajo sin tener que cortar y

ajustar. También hay moldes para producir bloques con dibujos y

relieves para paredes interiores y exteriores. Es posible conseguir

cualquier color o tipo de textura.

4.5. HORMIGÓN ARMADO

32


En la mayoría de los trabajos de construcción, el hormigón se refuerza

con armaduras metálicas, sobre todo de acero; este hormigón

reforzado se conoce como ‘hormigón armado’. El acero proporciona la

resistencia necesaria cuando la estructura tiene que soportar fuerzas

longitudinales elevadas. El acero que se introduce en el hormigón

suele ser una malla de alambre o barras sin desbastar o trenzadas. El

hormigón y el acero forman un conjunto que transfiere las tensiones

entre los dos elementos.

El hormigón pretensado ha eliminado muchos obstáculos en cuanto a

la envergadura y las cargas que soportan las estructuras de hormigón

para ser viables desde el punto de vista económico. La función básica

del acero pretensado es reducir las fuerzas longitudinales en ciertos

puntos de la estructura. El pretensado se lleva a cabo tensando acero

de alta resistencia para inducir fuerzas de compresión al hormigón. El

efecto de esta fuerza de compresión es similar a lo que ocurre cuando

queremos transportar una fila de libros horizontalmente; si aplicamos

suficiente presión en los extremos, inducimos fuerzas de compresión a

toda la fila, y podemos levantar y transportar toda la fila, aunque no se

toquen los libros de la parte central.

33


Estas fuerzas compresoras se inducen en el hormigón pretensado a

través de la tensión de los refuerzos de acero antes de que se endurezca

el hormigón, aunque en algunos casos el acero se tensa cuando ya se

ha secado. En el proceso de pretensado, el acero se tensa antes de

verter el hormigón. Cuando el hormigón se ha endurecido alrededor de

estos refuerzos tensados, se sueltan las barras de acero; éstas se

encogen un poco e inducen fuerzas de compresión al hormigón. En

otros casos, el hormigón se vierte alrededor del acero, pero sin que

entre en contacto con él; cuando el hormigón se ha secado se ancla un

extremo del refuerzo de acero al hormigón y se presiona por el otro

extremo con gatos hidráulicos. Cuando la tensión es la requerida, se

ancla el otro extremo del refuerzo y el hormigón queda comprimido.

34


5. Cemento

5.1. INTRODUCCIÓN:

Tiene diversas aplicaciones, como la obtención de hormigón por la

unión de arena y grava con cemento Portland (es el más usual), para

pegar superficies de distintos materiales o para revestimientos de

superficies a fin de protegerlas de la acción de sustancias químicas. El

cemento tiene diferentes composiciones para usos diversos. Puede

recibir el nombre del componente principal, como el cemento calcáreo,

que contiene óxido de silicio, o como el cemento epoxiaco, que

contiene resinas epoxídicas; o de su principal característica, como el

cemento hidráulico o el cemento rápido. Los cementos utilizados en la

construcción se denominan en algunas ocasiones por su origen, como

el cemento romano, o por su parecido con otros materiales, como el

caso del cemento Portland, que tiene cierta semejanza con la piedra de

Portland, utilizada en Gran Bretaña para la construcción. Los cementos

que resisten altas temperaturas se llaman cementos refractantes.

El cemento se fragua o endurece por evaporación del líquido

plastificante, como el agua, por transformación química interna, por

hidratación o por el crecimiento de cristales entrelazados. Otros tipos

de cemento se endurecen al reaccionar con el oxígeno y el dióxido de

carbono de la atmósfera.

5.2. CEMENTO PORTLAND

Los cementos Portland típicos consisten en mezclas de silicato

tricálcico (3CaO·SiO2), aluminato tricálcico (3CaO·Al2O3) y silicato

dicálcico (2CaO·SiO2) en diversas proporciones, junto con pequeñas

cantidades de compuestos de hierro y magnesio. Para retardar el

proceso de endurecimiento se suele añadir yeso.

35


Los compuestos activos del cemento son inestables, y en presencia de

agua reorganizan su estructura. El endurecimiento inicial del cemento

se produce por la hidratación del silicato tricálcico, el cual forma una

sílice (dióxido de silicio) hidratada gelatinosa e hidróxido de calcio.

Estas sustancias cristalizan, uniendo las partículas de arena o piedras

—siempre presentes en las mezclas de argamasa de cemento— para

crear una masa dura. El aluminato tricálcico actúa del mismo modo en

la primera fase, pero no contribuye al endurecimiento final de la

mezcla. La hidratación del silicato dicálcico actúa de modo semejante,

pero mucho más lentamente, endureciendo poco a poco durante varios

años. El proceso de hidratación y asentamiento de la mezcla de

cemento se conoce como curado, y durante el mismo se desprende

calor.

El cemento Portland se fabrica a partir de materiales calizos, por lo

general piedra caliza, junto con arcillas, pizarras o escorias de altos

hornos que contienen óxido de aluminio y óxido de silicio, en

proporciones aproximadas de un 60% de cal, 19% de óxido de silicio,

8% de óxido de aluminio, 5% de hierro, 5% de óxido de magnesio y

3% de trióxido de azufre. Ciertas rocas llamadas rocas cementosas

presentan en su composición estos elementos en proporciones

adecuadas y se puede obtener cemento a partir de ellas sin necesidad

de emplear grandes cantidades de otras materias primas. No obstante,

las cementeras suelen utilizar mezclas de diversos materiales.

36


En la fabricación del cemento se trituran las materias primas

mezcladas y se calientan hasta que se funden, formando el “clínquer”,

que a su vez se tritura hasta lograr un polvo fino. Para el calentamiento

se suele emplear un horno rotatorio de más de 150 m de largo y más

de 3,2 m de diámetro. Estos hornos están ligeramente inclinados, y las

materias primas se introducen por su parte superior, ya sea en forma de

polvo seco de roca o como pasta húmeda hecha de roca triturada y

agua. A medida que desciende a través del horno, se va secando y

calentando con una llama situada al fondo del mismo. Según se acerca

a la llama se separa el dióxido de carbono y la mezcla se funde a

temperaturas entre 1.540 y 1.600 ºC. El material tarda unas seis horas

en pasar de un extremo a otro del horno. Después de salir del horno, el

clínquer se enfría con rapidez y se tritura, transportándose a una

empaquetadora o a silos o depósitos de almacenamiento. El material

obtenido tiene una textura tan fina que el 90% o más de sus partículas

podría atravesar un tamiz o colador con 6.200 agujeros por centímetro

cuadrado.

En los hornos modernos se pueden obtener de 27 a 30 kg de cemento

por cada 45 kg de materia prima. La diferencia se debe sobre todo a la

pérdida de agua y dióxido de carbono. Por lo general, en los hornos se

quema carbón en polvo, consumiéndose unos 450 kg de carbón por

cada 900 g de cemento fabricado. También se utilizan gases y otros

combustibles derivados del petróleo.

Para comprobar la calidad del cemento se llevan a cabo numerosas

pruebas. Un método común consiste en tomar una muestra de

argamasa de tres partes de arena y una de cemento y medir su

resistencia a la tracción después de una semana sumergida en agua.

37


5.3. CEMENTOS ESPECIALES

Mediante la variación del porcentaje de sus componentes habituales o

la adición de otros nuevos, el cemento Portland puede adquirir

diversas características de acuerdo a cada uso, como el endurecimiento

rápido y resistencia a los álcalis. Los cementos de fraguado rápido, a

veces llamados cementos de dureza extrarrápida, se consiguen

aumentando la proporción de silicato tricálcico o mediante una

trituración fina de modo que el 99,5% logre pasar un filtro de 16.370

aberturas por centímetro cuadrado. Algunos de estos cementos se

endurecen en un día como los cementos ordinarios lo hacen en un mes.

Sin embargo, durante la hidratación producen mucho calor y por ello

no son apropiados para grandes estructuras en las que esa cantidad de

calor puede provocar la formación de grietas. En los grandes vertidos

se suelen emplear cementos especiales de poco calor de fraguado, que

por lo general contienen mayor cantidad de silicato dicálcico. En obras

de hormigón expuestas a agentes alcalinos (que atacan al hormigón

fabricado con cemento Portland común) se suelen utilizar cementos

resistentes con bajo contenido en aluminio. En estructuras construidas

bajo el agua del mar se emplean normalmente cementos con un

contenido de hasta un 5% de óxido de hierro, y cuando se precisa

resistencia a la acción de aguas ricas en sulfatos se utilizan cementos

con una composición de hasta un 40% de óxido de aluminio.

38


5.4. HISTORIA

Aunque ciertos tipos de cementos hidráulicos eran conocidos desde la

antigüedad, sólo han sido utilizados a partir de mediados del siglo

XVIII. El término cemento Portland se empleó por primera vez en

1824 por el fabricante inglés de cemento Joseph Aspdin, debido a su

parecido con la piedra de Portland, que era muy utilizada para la

construcción en Inglaterra. El primer cemento Portland moderno,

hecho de piedra caliza y arcillas o pizarras, calentadas hasta

convertirse en clínquer y después trituradas, fue producido en Gran

Bretaña en 1845. En aquella época el cemento se fabricaba en hornos

verticales, esparciendo las materias primas sobre capas de coque a las

que se prendía fuego. Los primeros hornos rotatorios surgieron hacia

1880. El cemento Portland se emplea hoy en la mayoría de las

estructuras de hormigón.

La mayor producción de cemento se produce, en la actualidad, en los

países más poblados y/o industrializados, aunque también es

importante la industria cementera en los países menos desarrollados.

La antigua Unión Soviética, China, Japón y Estados Unidos son los

mayores productores, pero Alemania, Francia, Italia, España y Brasil

son también productores importantes.

6. Asfalto:

39


Sustancia negra, pegajosa, sólida o semisólida según la temperatura

ambiente; a la temperatura de ebullición del agua tiene consistencia

pastosa, por lo que se extiende con facilidad. Se utiliza para revestir

carreteras, impermeabilizar estructuras, como depósitos, techos o

tejados, y en la fabricación de baldosas, pisos y tejas. No se debe

confundir con el alquitrán, que es también una sustancia negra, pero

derivada del carbón, la madera y otras sustancias.

El asfalto se encuentra en depósitos naturales, pero casi todo el que se

utiliza hoy es artificial, derivado del petróleo. Para pavimentar se

emplean asfaltos de destilación, hechos con los hidrocarburos no

volátiles que permanecen después de refinar el petróleo para obtener

gasolina y otros productos. En la fabricación de materiales para tejados

y productos similares se utilizan los asfaltos soplados, que se obtienen

de los residuos del petróleo a temperaturas entre 204 y 316 °C. Una

pequeña cantidad de asfalto se craquea a temperaturas alrededor de los

500 °C para fabricar materiales aislantes.

40


El asfalto natural se utilizaba mucho en la antigüedad. En Babilonia se

empleaba como material de construcción. En el Antiguo Testamento

—en los libros del Génesis y el Éxodo— hay muchas referencias a sus

propiedades impermeabilizadoras como material para calafatear barcos

(véase Betún). Los depósitos naturales de asfalto suelen formarse en

pozos o lagos a partir de residuos de petróleo que rezuman hacia la

superficie a través de fisuras en la tierra. Entre ellos destacan el lago

Asfaltites o mar Muerto, en Palestina; los pozos de alquitrán de La

Brea, en Los Ángeles, en los cuales se han encontrado fósiles de flora

y fauna prehistóricas; el lago de la Brea, en la isla de Trinidad, y el

lago Bermúdez, en Venezuela. También se aprovechan los depósitos

de rocas asfálticas o rocas impregnadas de asfalto. Otro tipo de asfalto

de importancia comercial es la gilsonita, que se encuentra en la cuenca

del río Uinta, al suroeste de Estados Unidos, y se utiliza en la

fabricación de pinturas y lacas.

41


7. Cerámica (ingeniería) (en griego keramos, 'arcilla'):

En la antigüedad arte de hacer objetos de cerámica con arcilla. Ahora

es un término general que se aplica a la ciencia que se ocupa de la

fabricación de objetos con materiales terrosos, blandos, endurecidos

mediante tratamientos a altas temperaturas. Los materiales cerámicos

son compuestos inorgánicos no metálicos, en su mayoría óxidos,

aunque también se emplean carburos, nitruros, boruros y siliciuros. La

cerámica incluye los trabajos de alfarería, porcelana, ladrillos,

baldosas y azulejos de gres. Estos productos no sólo se utilizan con

fines decorativos o para servicio de mesa, también se utilizan en los

materiales de construcción, e incluso para fabricar soportes

magnéticos. Las partículas de óxido de hierro constituyen el

componente activo de muchos medios de grabación magnética, como

las cintas de casete y los disquetes o discos de ordenador

(computadora). Los aislantes cerámicos tienen una amplia variedad de

propiedades eléctricas y han reemplazado a los materiales

convencionales. Se han descubierto en fechas recientes propiedades

eléctricas de superconductividad, en la familia de compuestos

cerámicos basados en óxido de cobre, a temperaturas mucho más altas

que a las que ciertos metales experimentaban este fenómeno. En la

tecnología espacial se utilizan unos materiales cerámicos llamados

cermets para fabricar la parte delantera de los cohetes, las placas

resistentes al calor de los transbordadores espaciales y otros muchos

componentes. Los cermets son aleaciones de alta resistencia al calor

que se obtienen mediante mezcla, prensado y cocción de óxidos y

carburos con metales en polvo.

7. 1. Azulejo

7.1.1. INTRODUCCIÓN

42


Pieza delgada de arcilla vidriada o sin vidriar que se utiliza para

cubrir o decorar suelos y paredes. A veces, por extensión, se aplica a

piezas delgadas de vidrio, plástico, piedra, asfalto o de material de

aislamiento acústico como el amianto, así como a algunos bloques

cerámicos huecos utilizados en la construcción (para desagües y

tabiques).

Los azulejos se fabrican introduciendo a presión arcilla fresca dentro

de un molde. Los azulejos modernos para solar se fabrican con

arcilla de grano fino prensada a máquina; también mediante vaciado

de barbotina, proceso que consiste en verter barbotina (arcilla

líquida) dentro de un molde poroso y dejar que seque. Antes de la

cocción puede añadirse barniz y hacer una decoración pintada con

óxidos metálicos. Dependiendo del tipo de arcilla y de la

temperatura de cocción, los azulejos pueden variar desde los de loza

porosa hasta los de porcelana vidriada.

7.1.2. SUELOS

Aunque los suelos de azulejos colocados a modo de mosaicos ya

eran conocidos en épocas antiguas, su uso no se popularizó hasta

finales de la edad media. Las iglesias francesas del siglo XII tenían

suelos de mosaico de color blanco, verde y amarillo. Los de las

catedrales del siglo XIII eran de baldosas tratadas a la encáustica (de

arcilla roja con incrustaciones de arcilla blanca y amarilla). En el

siglo XVI este tipo fue desplazado por los azulejos de mayólica

italianos y españoles. Los suelos de azulejos dejaron paso a los de

madera y mármol durante el siglo XVII, pero en el siglo XVIII se

extendió el uso de los azulejos planos de color rojo y de forma

cuadrada. Los pavimentos de cerámica más comunes en la

actualidad, están hechos de pequeños azulejos vidriados prensados a

máquina y coloreados.

43


7.1.3. PAREDES

Las paredes de azulejos o recubrimientos similares más

espectaculares de la antigüedad fueron los murales de ladrillo y

azulejo vidriado de brillante colorido de Mesopotamia y Asiria. Los

azulejos vidriados chinos se caracterizaban por su decoración en

bajorrelieve. Persia se convirtió durante la edad media en el centro

de los azulejos islámicos vidriados, con decoración floral y

caligráfica. España se hizo famosa por sus azulejos de loza dorada y

mayólica. En el siglo XIV en Alemania se fabricaron grandes estufas

con azulejos vidriados en verde, pardo y amarillo, que fueron

reemplazadas después del 1600 por las estufas con azulejos blancos

y azules de Delft. Originarios de los Países Bajos, los azulejos de

Delft en azul-y-blanco (de porcelana blanca pintada en azul cobalto

bajo cubierta), que se habían puesto de moda a raíz del

descubrimiento de la porcelana china, fueron muy apreciados desde

mediados del siglo XVII. Más adelante el intenso color cobalto se

sustituyó por el púrpura de manganeso.

El azulejo, al que podría considerarse una modalidad de la cerámica,

debió en España su impulso a los árabes. Fue en Sevilla donde se

inició la producción española de azulejos con los llamados de

‘cuerda seca’, a los que seguirían los de ‘cuenca’ y ‘arista’. En la

Alhambra de Granada se conservan azulejerías de esta primera

época. Otros centros de floreciente producción fueron Valencia y

Cataluña, donde se produjeron los azulejos de dibujos geométricos,

de múltiples combinaciones, policromados con infinitas tintas y

reflejos metálicos. En Aragón y Toledo, aunque también se notó el

influjo árabe, se desarrolló el azulejo con un estilo más propio y

peculiar. Las diferencias se notan sobre todo en Talavera de la Reina,

ciudad que al estar situada en el centro de la península Ibérica, se vio

obligada a modificar su producción. A partir del siglo XVI comienza

44


a proliferar en esta localidad castellana la producción de frisos de

azulejos inspirados en temas mitológicos y cotidianos con fines

decorativos. Algunos ejemplos de ello son el palacio del Infantado

en Guadalajara, el palacio de Sessa en Torrijos, el de Frías en

Oropesa y las catedrales de Salamanca, Toledo, Plasencia y Ávila.

De España el gusto por los azulejos pasó a Portugal, donde desde el

siglo XVII ha tenido un gran desarrollo y se han producido algunas

de las azulejerías más notables, tanto por sus dimensiones como por

la extraordinaria finura de sus dibujos. En América también se

utilizaron los azulejos como elementos decorativos de primer orden,

aplicados sobre todo al exterior de los templos en México y Perú.

Los azulejos sin vitrificar se han usado también en la decoración

mural desde tiempos antiguos. Los arquitectos actuales pueden elegir

entre un amplio abanico de azulejos vidriados y sin vidriar, lisos y

con relieve, y es frecuente que encarguen a ceramistas afamados la

realización de azulejos hechos a mano para murales. Éste es el caso

del español Josep Llorens Artigas, que colaboró con pintores de la

talla de Raoul Dufy, Georges Braque y, sobre todo, Joan Miró, en la

realización de monumentales murales cerámicos como el del palacio

de la Organización de las Naciones Unidas (UNESCO) en París.

45


8. Madera:

8.1. INTRODUCCIÓN

Sustancia dura y resistente que constituye el tronco de los árboles y se

ha utilizado durante miles de años como combustible y como material

de construcción. Aunque el término madera se aplica a materias

similares de otras partes de las plantas, incluso a las llamadas venas de

las hojas, en este artículo sólo se va a hablar de las maderas de

importancia comercial.

Para más información sobre los aspectos botánicos de la madera,

incluidos su estructura y crecimiento, véase Árbol y Xilema; en cuanto

a crecimiento y distribución, véase Bosque; sobre el cultivo de árboles

para la producción de madera, véase Silvicultura, y sobre tala y

manufactura de la madera, véase Industria maderera.

8.2. VETAS Y ESTRUCTURA

El dibujo que presentan todas las variedades de madera se llama veta,

y se debe a su propia estructura. La madera consiste en pequeños tubos

que transportan agua, y los minerales disueltos en ella, desde las raíces

a las hojas. Estos vasos conductores están dispuestos verticalmente en

el tronco. Cuando cortamos el tronco en paralelo a su eje, la madera

tiene vetas rectas. En algunos árboles, sin embargo, los conductos

están dispuestos de forma helicoidal, es decir, enrollados alrededor del

eje del tronco. Un corte de este tronco producirá madera con vetas

cruzadas, lo que suele ocurrir al cortar cualquier árbol por un plano no

paralelo a su eje.

46


El tronco de un árbol no crece a lo alto, excepto en su parte superior,

sino a lo ancho. La única parte del tronco encargada del crecimiento es

una fina capa que lo rodea llamada cámbium. En los árboles de las

zonas de clima templado, el crecimiento no es constante. La madera

que produce el cámbium en primavera y en verano es más porosa y de

color más claro que la producida en invierno. De esta manera, el

tronco del árbol está compuesto por un par de anillos concéntricos

nuevos cada año, uno más claro que el otro. Por eso se llaman anillos

anuales.

Aunque la fina capa de cámbium es la única parte del tronco que está

viva, en el sentido de que es la parte que crece, también hay células

vivas esparcidas por el xilema de la albura. Según envejecen los

árboles, el centro del tronco muere; los vasos se atascan y se llenan de

goma o resina, o se quedan huecos. Esta parte central del tronco se

llama duramen. Los cambios internos de los árboles van acompañados

de cambios de color, diferentes según cada especie, por lo que el

duramen suele ser más oscuro que la albura.

8.3. CLASIFICACIÓN

Las maderas se clasifican en duras y blandas según el árbol del que se

obtienen. La madera de los árboles de hoja caduca se llama madera

dura, y la madera de las coníferas se llama blanda, con independencia

de su dureza. Así, muchas maderas blandas son más duras que las

llamadas maderas duras. Las maderas duras tienen vasos largos y

continuos a lo largo del tronco; las blandas no, los elementos extraídos

del suelo se transportan de célula a célula, pero sí tienen conductos

para resina paralelos a las vetas. Las maderas blandas suelen ser

resinosas; muy pocas maderas duras lo son. Las maderas duras suelen

emplearse en ebanistería para hacer mobiliario y parqués de calidad.

47


Los nudos son áreas del tronco en las que se ha formado la base de una

rama. Cuando la madera se corta en planchas, los nudos son

discontinuidades o irregularidades circulares que aparecen en las vetas.

Donde nacen las ramas del árbol, los anillos del nudo continúan las

vetas del tronco; pero según sale a la superficie, las vetas rodean al

nudo y la rama crece aparte.

Durante la fase de secado de la madera (ver más abajo), ésta se encoge

según la dirección de la veta, y los nudos se encogen con más rapidez

que el resto. Los nudos superficiales suelen desprenderse de las

planchas y dejan agujeros. Los nudos de la base no se desprenden,

pero deforman la madera que los rodea debido a su encogimiento más

acusado, y debilitan las tablas incluso más que los agujeros que dejan

los otros nudos. Los nudos de la madera no son deseables por

consideraciones estéticas, aparte de su efecto debilitador. Sin embargo

algunos tipos de madera con nudos, como el pino, sí resultan vistosas

por el dibujo de su veta y se utilizan para decoración y revestimiento

de paredes.

48


El aspecto de la madera es una de las propiedades más importantes

cuando se utiliza para decoración, revestimiento o fabricación de

muebles. Algunas maderas, como la de nogal, presentan vetas rectas y

paralelas de color oscuro que le dan una apariencia muy atractiva, lo

que unido a su dureza la sitúan entre las más adecuadas para hacer

chapado (véase contrachapado más abajo). Las irregularidades de las

vetas pueden crear atractivos dibujos, por lo que a veces la madera se

corta a propósito en planos oblicuos para producir dibujos ondulados y

entrelazados. Muchos chapados se obtienen cortando una fina capa de

madera alrededor del tronco, haciendo un rollo. De esta manera, los

cortes con los anillos se producen cada cierta distancia y el dibujo

resultante tiene vetas grandes y espaciadas.

8.4. PROPIEDADES FÍSICAS

Las propiedades principales de la madera son resistencia, dureza,

rigidez y densidad. Ésta última suele indicar propiedades mecánicas

puesto que cuanto más densa es la madera, más fuerte y dura es. La

resistencia engloba varias propiedades diferentes; una madera muy

resistente en un aspecto no tiene por qué serlo en otros. Además la

resistencia depende de lo seca que esté la madera y de la dirección en

la que esté cortada con respecto a la veta. La madera siempre es

mucho más fuerte cuando se corta en la dirección de la veta; por eso

las tablas y otros objetos como postes y mangos se cortan así. La

madera tiene una alta resistencia a la compresión, en algunos casos

superior, con relación a su peso a la del acero. Tiene baja resistencia a

la tracción y moderada resistencia a la cizalladura. Véase Ciencia y

tecnología de los materiales: Propiedades mecánicas de los materiales.

49


La alta resistencia a la compresión es necesaria para cimientos y

soportes en construcción. La resistencia a la flexión es fundamental en

la utilización de madera en estructuras, como viguetas, travesaños y

vigas de todo tipo. Muchos tipos de madera que se emplean por su alta

resistencia a la flexión presentan alta resistencia a la compresión y

viceversa; pero la madera de roble, por ejemplo, es muy resistente a la

flexión pero más bien débil a la compresión, mientras que la de

secuoya es resistente a la compresión y débil a la flexión.

Otra propiedad es la resistencia a impactos y a tensiones repetidas. El

nogal americano y el fresno son muy duros y se utilizan para hacer

bates de béisbol y mangos de hacha. Como el nogal americano es más

rígido que el fresno, se suele utilizar para mangos finos, como los de

los palos de golf.

Otras propiedades mecánicas menos importantes pueden resultar

críticas en casos particulares; por ejemplo, la elasticidad y la

resonancia de la picea la convierten en el material más apropiado para

construir pianos de calidad.

8.5. DURACIÓN DE LA MADERA

50


La madera es, por naturaleza, una sustancia muy duradera. Si no la

atacan organismos vivos puede conservarse cientos e incluso miles de

años. Se han encontrado restos de maderas utilizadas por los romamos

casi intactas gracias a una combinación de circunstancias que las han

protegido de ataques externos. De los organismos que atacan a la

madera, el más importante es un hongo que causa el llamado

desecamiento de la raíz, que ocurre sólo cuando la madera está

húmeda. La albura de todos los árboles es sensible a su ataque; sólo el

duramen de algunas especies resiste a este hongo. El nogal, la secuoya,

el cedro, la caoba y la teca son algunas de las maderas duraderas más

conocidas. Otras variedades son resistentes al ataque de otros

organismos. Algunas maderas, como la teca, son resistentes a los

organismos perforadores marinos, por eso se utilizan para construir

embarcaderos. Muchas maderas resisten el ataque de los termes, como

la secuoya, el nogal negro, la caoba y muchas variedades de cedro. En

la mayoría de estos casos, las maderas son aromáticas, por lo que es

probable que su resistencia se deba a las resinas y a los elementos

químicos que contienen.

Para conservar la madera hay que protegerla químicamente. El método

más importante es impregnarla con creosota o cloruro de cinc. Este

tratamiento sigue siendo uno de los mejores, a pesar del desarrollo de

nuevos compuestos químicos, sobre todo de compuestos de cobre.

También se puede proteger la madera de la intemperie recubriendo su

superficie con barnices y otras sustancias que se aplican con brocha,

pistola o baño. Pero estas sustancias no penetran en la madera, por lo

que no previenen el deterioro que producen hongos, insectos y otros

organismos.

8.6. SECADO

51


La madera recién cortada contiene gran cantidad de agua, de un tercio

a la mitad de su peso total. El proceso para eliminar este agua antes de

procesar la madera se llama secado, y se realiza por muchos motivos.

La madera seca es mucho más duradera que la madera fresca; es

mucho más ligera y por lo tanto más fácil de transportar; tiene mayor

poder calorífico, lo que es importante si va a emplearse como

combustible; además, la madera cambia de forma durante el secado y

este cambio tiene que haberse realizado antes de serrarla.

La madera puede secarse con aire o en hornos; con aire tarda varios

meses, con hornos unos pocos días. En ambos casos, la madera ha de

estar apilada para evitar que se deforme, y el ritmo de secado debe

controlarse cuidadosamente.

8.7. CONTRACHAPADO

El contrachapado, también denominado triplay o chapa, está

compuesto por varias capas de madera unidas con cola o resina

sintética. Las capas se colocan con la veta orientada en direcciones

diferentes, en general perpendiculares unas a otras, para que el

conjunto sea igual de resistente en todas las direcciones. Así el

conjunto es tan resistente como la madera, y si se utilizan pegamentos

resistentes a la humedad, el contrachapado es tan duradero como la

madera de la que está hecho. La madera laminada es un producto

similar, pero en ella se colocan las capas de madera con las vetas en la

misma dirección. De esta forma, el producto es, como la madera, muy

fuerte en una dirección y débil en el resto.

52


Sólo las capas exteriores del contrachapado tienen que ser duras y con

buen aspecto; las interiores únicamente tienen que ser resistentes. En

algunos casos, sólo una de las caras es de calidad. Estos

contrachapados se utilizan en trabajos de ebanistería en los que la parte

interior no es visible. Las maderas finas y costosas, como la caoba o el

madero de indias, suelen utilizarse en chapados, de forma que una

capa fina de madera cara cubre varias capas de otras maderas

resistentes pero de poco valor. De esta manera se reduce el precio de la

madera sin sacrificar la apariencia, además de aumentar la dureza y la

resistencia al alabeo. También se hacen contrachapados de las maderas

más baratas para fabricar sustitutos para metales.

8.8. PRODUCTOS QUÍMICOS DERIVADOS DE LA MADERA

La madera es una materia prima importante para la industria química.

Cada año se reducen a pasta enormes cantidades de madera, que se

reconstituye de forma mecánica para hacer papel. Otras industrias se

encargan de extraer algunos componentes químicos de la madera,

como taninos, pigmentos, gomas, resinas y aceites, y de modificar

estos constituyentes.

Además de agua, el componente principal de la madera es la celulosa.

De la gran cantidad de celulosa que se utiliza para fabricar rayón y

nitrocelulosa, una parte se extrae del algodón, pero la mayor parte se

obtiene de la madera. El mayor problema que presenta la extracción de

celulosa de la madera es eliminar las impurezas, de las cuales la más

importante es la lignina, una sustancia polimérica compleja. Al

principio se desechaba, pero más tarde se ha descubierto que es una

buena materia prima para la fabricación de plásticos y una sustancia

adecuada para el cultivo de levadura de cerveza, que es un importante

alimento para el ganado y las aves de corral.

53


También se utiliza la madera, sin separar la celulosa de la lignina, para

obtener otros productos químicos mediante procesos determinados. En

el método Bergius, la madera se trata con ácido clorhídrico para

obtener azúcares, que se utilizan como alimento para el ganado o se

fermentan para producir alcohol. La madera puede transformarse en

combustible líquido por hidrogenación. También se obtienen

productos químicos por destilación. La mayoría de estos productos,

como el ácido acético, metanol y acetona, se obtienen ya de forma

sintética.

Otros nuevos productos se obtienen mezclando la madera con ciertos

compuestos químicos; la mezcla resultante tiene propiedades

mecánicas similares a las de la madera, pero es más fuerte y resistente

desde el punto de vista químico. Los métodos más importantes para

realizar estas mezclas consisten en impregnar la madera de ciertos

compuestos, como fenol y formaldehído; después se calienta la madera

impregnada y los productos químicos reaccionan con las células de la

madera y forman una capa plástica. La madera tratada de esta forma se

llama impreg; es muy duradera y resiste el ataque de los insectos

perforadores; su densidad relativa es mayor, aunque su dureza es casi

la misma. Otro producto, llamado compreg, se obtiene comprimiendo

la madera impregnada en una prensa hidráulica. Se la somete a una

determinada presión mientras se produce la reacción química en el

exterior. Esta madera tiene una densidad relativa de 1,35, su dureza es

muy superior a la de la madera sin tratar y su resistencia un poco

mayor, aunque su rigidez puede ser un poco inferior.

54


9. Plástico:

La construcción es otro de los sectores que más utilizan todo tipo de

plásticos, incluidos los de empaquetado descritos anteriormente. El

polietileno de alta densidad se usa en tuberías, del mismo modo que el

PVC. Éste se emplea también en forma de láminas como material de

construcción. Muchos plásticos se utilizan para aislar cables e hilos, y

el poliestireno aplicado en forma de espuma sirve para aislar paredes y

techos. También se hacen con plástico marcos para puertas, ventanas y

techos, molduras y otros artículos.

55


10. Arena:

Masa desagregada e incoherente de materias minerales en estado

granular fino, que consta normalmente de cuarzo (sílice) con una

pequeña proporción de mica, feldespato, magnetita y otros minerales

resistentes. Es el producto de la desintegración química y mecánica de

la rocas bajo meteorización y abrasión (véase Erosión). Cuando las

partículas acaban de formarse suelen ser angulosas y puntiagudas,

haciéndose más pequeñas y redondeadas por la fricción provocada por

el viento y el agua.

La arena es un constituyente importante de muchos suelos y es muy

abundante como depósito superficial a lo largo de los cursos de

muchos ríos, en las orillas de lagos, en las costas y en las regiones

áridas. Véase Suelo; Acondicionamiento del suelo. Un tipo particular

de arena es el ingrediente principal en la fabricación de vidrio. Otras

clases se utilizan en fundición para hacer moldes o para fabricar

cerámicas, yesos y cementos. La arena se usa como abrasivo moledor

y pulidor bajo la forma de papel de lija, hoja de papel con una de sus

caras cubierta de arena o de una sustancia abrasiva similar. La

utilización de chorros de arena, impulsados por aire o vapor a presión,

es una técnica importante en la limpieza de la piedra o en el pulido de

superficies metálicas rugosas.

56


11. Arcilla:

Suelo o roca sedimentaria, plástica y tenaz cuando se humedece. Se

endurece permanentemente cuando se cuece o calcina. De gran

importancia en la industria, la arcilla se compone de un grupo de

minerales aluminosilicatos formados por la meteorización de rocas

feldespáticas, como el granito. El grano es de tamaño microscópico y

con forma de escamas. Esto hace que la superficie de agregación sea

mucho mayor que su espesor, lo que permite un gran almacenamiento

de agua por adherencia, dando plasticidad a la arcilla y provocando la

hinchazón de algunas variedades. La arcilla común es una mezcla de

caolín, o arcilla china (arcilla hidratada) y de polvo fino de algunos

minerales feldespáticos anhidros (sin agua) no descompuestos. Las

arcillas varían en plasticidad, todas son más o menos maleables y

capaces de ser moldeadas cuando se humedecen con agua. Las arcillas

plásticas se usan en todos los tipos de alfarería, en ladrillos, baldosas,

pipas, ladrillos refractarios y otros productos. Las variedades más

comunes de arcilla y de roca de arcilla son: la arcilla china o caolín; la

arcilla de pipa, similar al caolín pero con un contenido mayor de sílice;

la arcilla de alfarería, no tan pura como la arcilla de pipa; la arcilla de

escultura, o arcilla plástica, una arcilla fina de alfarería mezclada, a

veces, con arena fina; arcilla para ladrillos, una mezcla de arcilla y

arena con algo de materia ferruginosa (con hierro); la arcilla

refractaria, con pequeño o nulo contenido de caliza, tierra alcalina o

hierro (que actúan como flujos), por tanto, es infusible y muy

refractaria; el esquisto y la marga.

57


En España existen muchas variedades de arcilla, desde la de cocción

negra hasta el caolín, base de la riqueza arcillosa del país. Los

yacimientos de arcilla más importantes se encuentran en Galicia, sierra

de Guadarrama, Cataluña y País Vasco.

12. Acero

12.1. INTRODUCCIÓN

Aleación de hierro que contiene entre un 0,04 y un 2,25% de carbono

y a la que se añaden elementos como níquel, cromo, manganeso,

silicio o vanadio, entre otros.

12.2. FABRICACIÓN DEL ACERO

El acero se obtiene eliminando las impurezas del arrabio, producto

de fundición de los altos hornos, y añadiendo después las cantidades

adecuadas de carbono y otros elementos. La principal dificultad para

la fabricación del acero es su elevado punto de fusión, 1.400 ºC, que

impide utilizar combustibles y hornos convencionales. En 1855,

Henry Bessemer desarrolló el horno o convertidor que lleva su

nombre y en el que el proceso de refinado del arrabio se lleva a cabo

mediante chorros de aire a presión que se inyectan a través del metal

fundido. En el proceso Siemens-Martin, o de crisol abierto, se

calientan previamente el gas combustible y el aire por un

procedimiento regenerativo que permite alcanzar temperaturas de

hasta 1.650 ºC.

12.3. CLASIFICACIÓN DEL ACERO

Los aceros se clasifican en: aceros al carbono, aceros aleados, aceros

inoxidables, aceros de herramientas y aceros de baja aleación

ultrarresistentes. Los aceros al carbono contienen diferentes

cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60%

de silicio y el 0,60% de cobre. Los aceros aleados poseen vanadio y

58


molibdeno además de cantidades mayores de manganeso, silicio y

cobre que los aceros al carbono. Los aceros inoxidables llevan cromo

y níquel, entre otros elementos de aleación. Los aceros de

herramienta contienen volframio, molibdeno y otros elementos de

aleación que les proporcionan mayor resistencia, dureza y

durabilidad. Los aceros de baja aleación ultrarresistentes tienen

menos cantidad de elementos de aleación y deben su elevada

resistencia al tratamiento especial que reciben.

12.4. ESTRUCTURA DEL ACERO

Las propiedades físicas del acero y su comportamiento a distintas

temperaturas varían según la cantidad de carbono y su distribución

en el hierro. Antes del tratamiento térmico, la mayor parte de los

aceros son una mezcla de tres sustancias: la ferrita, blanda y dúctil;

la cementita, dura y frágil; y la perlita, una mezcla de ambas y de

propiedades intermedias. Cuanto mayor es el contenido en carbono

de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita:

cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, está compuesto por

perlita. El acero con cantidades de carbono aún mayores es una

mezcla de perlita y cementita. Al elevar la temperatura del acero, la

ferrita y la perlita se transforman en austenita, que tiene la propiedad

de disolver todo el carbono libre presente en el metal. Si el acero se

enfría despacio, la austenita vuelve a convertirse en ferrita y en

perlita, pero si el enfriamiento es repentino, la austenita se convierte

en martensita, de dureza similar a la ferrita, pero con carbono en

disolución sólida.

12.5. TRATAMIENTO TÉRMICO DEL ACERO

El objetivo de este proceso es controlar la cantidad, la forma, el

tamaño y la distribución de las partículas de cementita contenidas en

la ferrita, que son las que determinan las propiedades físicas del

59


acero. Consiste en calentar el metal hasta una temperatura a la que se

forma austenita y después enfriarlo rápidamente sumergiéndolo en

agua o aceite. Otro método de tratamiento térmico es la cementación,

en la que se endurecen las superficies de las piezas de acero

calentándolas con compuestos de carbono o nitrógeno.

12.6. Clavo

Pequeño cilindro alargado de metal (afilado en un extremo y dotado

con frecuencia de una cabeza) empleado para unir o fijar materiales,

sobre todo madera y otros materiales de construcción. Los clavos

son esenciales en carpintería y construcción. Su longitud varía desde

menos de 1 centímetro hasta 20 o más centímetros. Los más finos

son los clavos para placas aislantes, parecidos a alfileres. Los clavos

están diseñados para fines específicos, y van desde los clavos

corrientes hasta los clavos estriados para albañilería o los clavos de

doble cabeza. Las cabezas planas hacen que la mayoría de los clavos

puedan extraerse; sin embargo, los clavos de acabado y de

revestimiento casi no tienen cabeza. Los clavos cortos con cabeza

suelen denominarse tachuelas.

13. Aglomerado:

Material compacto compuesto por partículas ligadas mediante una

sustancia aglomerante. Los aglomerados también se conocen como

conglomerados. Aunque existen numerosos tipos, dependiendo de

las sustancias que intervengan, entre los más generalizados destacan

los de virutas de madera o corcho, ciertos plásticos y los

aglomerados pétreos.

60


Los aglomerantes, por sí solos o con la colaboración del agua, se

adhieren a los cuerpos sólidos y constituyen la masa del aglomerado.

Pueden endurecerse por secado, como la arcilla, el yeso o la cal

aérea, o por fraguado (en contacto con el agua), como el cemento y

la cal hidráulica. Entre los aglomerados pétreos destacan los

morteros, compuestos por cal o cemento, arena y agua, y los

hormigones, que incluyen la grava y requieren de un aglomerante

hidráulico. En la construcción también se emplean diversos

aglomerados a base de betún o asfalto, especialmente como

impermeabilizantes y para la pavimentación de obras públicas.

Los aglomerados de virutas de madera o corcho son habituales en la

fabricación de muebles, tableros y en distintos tipos de

revestimientos, como el linóleo. Suelen estar ligados por colas o

resinas (naturales o sintéticas). La resina de poliéster, además, se

emplea en la fabricación de aglomerados plásticos, como la fibra de

vidrio o la de carbono. Estos productos reciben el nombre de

composites cuando el material aglomerado se moldea previamente

para mejorar sus cualidades.

14. Yeso:

Mineral común consistente en sulfato de calcio hidratado

(CaSO4·2H2O). Es un tipo ampliamente distribuido de roca

sedimentaria, formado por la precipitación de sulfato de calcio en el

agua del mar y está asociado con frecuencia a otras formas de

depósitos salinos, como la halita y la anhidrita, así como a piedra

caliza y a esquisto. El yeso se origina en zonas volcánicas por la

acción de ácido sulfúrico sobre minerales con contenido en calcio;

también se encuentra en muchas arcillas como un producto de la

reacción de la caliza con ácido sulfúrico. Se halla en todo el mundo;

algunos de los mejores yacimientos están en Francia, en Suiza, en

61


Estados Unidos y en México. El alabastro, la selenita y el aragonito

fibroso son variedades de este mineral.

El yeso artificial se obtiene como producto derivado en un método

antiguo para la fabricación de ácido fosfórico. El fosfato en roca,

cuyo constituyente esencial es el fosfato tricálcico, se trata con ácido

sulfúrico, produciendo ácido fosfórico y yeso. Este se comprime en

bloques que pueden usarse en edificios para la construcción de

paredes que no deban soportar excesivo peso. Controlando la

concentración y la temperatura del ácido sulfúrico añadido al fosfato

en roca, se puede obtener una mezcla de fosfato monocálcico,

dicálcico y yeso. Esta combinación, útil como fertilizante, se conoce

como superfosfato.

El yeso cristaliza en el sistema monoclínico en cristales blancos o

incoloros, macizos o laminados. Hay muchas muestras con colores

verdes, amarillos o negros debido a la presencia de impurezas. Con

una dureza que varía entre 1,5 y 2, es lo bastante blando como para

ser rayado con la uña. Su densidad relativa es de 2,3. Cuando se

calienta a 128 °C pierde parte del agua y se convierte en escayola de

París, CaSO4·H2O. Cuando este material se mezcla con agua, se

solidifica en un breve lapso de tiempo en un bloque duro; los

cristales rehidratados se forman y entrelazan de tal manera que se

produce una expansión de volumen.

Gracias a su capacidad para crecer y rellenar todos los pequeños

espacios, la escayola de París se utiliza para hacer moldes en la

fabricación de estatuas, de cerámica, de placas dentales, de tablillas

quirúrgicas y de piezas metálicas delicadas para instrumentos de

precisión. El yeso no calcinado se usa como fertilizante en terrenos

secos y alcalinos. También se utiliza como lecho en el pulido de

planchas de vidrio y como base en pigmentos para pinturas. Se

62


utilizan grandes cantidades de yeso como retardador en cemento

Portland.

15. Aislante:

15.1. INTRODUCCIÓN

Cualquier material que conduce mal el calor o la electricidad y que

se emplea para suprimir su flujo.

15.2. AISLANTES ELÉCTRICOS

El aislante perfecto para las aplicaciones eléctricas sería un material

absolutamente no conductor, pero ese material no existe. Los

materiales empleados como aislantes siempre conducen algo la

electricidad, pero presentan una resistencia al paso de corriente

eléctrica hasta 2,5 × 1024 veces mayor que la de los buenos

conductores eléctricos como la plata o el cobre. Estos materiales

conductores tienen un gran número de electrones libres (electrones

no estrechamente ligados a los núcleos) que pueden transportar la

corriente; los buenos aislantes apenas poseen estos electrones.

Algunos materiales, como el silicio o el germanio, que tienen un

número limitado de electrones libres, se comportan como

semiconductores, y son la materia básica de los transistores.

En los circuitos eléctricos normales suelen usarse plásticos como

revestimiento aislante para los cables. Los cables muy finos, como

los empleados en las bobinas (por ejemplo, en un transformador),

pueden aislarse con una capa delgada de barniz. El aislamiento

interno de los equipos eléctricos puede efectuarse con mica o

mediante fibras de vidrio con un aglutinador plástico. En los equipos

electrónicos y transformadores se emplea en ocasiones un papel

63


especial para aplicaciones eléctricas. Las líneas de alta tensión se

aíslan con vidrio, porcelana u otro material cerámico.

La elección del material aislante suele venir determinada por la

aplicación. El polietileno y poliestireno se emplean en instalaciones

de alta frecuencia, y el mylar se emplea en condensadores eléctricos.

También hay que seleccionar los aislantes según la temperatura

máxima que deban resistir. El teflón se emplea para temperaturas

altas, entre 175 y 230 ºC. Las condiciones mecánicas o químicas

adversas pueden exigir otros materiales. El nylon tiene una excelente

resistencia a la abrasión, y el neopreno, la goma de silicona, los

poliésteres de epoxy y los poliuretanos pueden proteger contra los

productos químicos y la humedad.

15.3. AISLANTES TÉRMICOS

Los materiales de aislamiento térmico se emplean para reducir el

flujo de calor entre zonas calientes y frías. Por ejemplo, el

revestimiento que se coloca frecuentemente alrededor de las tuberías

de vapor o de agua caliente reduce las pérdidas de calor, y el

aislamiento de las paredes de una nevera o refrigerador reduce el

flujo de calor hacia el aparato y permite que se mantenga frío.

El aislamiento térmico puede cumplir una o más de estas tres

funciones: reducir la conducción térmica en el material, que

corresponde a la transferencia de calor mediante electrones; reducir

las corrientes de convección térmica que pueden establecerse en

espacios llenos de aire o de líquido, y reducir la transferencia de

calor por radiación, que corresponde al transporte de energía térmica

por ondas electromagnéticas. La conducción y la convección no

tienen lugar en el vacío, donde el único método de transferir calor es

la radiación. Si se emplean superficies de alta reflectividad, también

64


se puede reducir la radiación. Por ejemplo, puede emplearse papel de

aluminio en las paredes de los edificios. Igualmente, el uso de metal

reflectante en los tejados reduce el calentamiento por el sol. Los

termos o frascos Dewar impiden el paso de calor al tener dos paredes

separadas por un vacío y recubiertas por una capa reflectante de plata

o aluminio. Véase también Transferencia de calor.

El aire presenta unas 15.000 veces más resistencia al flujo de calor

que un buen conductor térmico como la plata, y unas 30 veces más

que el vidrio. Por eso, los materiales aislantes típicos suelen

fabricarse con materiales no metálicos y están llenos de pequeños

espacios de aire. Algunos de estos materiales son el carbonato de

magnesio, el corcho, el fieltro, la guata, la fibra mineral o de vidrio y

la arena de diatomeas. El amianto se empleó mucho como aislante en

el pasado, pero se ha comprobado que es peligroso para la salud y ha

sido prohibido en los edificios de nueva construcción de muchos

países.

En los materiales de construcción, los espacios de aire proporcionan

un aislamiento adicional; así ocurre en los ladrillos de vidrio huecos,

las ventanas con doble vidrio (formadas por dos o tres paneles de

vidrio con una pequeña cámara de aire entre los mismos) y las tejas

de hormigón (concreto) parcialmente huecas. Las propiedades

aislantes empeoran si el espacio de aire es suficientemente grande

para permitir la convección térmica, o si penetra humedad en ellas,

ya que las partículas de agua actúan como conductores. Por ejemplo,

la propiedad aislante de la ropa seca es el resultado del aire atrapado

entre las fibras; esta capacidad aislante puede reducirse

significativamente con la humedad.

65


Los costes de calefacción y aire acondicionado en las viviendas

pueden reducirse con un buen aislamiento del edificio. En los climas

fríos se recomiendan unos 8 cm de aislamiento en las paredes y entre

15 y 20 cm de aislamiento en el techo.

Recientemente se han desarrollado los llamados superaislantes, sobre

todo para su empleo en el espacio, donde se necesita protección

frente a unas temperaturas externas cercanas al cero absoluto. Los

tejidos superaislantes están formados por capas múltiples de mylar

aluminizado, cada una de unos 0,005 cm de espesor, separadas por

pequeños espaciadores, de forma que haya entre 20 y 40 capas por

centímetro.

16. Aluminio

16. 1. INTRODUCCIÓN

De símbolo Al, es el elemento metálico más abundante en la corteza

terrestre. Su número atómico es 13 y se encuentra en el grupo 13 de

la tabla periódica.

El químico danés Hans Christian Oersted lo aisló por primera vez en

1825, por medio de un proceso químico que utilizaba una amalgama

de potasio y cloruro de aluminio. Entre 1827 y 1845, el químico

alemán Friedrich Wöhler mejoró el proceso de Oersted utilizando

potasio metálico y cloruro de aluminio. Wöhler fue el primero en

medir la densidad del aluminio y demostrar su ligereza. En 1854,

Henri Sainte-Claire Deville obtuvo el metal en Francia reduciendo

cloruro de aluminio con sodio. Con el apoyo financiero de Napoleón

III, Deville estableció una planta experimental a gran escala, y en la

exposición de París de 1855 exhibió el aluminio puro.

66


16.2. PROPIEDADES

De color plateado y muy ligero, su masa atómica es 26,9815; tiene

un punto de fusión de 660 ºC, un punto de ebullición de 2.467 ºC y

una densidad relativa de 2,7. Es un metal muy electropositivo y

altamente reactivo. Al contacto con el aire se cubre rápidamente con

una capa dura y transparente de óxido de aluminio que resiste la

posterior acción corrosiva. Tiene la propiedad de reducir muchos

compuestos metálicos a sus metales básicos. Por ejemplo, al calentar

termita (una mezcla de óxido de hierro y aluminio en polvo), el

aluminio extrae rápidamente el oxígeno del óxido; el calor de la

reacción es suficiente para fundir el hierro. Este fenómeno se usa en

el proceso Goldschmidt o Termita para soldar hierro.

Entre sus compuestos más importantes están el óxido, el hidróxido,

el sulfato y el sulfato mixto. El óxido de aluminio es anfótero, es

decir, presenta a la vez propiedades ácidas y básicas. El cloruro de

aluminio anhidro es importante en la industria petrolífera. Muchas

gemas (el rubí y el zafiro, por ejemplo) consisten principalmente en

óxido de aluminio cristalino.

16.3. ESTADO NATURAL

El aluminio es el elemento metálico más abundante en la corteza

terrestre; sólo los elementos no metálicos oxígeno y silicio son más

abundantes. Se encuentra normalmente en forma de silicato de

aluminio puro o mezclado con otros metales como sodio, potasio,

hierro, calcio y magnesio, pero nunca como metal libre. Los silicatos

no son menas útiles, porque es extremamente difícil, y por tanto muy

caro, extraer el aluminio de ellas. La bauxita, un óxido de aluminio

hidratado impuro, es la fuente comercial de aluminio y de sus

compuestos.

67


En 1886, Charles Martin Hall en Estados Unidos y Paul L. T.

Héroult en Francia descubrieron por separado y casi

simultáneamente que el óxido de aluminio o alúmina se disuelve en

criolita fundida (Na3AlF6), pudiendo ser descompuesta

electrolíticamente para obtener el metal fundido en bruto. El proceso

Hall-Héroult sigue siendo el método principal para la producción

comercial de aluminio, aunque se están estudiando nuevos métodos.

La pureza del producto se ha incrementado hasta el 99,5% de

aluminio en los lingotes comerciales; más tarde puede ser refinado

hasta un 99,99 por ciento.

16.4. APLICACIONES

Un volumen dado de aluminio pesa menos que 1/3 del mismo

volumen de acero. Los únicos metales más ligeros son el litio, el

sodio, el berilio y el magnesio. Debido a su elevada proporción

resistencia-peso es muy útil para construir aviones, vagones

ferroviarios y automóviles, y para otras aplicaciones en las que es

importante la movilidad y la conservación de energía. Por su elevada

conductividad térmica, el aluminio se emplea en utensilios de cocina

y en pistones de motores de combustión interna. Solamente presenta

un 63% de la conductividad eléctrica del cobre para alambres de un

tamaño dado, pero pesa menos de la mitad. Un alambre de aluminio

de conductividad comparable a un alambre de cobre es más grueso,

pero sigue siendo más ligero que el de cobre. El peso tiene mucha

importancia en la transmisión de electricidad de alto voltaje a larga

distancia, y actualmente se usan conductores de aluminio para

transmitir electricidad a 700.000 voltios o más.

Este metal se utiliza cada vez más en arquitectura, tanto con

propósitos estructurales como ornamentales. Las tablas, las

contraventanas y las láminas de aluminio constituyen excelentes

materiales de construcción. Se utiliza también en reactores nucleares

68


a baja temperatura porque absorbe relativamente pocos neutrones.

Con el frío, el aluminio se hace más resistente, por lo que se usa a

temperaturas criogénicas. El papel de aluminio de 0,018 cm de

espesor, actualmente muy utilizado en usos domésticos, protege los

alimentos y otros productos perecederos. Debido a su poco peso, a

que se moldea fácilmente y a su compatibilidad con comidas y

bebidas, el aluminio se usa mucho en contenedores, envoltorios

flexibles, y botellas y latas de fácil apertura. El reciclado de dichos

recipientes es una medida de ahorro de energía cada vez más

importante. La resistencia del aluminio a la corrosión por el agua de

mar también lo hace útil para fabricar cascos de barco y otros

mecanismos acuáticos.

Se puede preparar una amplia gama de aleaciones recubridoras y

aleaciones forjadas que proporcionen al metal más fuerza y

resistencia a la corrosión o a las temperaturas elevadas. Algunas de

las nuevas aleaciones pueden utilizarse como planchas de blindaje

para tanques y otros vehículos militares.

16.5. PRODUCCIÓN

La producción mundial de aluminio ha experimentado un rápido

crecimiento, aunque se estabilizó a partir de 1980. En 1900 esta

producción era de 7.300 toneladas, en 1938 de 598.000 toneladas y

en 1998 la producción de aluminio primario fue de unos 22.700

millones de toneladas. Los principales países productores son

Estados Unidos, Rusia, Canadá, China y Australia.

17. Dolerita

Roca ígnea básica intermedia entre el gabro y el basalto, se suele

encontrar como filón intrusivo, aunque también es posible su

69


aparición en fisuras entre basaltos, o bien en el interior de coladas

basálticas de gran potencia.

En general, el término diabasa se refiere a las doleritas alteradas y

que tienen color oscuro, casi siempre verde. Su composición es la

del basalto olivínico pero con textura porfídica, es decir, con aspecto

más granulado. Sus componentes esenciales son: las plagioclasas y

el piroxeno monoclínico. Además puede haber olivino, magnetita,

así como óxidos y sulfuros de hierro y cobre. En las microfotografías

de sección delgada aparecen los piroxenos alterados y con color

amarillo rodeados de las plagioclasas. Una variedad, la ofita o

diabasa ofítica, es verde con cristales pequeños rosas, blancos y

negros. El nombre deriva de su aspecto, que recuerda a la piel de una

serpiente u ofidio. Es una roca que se ha utilizado en construcción y

el adoquinado de las calles.

18. Estuco (material)

Material que se utiliza en la construcción para cubrir muros y

paredes, normalmente los exteriores. Se obtiene mezclando arena,

cal, yeso y cemento Portland. Puede colorearse añadiendo un

pigmento a la mezcla, aunque también puede pintarse cuando está

seco. La textura se obtiene añadiendo arena o guijarros a la mezcla.

19. Piedra

Mineral inorgánico o concreción de suelo, de origen sedimentario

ígneo o metamórfico, usado de forma habitual en construcción,

ingeniería civil, industria y arte. Algunas de las piedras de

construcción son el basalto, el pedernal, el granito, la caliza, el

mármol, el pórfido, la arenisca, la pizarra y la laja. Entre las piedras

ornamentales, a excepción de las piedras preciosas y las gemas,

están el alabastro, la fluorita, el jade, el jaspe, el lapislázuli, la

labradorita y la malaquita. El ónice u ónix mexicano (aragonito

70


estalagmítico) y el argelino, de color menos elegante, son

incorporaciones recientes al grupo de las piedras ornamentales. En

los últimos años casi el 83% de la piedra usada en monumentos ha

sido granito, y un 17% mármol.

La cantería de piedra en algunos países implica una gran proporción

de terreno afectado por minería de superficie. En algunos países sólo

es superada por la extracción de carbón, arena y grava.

19.1. Granito

Roca ígnea con formación y textura cristalina visible. Se compone

de feldespato (en general feldespato de potasio y oligoclasa), cuarzo,

con una cantidad pequeña de mica (biotita o moscovita) y de algunos

otros minerales accesorios como circón, apatito, magnetita, ilmenita

y esfena.

El granito suele ser blanquecino o gris y con motas debidas a

cristales más oscuros. El feldespato de potasio da a la roca un tono

rojo o de color carne. El granito cristaliza a partir de magma enfriado

de forma muy lenta a profundidades grandes bajo la superficie

terrestre. Velocidades de enfriamiento muy lentas dan lugar a una

variedad de grano grueso llamada pegmatita. El granito, junto a otras

rocas cristalinas, constituye la base de las masas continentales y es la

roca intrusiva más común entre las expuestas en la superficie

terrestre.

La densidad del granito varía entre 2,63 y 2,75 g/cm3. Su resistencia

a la presión se sitúa entre 1.000 y 1.400 kg por cm2. Es más duro

que la arenisca, la caliza y el mármol, y su extracción es, por tanto,

más difícil. Es una piedra importante en la construcción; las mejores

clases son muy resistentes a la acción de los agentes atmosféricos.

71


El granito se encuentra particularmente extendido en los antiguos

escudos precámbricos, formados hace más de 4.000 millones de

años, de Rusia, África, Canadá, Sudamérica y Escocia.

19.2. Caliza

Tipo común de roca sedimentaria, compuesta por calcita (carbonato

de calcio, CaCO3). Cuando se calcina (se lleva a alta temperatura)

da lugar a cal (óxido de calcio, CaO). La caliza cristalina

metamórfica se conoce como mármol. Muchas variedades de caliza

se han formado por la unión de caparazones o conchas de mar, formadas por las secreciones de CaCO3 de distintos animales

marinos. La creta es una variedad porosa y con grano fino

compuesta en su mayor parte por caparazones de foraminíferos; la

lumaquela es una caliza blanda formada por fragmentos de concha

de mar. Una variedad, conocida como caliza oolítica, está compuesta

por pequeñas concreciones ovoides, cada una de ellas contiene en su

núcleo un grano de arena u otra partícula extraña alrededor de la cual

se ha producido una deposición. Ciertos tipos de caliza se usan en la

construcción, como la piedra de cantería.

19.3. Arenisca

Roca sedimentaria con granulado grueso formado por masas

consolidadas de arena. Su composición química es la misma que la

de la arena; así, la roca está compuesta en esencia de cuarzo. El

material cimentador que mantiene unidos los granos de arena suele

estar compuesto por sílice, carbonato de calcio u óxido de hierro. El

color de la roca viene determinado por el material cimentador: los

óxidos de hierro generan arenisca roja o pardo rojiza, mientras que

los otros producen arenisca blanca, amarillenta o grisácea. Cuando la

arenisca se rompe, los granos de arena permanecen enteros, con lo

que las superficies cobran un aspecto granular. Areniscas con

72


distintas edades geológicas y con importancia comercial están

distribuidas por todo el mundo. Aparte de servir como depósito

natural de petróleo y gas, se usan en la construcción y en la

fabricación de piedras de afilar y de moler.

73


19.4. Mármol:

Variedad cristalina y compacta de caliza metamórfica, que puede

pulirse hasta obtener un gran brillo y se emplea sobre todo en la

construcción y como material escultórico. Comercialmente, el término

se amplía para incluir cualquier roca compuesta de carbonato de calcio

que pueda pulirse, e incluye algunas calizas comunes; también incluye,

en términos genéricos, piedras como el alabastro, la serpentina y, en

ocasiones, el granito.

La superficie del mármol se deshace con facilidad si se expone a una

atmósfera húmeda y ácida, pero es duradero en ambientes secos si se

le protege de la lluvia. El mármol más puro es el mármol estatuario,

que es blanco con una estructura cristalina visible. El brillo

característico de este tipo de mármol se debe al efecto que produce la

luz al penetrar levemente en la piedra antes de ser reflejada por las

superficies de los cristales internos. La variedad más famosa de este

mármol procede de las canteras del monte Pentelikon, en Ática, que

fue el utilizado por los grandes escultores de la antigua Grecia,

incluidos Fidias y Praxíteles. La colección Elgin está compuesta de

mármol de Pentelikon. El mármol de Paros, utilizado también por los

escultores y arquitectos de la Grecia antigua, era extraído

fundamentalmente de las canteras del monte Parpessa, en la isla griega

de Paros. El mármol de Carrara, que abunda en los Alpes italianos y se

extrae en la región de Carrara, Massa y Serravezza, fue utilizado en

Roma con fines arquitectónicos en tiempos de Augusto, el primer

emperador, aunque las variedades más finas de mármol escultórico

fueron descubiertas más adelante. Los mejores trabajos de Miguel

Ángel son de este tipo de mármol; es muy utilizado por los escultores

contemporáneos.

74


Otros mármoles contienen una cantidad variable de impurezas, que

dan lugar a los modelos jaspeados que tan apreciados son en muchos

de ellos. Se usan para la construcción, sobre todo en interiores, y

también en pequeños trabajos ornamentales, como pies de lámpara,

mesas, escribanías y otras novedades. Las variedades escultóricas y

arquitectónicas están distribuidas por todo el mundo en forma de

grandes depósitos.

19.5. Basalto

Es la variedad más común de roca volcánica. Se compone casi en su

totalidad de silicatos oscuros de grano fino, sobre todo feldespato,

piroxeno y plagioclasas, y magnetita. Es el equivalente extrusivo del

gabro, se forma por la efusión de lava a lo largo de las cordilleras

oceánicas, donde el fondo marino, extendiéndose, añade corteza nueva

para contrarrestar las pérdidas por subducción. Suele ser de color gris

oscuro, y tiene muchas veces una textura vesicular que conserva los

vestigios de burbujas producidas por vapor de agua en expansión,

generado durante el enfriamiento y la solidificación de la lava.

También son características las masas con forma almohadillada,

causadas por el enfriamiento rápido de lava emitida tras una erupción

en el fondo marino. Además de en torrentes de lava, el basalto se

encuentra en diques y sills (diques concordantes). La disyunción

prismática, como la mostrada en la Calzada de los Gigantes en Irlanda,

es un rasgo común de las coladas basálticas. Skye y otras de las islas

Hébridas de Escocia están compuestas por mesetas basálticas.

19.6. Pedernal

Variedad común criptocristalina masiva de cuarzo, de color mate y en

general oscuro, encontrado con frecuencia como nódulos en depósitos

75


de marga. El pedernal de mayor calidad proviene de los yacimientos

de marga de Gran Bretaña y del norte de Francia; son peores los de las

piedras calizas del periodo cretácico.

La presencia de espículas de esponjas y de restos de diatomeas

sugiere que estos esqueletos, en general silíceos, servían de núcleo

para la deposición del sílice. En las superficies recién fracturadas, el

pedernal tiene un lustre de cera.

El pedernal se quiebra con una fractura concoidea visible, su

superficie queda curvada y marcada por anillos concéntricos

produciendo ejes agudos. Los pueblos prehistóricos utilizaban

fragmentos en armas afiladas y en instrumentos cortantes como

cabezas de hachas, flechas y cuchillos. Cuando se golpea contra el

acero, se producen chispas con facilidad; se usaba, por tanto, para

encender mechas y para hacer explotar la pólvora en las armas de

chispa.

En la actualidad, el pedernal se utiliza sobre todo en alfarería fina. La

piedra usada en los encendedores es una aleación de tierras raras con

hierro (metal miscible) y no tiene ninguna relación con el cuarzo

pedernal.

19.7. Pórfido(del griego porphyros, 'púrpura')

Término aplicado originalmente a una roca egipcia compuesta por

cristales prominentes de feldespato incrustados en una matriz roja o

púrpura, pero hoy se aplica a cualquier roca ígnea que tenga cristales

bien definidos incrustados en una masa relativamente fina de materia

granulada. Esta matriz de grano fino se llama pasta y los cristales

grandes son los fenocristales. Rocas ígneas con cualquier composición

pueden tener variedades porfídicas. La sustancia llamada cobre

pórfido consiste en minerales de cobre distribuidos en un cuerpo de

pórfido.

76


19.8. Pizarra

Roca fósil y densa con grano fino, formada por el metamorfismo de

esquisto micáceo, arcilla o, con menor frecuencia, de rocas ígneas.

El proceso de metamorfismo produce la consolidación de la roca

original y la formación de nuevos planos de exfoliación en los que la

pizarra se divide en láminas características, finas y extensas. Muchas

rocas que muestran esta exfoliación se llaman también, por extensión,

pizarras. La pizarra auténtica es dura y compacta y no sufre

meteorización apreciable.

Los minerales básicos contenidos en la pizarra son el cuarzo y la

moscovita, un tipo de mica; la biotita, la clorita y la hematites están

presentes muchas veces como minerales accesorios; y el apatito, el

grafito, el caolín, la magnetita, la turmalina y el circonio pueden

aparecer como minerales accesorios secundarios. La pizarra suele ser

de color negro azulado o negro grisáceo, pero se conocen variedades

rojas, verdes, moradas y variegadas. Hay canteras en Gales, Francia,

Alemania y Estados Unidos. Se extrae en explotaciones a cielo abierto

y sólo en algunas minas subterráneas. La piedra se divide mejor

cuando acaba de ser extraída de la cantera. La pizarra se emplea en la

construcción de tejados, como piedra de pavimentación y como

"pizarras" o "pizarrones" tradicionales para escuela.

20. Vidrio (industria)

20.1. INTRODUCCIÓN

Sustancia amorfa fabricada sobre todo a partir de sílice (SiO2) fundida

a altas temperaturas con boratos o fosfatos. También se encuentra en

la naturaleza, por ejemplo en la obsidiana, un material volcánico, o en

los enigmáticos objetos conocidos como tectitas. El vidrio es una

77


sustancia amorfa porque no es ni un sólido ni un líquido, sino que se

halla en un estado vítreo en el que las unidades moleculares, aunque

están dispuestas de forma desordenada, tienen suficiente cohesión para

presentar rigidez mecánica. El vidrio se enfría hasta solidificarse sin

que se produzca cristalización; el calentamiento puede devolverle su

forma líquida. Suele ser transparente, pero también puede ser

traslúcido u opaco. Su color varía según los ingredientes empleados en

su fabricación.

El vidrio fundido es maleable y se le puede dar forma mediante

diversas técnicas. En frío, puede ser tallado. A bajas temperaturas es

quebradizo y se rompe con fractura concoidea (en forma de concha de

mar).

Se fabricó por primera vez antes del 2000 a.C., y desde entonces se ha

empleado para fabricar recipientes de uso doméstico así como objetos

decorativos y ornamentales, entre ellos joyas. (En este artículo

trataremos cualquier vidrio con características comercialmente útiles

en cuanto a trasparencia, índice de refracción, color... En Vidrio (arte)

se trata la historia del arte y la técnica del trabajo del vidrio).

20.2. MATERIALES Y TÉCNICAS

El ingrediente principal del vidrio es la sílice, obtenida a partir de

arena, pedernal o cuarzo.

20.2.1. Composición y propiedades

La sílice se funde a temperaturas muy elevadas para formar vidrio.

Como éste tiene un elevado punto de fusión y sufre poca contracción y

dilatación con los cambios de temperatura, es adecuado para aparatos

de laboratorio y objetos sometidos a choques térmicos (deformaciones

debidas a cambios bruscos de temperatura), como los espejos de los

telescopios. El vidrio es un mal conductor del calor y la electricidad,

por lo que resulta práctico para el aislamiento térmico y eléctrico. En

78


la mayoría de los vidrios, la sílice se combina con otras materias

primas en distintas proporciones. Los fundentes alcalinos, por lo

general carbonato de sodio o potasio, disminuyen el punto de fusión y

la viscosidad de la sílice. La piedra caliza o la dolomita (carbonato de

calcio y magnesio) actúa como estabilizante. Otros ingredientes, como

el plomo o el bórax, proporcionan al vidrio determinadas propiedades

físicas.

20.2.1.1. Vidrio soluble y vidrio sodocálcico

El vidrio de elevado contenido en sodio que puede disolverse en agua

para formar un líquido viscoso se denomina vidrio soluble y se emplea

como barniz ignífugo en ciertos objetos y como sellador. La mayor

parte del vidrio producido presenta una elevada concentración de

sodio y calcio en su composición; se conoce como vidrio sodocálcico

y se utiliza para fabricar botellas, cristalerías de mesa, bombillas

(focos), vidrios de ventana y vidrios laminados.

20.2.1.2. Vidrio al plomo. El vidrio fino empleado para

cristalerías de mesa y conocido como cristal es el resultado de

fórmulas que combinan silicato de potasio con óxido de plomo. El

vidrio al plomo es pesado y refracta más la luz, por lo que resulta

apropiado para lentes o prismas y para bisutería. Como el plomo

absorbe la radiación de alta energía, el vidrio al plomo se utiliza en

pantallas para proteger al personal de las instalaciones nucleares.

20.2.1.3. Vidrio de borosilicato. Este vidrio contiene bórax

entre sus ingredientes fundamentales, junto con sílice y álcali. Destaca

por su durabilidad y resistencia a los ataques químicos y las altas

temperaturas, por lo que se utiliza mucho en utensilios de cocina,

aparatos de laboratorio y equipos para procesos químicos.

20.2.1.4. Color. Las impurezas en las materias primas

afectan al color del vidrio. Para obtener una sustancia clara e incolora,

79


los fabricantes añaden manganeso con el fin de eliminar los efectos de

pequeñas cantidades de hierro que producen tonos verdes y pardos. El

cristal puede colorearse disolviendo en él óxidos metálicos, sulfuros o

seleniuros. Otros colorantes se dispersan en forma de partículas

microscópicas.

20.2.1.5. Ingredientes diversos. Entre los componentes

típicos del vidrio están los residuos de vidrio de composición similar,

que potencian su fusión y homogeneización. A menudo se añaden

elementos de afino, como arsénico o antimonio, para desprender

pequeñas burbujas durante la fusión.

20.2.1.6. Propiedades físicas Según su composición,

algunos vidrios pueden fundir a temperaturas de sólo 500 °C; en

cambio, otros necesitan 1.650 ºC. La resistencia a la tracción, que

suele estar entre los 3.000 y 5.500 N/cm2, puede llegar a los

70.000 N/cm2 si el vidrio recibe un tratamiento especial. La densidad

relativa (densidad con respecto al agua) va de 2 a 8, es decir, el vidrio

puede ser más ligero que el aluminio o más pesado que el acero. Las

propiedades ópticas y eléctricas también pueden variar mucho.

20.2.2. Mezcla y fusión

Después de una cuidadosa medida y preparación, las materias primas

se mezclan y se someten a una fusión inicial antes de aplicarles todo el

calor necesario para la vitrificación. En el pasado, la fusión se

efectuaba en recipientes de arcilla (barro) que se calentaban en hornos

alimentados con madera o carbón. Todavía hoy se utilizan recipientes

de arcilla refractaria, que contienen entre 0,5 y 1,5 toneladas de vidrio,

cuando se necesitan cantidades relativamente pequeñas de vidrio para

trabajarlo a mano. En las industrias modernas, la mayor parte del

vidrio se funde en grandes calderos, introducidos por primera vez en

1872. Estos calderos pueden contener más de 1.000 toneladas de

80


vidrio y se calientan con gas, fuel-oil o electricidad. Las materias

primas se introducen de forma continua por una abertura situada en un

extremo del caldero y el vidrio fundido, afinado y templado, sale por

el otro extremo. En unos grandes crisoles o cámaras de retención, el

vidrio fundido se lleva a la temperatura a la que puede ser trabajado y,

a continuación, la masa vítrea se transfiere a las máquinas de moldeo.

20.2.3. Moldeado

Los principales métodos empleados para moldear el vidrio son el

colado, el soplado, el prensado, el estirado y el laminado. Todos estos

procesos son antiguos, pero han sufrido modificaciones para poder

producir vidrio con fines industriales. Por ejemplo, se han desarrollado

procesos de colado por centrifugado en los que el vidrio se fuerza

contra las paredes de un molde que gira rápidamente, lo que permite

obtener formas precisas de poco peso, como tubos de televisión.

También se han desarrollado máquinas automáticas para soplar el

vidrio.

20.2.4. Vidrio tensionado. Es posible añadir tensiones de

modo artificial para dar resistencia a un artículo de vidrio. Como el

vidrio se rompe como resultado de esfuerzos de tracción que se

originan con un mínimo arañazo de la superficie, la compresión de

ésta aumenta el esfuerzo de tracción que puede soportar el vidrio antes

de que se produzca la ruptura. Un método llamado temple térmico

comprime la superficie calentando el vidrio casi hasta el punto de

reblandecimiento y enfriándolo rápidamente con un chorro de aire o

por inmersión en un líquido. La superficie se endurece de inmediato, y

la posterior contracción del interior del vidrio, que se enfría con más

lentitud, tira de ella y la comprime. Con este método pueden obtenerse

compresiones de superficie de hasta 24.000 N/cm2 en piezas gruesas

de vidrio. También se han desarrollado métodos químicos de

reforzamiento en los que se altera la composición o la estructura de la

81


superficie del vidrio mediante intercambio iónico. Este método

permite alcanzar una resistencia superior a los 70.000 N/cm2. Véase

también Recocido.

20.3. TIPOS DE VIDRIO COMERCIAL La amplia gama de

aplicaciones del vidrio ha hecho que se desarrollen numerosos tipos

distintos.

20.3.1. Vidrio de ventana. El vidrio de ventana, que ya se

empleaba en el siglo I d.C., se fabricaba utilizando moldes o soplando

cilindros huecos que se cortaban y aplastaban para formar láminas. En

el proceso de corona, técnica posterior, se soplaba un trozo de vidrio

dándole forma de globo aplastado o corona. La varilla se fijaba al lado

plano y se retiraba el tubo de soplado. La corona volvía a calentarse y

se hacía girar con la varilla; el agujero dejado por el tubo se hacía más

grande y el disco acababa formando una gran lámina circular. La

varilla se partía, lo que dejaba una marca. En la actualidad, casi todo el

vidrio de ventana se fabrica de forma mecánica estirándolo desde una

piscina de vidrio fundido. En el proceso de Foucault, la lámina de

vidrio se estira a través de un bloque refractario ranurado sumergido

en la superficie de la piscina de este material y se lleva a un horno

vertical de recocido, de donde sale para ser cortado en hojas.

20.3.2. Vidrio de placa. El vidrio de ventana normal

producido por estiramiento no tiene un espesor uniforme, debido a la

naturaleza del proceso de fabricación. Las variaciones de espesor

distorsionan la imagen de los objetos vistos a través de una hoja de ese

vidrio.

El método tradicional de eliminar esos defectos ha sido emplear vidrio

laminado bruñido y pulimentado, conocido como vidrio de placa. Éste

se produjo por primera vez en Saint Gobain (Francia) en 1668,

vertiendo vidrio en una mesa de hierro y aplanándolo con un rodillo.

82


Después del recocido, la lámina se bruñía y pulimentaba por ambos

lados Hoy, el vidrio de placa se fabrica pasando el material vítreo de

forma continua entre dobles rodillos situados en el extremo de un

crisol que contiene el material fundido. Después de recocer la lámina

en bruto, ambas caras son acabadas de forma continua y simultánea.

En la actualidad, el bruñido y el pulimentado están siendo sustituidos

por el proceso de vidrio flotante, más barato. En este proceso se

forman superficies planas en ambas caras haciendo flotar una capa

continua de vidrio sobre un baño de estaño fundido. La temperatura es

tan alta que las imperfecciones superficiales se eliminan por el flujo

del vidrio. La temperatura se hace descender poco a poco a medida

que el material avanza por el baño de estaño y, al llegar al extremo, el

vidrio pasa por un largo horno de recocido.

En arquitectura se emplea vidrio laminado sin pulir, a menudo con

superficies figurativas producidas por dibujos grabados en los rodillos.

El vidrio de rejilla, que se fabrica introduciendo tela metálica en el

vidrio fundido antes de pasar por los rodillos, no se astilla al recibir un

golpe. El vidrio de seguridad, como el utilizado en los parabrisas de

los automóviles o en las gafas de seguridad, se obtiene tras la

colocación de una lámina de plástico transparente (polivinilbutiral)

entre dos láminas finas de vidrio de placa. El plástico se adhiere al

vidrio y mantiene fijas las esquirlas incluso después de un fuerte

impacto.

20.3.3. Botellas y recipientes. Las botellas, tarros y otros

recipientes de vidrio se fabrican mediante un proceso automático que

combina el prensado (para formar el extremo abierto) y el soplado

(para formar el cuerpo hueco del recipiente). En una máquina típica

para soplar botellas, se deja caer vidrio fundido en un molde estrecho

invertido y se presiona con un chorro de aire hacia el extremo inferior

83


del molde, que corresponde al cuello de la botella terminada. Después,

un desviador desciende sobre la parte superior del molde, y un chorro

de aire que viene desde abajo y pasa por el cuello da la primera forma

a la botella. Esta botella a medio formar se sujeta por el cuello, se

invierte y se pasa a un segundo molde de acabado, en la que otro

chorro de aire le da sus dimensiones finales. En otro tipo de máquina

que se utiliza para recipientes de boca ancha, se prensa el vidrio en un

molde con un pistón antes de soplarlo en un molde de acabado. Los

tarros de poco fondo, como los empleados para cosméticos, son

prensados sin más.

20.3.4. Vidrio óptico. La mayoría de las lentes que se

utilizan en gafas (anteojos), microscopios, telescopios, cámaras y otros

instrumentos ópticos se fabrican con vidrio óptico. Éste se diferencia

de los demás vidrios por su forma de desviar (refractar) la luz. La

fabricación de vidrio óptico es un proceso delicado y exigente. Las

materias primas deben tener una gran pureza, y hay que tener mucho

cuidado para que no se introduzcan imperfecciones en el proceso de

fabricación. Pequeñas burbujas de aire o inclusiones de materia no

vitrificada pueden provocar distorsiones en la superficie de la lente.

Las llamadas cuerdas, estrías causadas por la falta de homogeneidad

química del vidrio, también pueden causar distorsiones importantes, y

las tensiones en el vidrio debidas a un recocido imperfecto afectan

también a las cualidades ópticas.

En la antigüedad, el vidrio óptico se fundía en crisoles durante

periodos prolongados, removiéndolo constantemente con una varilla

refractaria. Después de un largo recocido, se partía en varios

fragmentos; los mejores volvían a ser triturados, recalentados y

prensados con la forma deseada. En los últimos años se ha adoptado

un método para la fabricación continua de vidrio en tanques revestidos

de platino, con agitadores en las cámaras cilíndricas de los extremos

84


(llamadas homogeneizadores). Este proceso produce cantidades

mayores de vidrio óptico, con menor coste y mayor calidad que el

método anterior. Para las lentes sencillas se usa cada vez más el

plástico en lugar del vidrio. Aunque no es tan duradero ni resistente al

rayado como el vidrio, es fuerte y ligero y puede absorber tintes.

20.3.5. Vidrio fotosensible. En el vidrio fotosensible, los

iones de oro o plata del material responden a la acción de la luz, de

forma similar a lo que ocurre en una película fotográfica. Este vidrio

se utiliza en procesos de impresión y reproducción, y su tratamiento

térmico tras la exposición a la luz produce cambios permanentes.

El vidrio fotocromático se oscurece al ser expuesto a la luz tras lo cual

recupera su claridad original. Este comportamiento se debe a la acción

de la luz sobre cristales diminutos de cloruro de plata o bromuro de

plata distribuidos por todo el vidrio. Es muy utilizado en lentes de

gafas o anteojos y en electrónica.

20.3.6. Vitrocerámica. En los vidrios que contienen

determinados metales se produce una cristalización localizada al ser

expuestos a radiación ultravioleta. Si se calientan a temperaturas

elevadas, estos vidrios se convierten en vitrocerámica, que tiene una

resistencia mecánica y unas propiedades de aislamiento eléctrico

superiores a las del vidrio ordinario. Este tipo de cerámica se utiliza en

la actualidad en utensilios de cocina, conos frontales de cohetes o

ladrillos termorresistentes para recubrir naves espaciales. Otros vidrios

que contienen metales o aleaciones pueden magnetizarse, son

resistentes y flexibles y resultan muy útiles para transformadores

eléctricos de alta eficiencia.

20.3.7. Fibra de vidrio Es posible producir fibras de

vidrio —que pueden tejerse como las fibras textiles— estirando vidrio

fundido hasta diámetros inferiores a una centésima de milímetro. Se

85


pueden producir tanto hilos multifilamento largos y continuos como

fibras cortas de 25 o 30 centímetros de largo.

Una vez tejida para formar telas, la fibra de vidrio resulta ser un

excelente material para cortinas y tapicería debido a su estabilidad

química, solidez y resistencia al fuego y al agua. Los tejidos de fibra

de vidrio, sola o en combinación con resinas, constituyen un

aislamiento eléctrico excelente. Impregnando fibras de vidrio con

plásticos se forma un tipo compuesto que combina la solidez y

estabilidad química del vidrio con la resistencia al impacto del

plástico. Otras fibras de vidrio muy útiles son las empleadas para

transmitir señales ópticas en comunicaciones informáticas y

telefónicas mediante la nueva tecnología de la fibra óptica, en rápido

crecimiento.

20.3.8. Otros tipos de vidrio. Los paveses de vidrio son

bloques de construcción huecos, con nervios o dibujos en los lados,

que se pueden unir con argamasa y utilizarse en paredes exteriores o

tabiques internos.

La espuma de vidrio, empleada en flotadores o como aislante, se

fabrica añadiendo un agente espumante al vidrio triturado y

calentando la mezcla hasta el punto de reblandecimiento. El agente

espumante libera un gas que produce una multitud de pequeñas

burbujas dentro del vidrio.

En la década de 1950 se desarrollaron fibras ópticas que han

encontrado muchas aplicaciones en la ciencia, la medicina y la

industria. Si se colocan de forma paralela fibras de vidrio de alto

índice de refracción separadas por capas delgadas de vidrio de bajo

índice de refracción, es posible transmitir imágenes a través de las

fibras. Los fibroscopios, que contienen muchos haces flexibles de

estas fibras, pueden transmitir imágenes a través de ángulos muy

86


cerrados, lo que facilita la inspección de zonas que suelen ser

inaccesibles. Las aplicaciones de la fibra óptica rígida, como lupas,

reductores y pantallas también mejoran la visión. Empleadas en

combinación con láseres, las fibras ópticas son hoy cruciales para la

telefonía de larga distancia y la comunicación entre ordenadores

(computadoras).

El vidrio láser es vidrio dopado con un pequeño porcentaje de óxido

de neodimio, y es capaz de emitir luz láser si se monta en un

dispositivo adecuado y se ‘bombea’ con luz ordinaria. Está

considerado como una buena fuente láser por la relativa facilidad con

que pueden obtenerse pedazos grandes y homogéneos de este vidrio.

Los vidrios dobles son dos láminas de vidrio de placa o de ventana

selladas por los extremos, con un espacio de aire entre ambas. Para su

construcción pueden usarse varios tipos de selladores y materiales de

separación. Empleados en ventanas, proporcionan un excelente

aislamiento térmico y no se empañan aunque haya humedad.

En la década de 1980 se desarrolló en la Universidad de Florida

(Estados Unidos) un método para fabricar grandes estructuras de

vidrio sin utilizar altas temperaturas. La técnica, denominada de sol-

gel, consiste en mezclar agua con un producto químico como el

tetrametoxisilano para fabricar un polímero de óxido de silicio; un

aditivo químico reduce la velocidad del proceso de condensación y

permite que el polímero se constituya uniformemente. Este método

podría resultar útil para fabricar formas grandes y complejas con

propiedades específicas.

21. Agua

21. INTRODUCCIÓN

87


Nombre común que se aplica al estado líquido del compuesto de

hidrógeno y oxígeno H2O. Los antiguos filósofos consideraban el

agua como un elemento básico que representaba a todas las sustancias

líquidas. Los científicos no descartaron esta idea hasta la última mitad

del siglo XVIII. En 1781 el químico británico Henry Cavendish

sintetizó agua detonando una mezcla de hidrógeno y aire. Sin

embargo, los resultados de este experimento no fueron interpretados

claramente hasta dos años más tarde, cuando el químico francés

Antoine Laurent de Lavoisier propuso que el agua no era un elemento

sino un compuesto de oxígeno e hidrógeno. En un documento

científico presentado en 1804, el químico francés Joseph Louis Gay-

Lussac y el naturalista alemán Alexander von Humboldt demostraron

conjuntamente que el agua consistía en dos volúmenes de hidrógeno y

uno de oxígeno, tal como se expresa en la fórmula actual H2O.

Casi todo el hidrógeno del agua tiene una masa atómica de 1. El

químico estadounidense Harold Clayton Urey descubrió en 1932 la

presencia en el agua de una pequeña cantidad (1 parte por 6.000) de lo

que se denomina agua pesada u óxido de deuterio (D2O); el deuterio

es el isótopo del hidrógeno con masa atómica 2. En 1951 el químico

estadounidense Aristid Grosse descubrió que el agua existente en la

naturaleza contiene también cantidades mínimas de óxido de tritio

(T2O); el tritio es el isótopo del hidrógeno con masa atómica 3.

21.2. PROPIEDADES

El agua pura es un líquido inodoro e insípido. Tiene un matiz azul, que

sólo puede detectarse en capas de gran profundidad. A la presión

atmosférica (760 mm de mercurio), el punto de congelación del agua

es de 0 °C y su punto de ebullición de 100 °C. El agua alcanza su

densidad máxima a una temperatura de 4 °C y se expande al

congelarse. Como muchos otros líquidos, el agua puede existir en

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estado sobreenfriado, es decir, que puede permanecer en estado

líquido aunque su temperatura esté por debajo de su punto de

congelación; se puede enfriar fácilmente a unos -25 °C sin que se

congele. El agua sobreenfriada se puede congelar agitándola,

descendiendo más su temperatura o añadiéndole un cristal u otra

partícula de hielo. Sus propiedades físicas se utilizan como patrones

para definir, por ejemplo, escalas de temperatura.

El agua es uno de los agentes ionizantes más conocidos. Puesto que

todas las sustancias son de alguna manera solubles en agua, se le

conoce frecuentemente como el disolvente universal. El agua combina

con ciertas sales para formar hidratos, reacciona con los óxidos de los

metales formando ácidos (véase Ácidos y bases) y actúa como

catalizador en muchas reacciones químicas importantes.

21.3. ESTADO NATURAL

El agua es la única sustancia que existe a temperaturas ordinarias en

los tres estados de la materia, o sea, sólido, líquido y gas. Como sólido

o hielo se encuentra en los glaciares y los casquetes polares, así como

en las superficies de agua en invierno; también en forma de nieve,

granizo y escarcha, y en las nubes formadas por cristales de hielo.

Existe en estado líquido en las nubes de lluvia formadas por gotas de

agua, y en forma de rocío en la vegetación. Además, cubre las tres

cuartas partes de la superficie terrestre en forma de pantanos, lagos,

ríos, mares y océanos. Como gas, o vapor de agua, existe en forma de

niebla, vapor y nubes. El vapor atmosférico se mide en términos de

humedad relativa, que es la relación de la cantidad de vapor de agua

en el aire a una temperatura dada respecto a la máxima que puede

contener a esa temperatura.

89


El agua está presente también en la porción superior del suelo, en

donde se adhiere, por acción capilar, a las partículas del mismo. En

este estado, se le denomina agua ligada y tiene unas características

diferentes del agua libre. Por influencia de la gravedad, el agua se

acumula en los intersticios de las rocas debajo de la superficie terrestre

formando depósitos de agua subterránea que abastecen a pozos y

manantiales, y mantienen el flujo de algunos arroyos durante los

periodos de sequía.

21.4. EL AGUA EN LA VIDA

El agua es el componente principal de la materia viva. Constituye del

50 al 90% de la masa de los organismos vivos. El protoplasma, que es

la materia básica de las células vivas, consiste en una disolución de

grasas, carbohidratos, proteínas, sales y otros compuestos químicos

similares en agua. El agua actúa como disolvente transportando,

combinando y descomponiendo químicamente esas sustancias. La

sangre de los animales y la savia de las plantas contienen una gran

cantidad de agua, que sirve para transportar los alimentos y desechar

el material de desperdicio. El agua desempeña también un papel

importante en la descomposición metabólica de moléculas tan

esenciales como las proteínas y los carbohidratos. Este proceso,

llamado hidrólisis, se produce continuamente en las células vivas.

21.5. CICLO NATURAL DEL AGUA

La hidrología es la ciencia que estudia la distribución del agua en la

Tierra, sus reacciones físicas y químicas con otras sustancias

existentes en la naturaleza, y su relación con la vida en el planeta. El

movimiento continuo de agua entre la Tierra y la atmósfera se conoce

como ciclo hidrológico. Se produce vapor de agua por evaporación en

la superficie terrestre y en las masas de agua, y por transpiración de

los seres vivos. Este vapor circula por la atmósfera y precipita en

forma de lluvia o nieve.

90


Al llegar a la superficie terrestre, el agua sigue dos trayectorias. En

cantidades determinadas por la intensidad de la lluvia, así como por la

porosidad, permeabilidad, grosor y humedad previa del suelo, una

parte del agua se vierte directamente en los riachuelos y arroyos, de

donde pasa a los océanos y a las masas de agua continentales; el resto

se infiltra en el suelo. Una parte del agua infiltrada constituye la

humedad del suelo, y puede evaporarse directamente o penetrar en las

raíces de las plantas para ser transpirada por las hojas. La porción de

agua que supera las fuerzas de cohesión y adhesión del suelo, se filtra

hacia abajo y se acumula en la llamada zona de saturación para formar

un depósito de agua subterránea, cuya superficie se conoce como nivel

freático. En condiciones normales, el nivel freático crece de forma

intermitente según se va rellenando o recargando, y luego declina

como consecuencia del drenaje continuo en desagües naturales como

son los manantiales.

21.6. COMPOSICIÓN Debido a su capacidad de disolver

numerosas sustancias en grandes cantidades, el agua pura casi no

existe en la naturaleza.

Durante la condensación y precipitación, la lluvia o la nieve absorben

de la atmósfera cantidades variables de dióxido de carbono y otros

gases, así como pequeñas cantidades de material orgánico e

inorgánico. Además, la precipitación deposita lluvia radiactiva en la

superficie de la Tierra.

En su circulación por encima y a través de la corteza terrestre, el agua

reacciona con los minerales del suelo y de las rocas. Los principales

componentes disueltos en el agua superficial y subterránea son los

sulfatos, los cloruros, los bicarbonatos de sodio y potasio, y los óxidos

de calcio y magnesio. Las aguas de la superficie suelen contener

también residuos domésticos e industriales. Las aguas subterráneas

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poco profundas pueden contener grandes cantidades de compuestos de

nitrógeno y de cloruros, derivados de los desechos humanos y

animales. Generalmente, las aguas de los pozos profundos sólo

contienen minerales en disolución. Casi todos los suministros de agua

potable natural contienen fluoruros en cantidades variables. Se ha

demostrado que una proporción adecuada de fluoruros en el agua

potable reduce las caries en los dientes.

El agua del mar contiene, además de grandes cantidades de cloruro de

sodio o sal, muchos otros compuestos disueltos, debido a que los

océanos reciben las impurezas procedentes de ríos y arroyos. Al

mismo tiempo, como el agua pura se evapora continuamente el

porcentaje de impurezas aumenta, lo que proporciona al océano su

carácter salino. Véase Océanos y oceanografía.

21.7. PURIFICACIÓN DEL AGUA Las impurezas

suspendidas y disueltas en el agua natural impiden que ésta sea

adecuada para numerosos fines. Los materiales indeseables, orgánicos

e inorgánicos, se extraen por métodos de criba y sedimentación que

eliminan los materiales suspendidos. Otro método es el tratamiento

con ciertos compuestos, como el carbón activado, que eliminan los

sabores y olores desagradables. También se puede purificar el agua

por filtración, o por cloración o irradiación que matan los

microorganismos infecciosos.

En la ventilación o saturación de agua con aire, se hace entrar el agua

en contacto con el aire de forma que se produzca la máxima difusión;

esto se lleva a cabo normalmente en fuentes, esparciendo agua en el

aire. La ventilación elimina los olores y sabores producidos por la

descomposición de la materia orgánica, al igual que los desechos

industriales como los fenoles, y gases volátiles como el cloro.

También convierte los compuestos de hierro y manganeso disueltos en

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óxidos hidratados insolubles que luego pueden ser extraídos con

facilidad.

La dureza de las aguas naturales es producida sobre todo por las sales

de calcio y magnesio, y en menor proporción por el hierro, el aluminio

y otros metales. La que se debe a los bicarbonatos y carbonatos de

calcio y magnesio se denomina dureza temporal y puede eliminarse

por ebullición, que al mismo tiempo esteriliza el agua. La dureza

residual se conoce como dureza no carbónica o permanente. Las aguas

que poseen esta dureza pueden ablandarse añadiendo carbonato de

sodio y cal, o filtrándolas a través de ceolitas naturales o artificiales

que absorben los iones metálicos que producen la dureza, y liberan

iones sodio en el agua. Los detergentes contienen ciertos agentes

separadores que inactivan las sustancias causantes de la dureza del

agua.

El hierro, que produce un sabor desagradable en el agua potable,

puede extraerse por medio de la ventilación y sedimentación, o

pasando el agua a través de filtros de ceolita. También se puede

estabilizar el hierro añadiendo ciertas sales, como los polifosfatos. El

agua que se utiliza en los laboratorios, se destila o se desmineraliza

pasándola a través de compuestos que absorben los iones.

21.8. DESALINIZACIÓN DEL AGUA

Para satisfacer las crecientes demandas de agua dulce, especialmente

en las áreas desérticas y semidesérticas, se han llevado a cabo

numerosas investigaciones con el fin de conseguir métodos eficaces

para eliminar la sal del agua del mar y de las aguas salobres. Se han

desarrollado varios procesos para producir agua dulce a bajo costo.

Tres de los procesos incluyen la evaporación seguida de la

condensación del vapor resultante, y se conocen como: evaporación de

múltiple efecto, destilación por compresión de vapor y evaporación

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súbita. En este último método, que es el más utilizado, se calienta el

agua del mar y se introduce por medio de una bomba en tanques de

baja presión, donde el agua se evapora bruscamente. Al condensarse el

vapor se obtiene el agua pura.

La congelación es un método alternativo que se basa en los diferentes

puntos de congelación del agua dulce y del agua salada. Los cristales

de hielo se separan del agua salobre, se lavan para extraerles la sal y se

derriten, convirtiéndose en agua dulce. En otro proceso, llamado

ósmosis inversa, se emplea presión para hacer pasar el agua dulce a

través de una fina membrana que impide el paso de minerales. La

ósmosis inversa sigue desarrollándose de forma intensiva. La

electrodiálisis se utiliza para desalinizar aguas salobres. Cuando la sal

se disuelve en agua, se separa en iones positivos y negativos, que se

extraen pasando una corriente eléctrica a través de membranas

aniónicas y catiónicas.

Un problema importante en los proyectos de desalinización son los

costos para producir agua dulce.

La mayoría de los expertos confían en obtener mejoras sustanciales

para purificar agua ligeramente salobre, que contiene entre 1.000 y

4.500 partes de minerales por millón, en comparación a las 35.000

partes por millón del agua del mar. Puesto que el agua resulta potable

si contiene menos de 500 partes de sal por millón, desalinizar el agua

salobre es comparativamente más barato que desalinizar el agua del

mar.

Bibliografía:

Enciclopedia® Microsoft® Encarta 2001. © 1993-2000 Microsoft

Corporation.

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