Download - Capitulo IV Mat Petreos
MATERIALES PETREOS DEFINICIONES: (Proviene del griego petra). Son los materiales naturales, o estos adaptados por el hombre, que sirven como base para elaborar elementos componentes de una obra civil o arquitectónica.
Piedras Naturales
Se considera roca a todo material que forma parte de la litosfera, con independencia de sus estados físicos; es decir, pueden ser sólidas, líquidas y gaseosas. En una definición más práctica, las rocas son mezclas de minerales, aunque en ocasiones puedan estar constituidas por una sola especie mineral; su definición puede basarse en las siguientes propiedades:
• Son generalmente asociaciones de minerales, en las que cada uno de los cuales conserva las características de su especie.
• Carecen de estructura uniforme, conservando la que corresponde a cada uno de los minerales que las forman.
• No cristalizan en formas propias, aunque pueden estar formadas por conjuntos de minerales cristalizados.
METERIALES PETREOS NATURALES: ROCAS Son aquellos que se obtienen de las rocas y se usan en la construcción
de edificios y obras públicas (puentes, carreteras, túneles,…). Estos
materiales se extraen de las canteras donde aparecen en forma de grandes
bloques. Los más usados son:
• Mármol, muy resistente a esfuerzos de compresión y de tacto frío. Se usan
en suelos, revestimientos de paredes y ornamentación.
• Granito, igualmente resiste bien la compresión aunque son más duros que
el mármol. Se usan en adoquines, sillares,…
• Pizarras, piedra muy densa que es impermeable. Se corta en lajas
para hacer tejas y para revestir pavimentos.
• Áridos, formados por arenas, gravas, guijarros y, en general,
materiales fragmentados de diverso tamaño. Se usan junto a aglomerantes
para fabricar morteros y hormigones.
Granito, sienita y diorita (tres ejemplos de rocas magmáticas plutónicas)
ROCAS ÍGNEAS • Se forman por el enfriamiento y la solidificación de
materia rocosa fundida, el magma. Según las
condiciones bajo las que el magma se enfríe, las rocas
que resultan pueden tener granulado grueso o fino.
• Formadas por solidificación de materiales fundidos,
provienen de magna, erupciones, solidificaron dentro de
la superficie, solidificación lenta, ejemplo granito, sienita,
diorita y gabro.
ROCAS EXTRUSIVAS o VOLCÁNICAS
Basalto, obsidiana y pumita o piedra
pómez (tres ejemplos de rocas
magmáticas volcánicas).
Son Rocas solidificadas en la superficie
(fueron arrojadas), solidificación rápida, son de grano
fino, ejemplo: Basalto (piedra braza), tezontle, piedra
pómez, cenizas volcánicas.
FILONIANAS: Consolidadas en el interior de la corteza
pero a poca profundidad, generalmente
en grietas. Suelen tener cristales
grandes. Ejemplo: Pegmatitas.
Pegmatita (roca magmática filoniana)
ROCAS METAMÓRFICAS: Se forman por la transformación de cualquier tipo de roca debido a los
efectos de grandes presiones (P) y/o temperaturas (T), pero sin llegar a la
fusión de los minerales; es decir, los cambios se producen en estado sólido. Las principales rocas metamórficas son:
- Mármol: formado por el metamorfismo de la caliza, por lo que al igual que
ésta tiene el mineral calcita. El mármol puro es blanco, pero lo más habitual
es que presente impurezas que hace que tenga vetas de diversos colores.
- Cuarcita: procedente del metamorfismo de las areniscas. Roca muy dura
rica en cuarzo.
- Pizarra: se forma por metamorfismo de las arcillas. Si la pizarra se
metamorfiza da esquisto (otra roca metamórfica con láminas más gruesas
que la pizarra). Mármol, pizarra y esquisto (tres ejemplos de rocas metamórficas)
ROCAS SEDIMENTARIAS:
• Formadas por sedimentos, transformación de rocas
eruptivas ya sea por medios mecánicos o químicos.
• Medios mecánicos; transporte por medio de viento,
hielo, lluvia, ríos, va produciendo sedimentos,
ejemplo: tepetate, gravas, arenas naturales, arcilla.
• Medios químicos; producto de evaporación de lagos
salados, ejemplo: yeso, piedra caliza.
Las rocas sedimentarias suelen presentar dos características
exclusivas de ellas, presencia de estratos y de fósiles:
• a) Estratos: son como capas que aparecen al formarse
estas rocas a partir de los sedimentos que se van
depositando poco a poco en el fondo de un lago, río, mar,
etc.
• b) Fósiles: son restos de seres vivos que han quedado
enterrados entre los sedimentos.
Las rocas sedimentarias se clasifican en función del origen
en detríticas y no detríticas:
1) Conglomerados: con muchos fragmentos
grandes.
2) Areniscas: la mayoría de los fragmentos son de
tamaño intermedio.
3) Arcillas: fragmentos mayoritariamente pequeños.
Son las más abundantes.
A) DETRÍTICAS:
Formadas claramente por fragmentos de otras rocas. Ejemplos de
éstas son:
Conglomerado, arenisca y arcilla respectivamente
B) NO DETRÍTICAS
No presentan fragmentos visibles. Las más importantes son la
caliza (formada por calcita), halita, silvina y yeso.
Fragmentos de halita, silvina y yeso respectivamente
Carbón
Además, son rocas sedimentarias no detríticas el carbón y el
petróleo, ambos tienen materia orgánica en lugar de minerales. Son
rocas escasas, pero muy importantes como fuente de energía en la
actualidad.
Propiedades de las Piedras de
Construcción
1.1.DENSIDAD Y PESO ESPECIFICO : Aunque se
utilizan indistintamente, los términos de densidad y peso específico no son
idénticos.
La densidad es la relación entre la masa y el volumen de la sustancia,
midiéndose en unidades de masa/unidades de volumen (e.g., g/cc).
El peso específico es la relación numérica entre el peso de un cuerpo y el
peso de igual volumen de agua a 4°C, esto es la relación entre las
densidades del cuerpo y la del agua. Esta propiedad es adimensional (no
expresa términos de unidades determinadas) ya que es la relación entre dos
cantidades con la misma dimensión. Dado que el volumen del agua varía con
la temperatura, se toma como referencia la densidad del agua a 4°C
1. Propiedades Físicas
1.2.POROSIDAD: La porosidad de un material es el volumen de
espacios abiertos que contiene relativo a su volumen total.
Los poros son pequeños espacios abiertos existentes en los
materiales rellenos por soluciones acuosas y/o gaseosas (e.g., aire).
Los poros pueden estar abiertos (i.e., intercomunicados) o cerrados, y
ser grandes o pequeños. El tamaño de poro medio y el grado de
intercomunicación entre los poros determinan el tipo y grado de
movimiento de soluciones líquidas y gaseosas por el interior de los
materiales. Esto controla en gran parte su durabilidad. Los poros
pueden clasificarse en función de su tamaño en:
Propiedades de las Piedras de Construcción
1. Propiedades Físicas
Propiedades de las Piedras de Construcción
1.3.ADSORCION Y ABSORCION DE AGUA: Estas propiedades se relacionan
con la movilidad de vapor de agua o agua líquida en los materiales, esto es
con la permeabilidad del medio a estas sustancias:
• Adsorción: es la adhesión de moléculas de gases o de moléculas en
solución a las superficies de los cuerpos sólidos con los que están en
contacto. La higroscopicidad es la propiedad de los materiales de adsorber
vapor de agua de la atmósfera.
• Absorción: es la incorporación o asimilación de líquidos en el interior del
sistema poroso del material. La succión de agua es la propiedad de los
materiales de absorber agua líquida en contacto con los mismos.
1. Propiedades Físicas
Propiedades de las Piedras de Construcción
1.4.DESORCION DE AGUA: Los materiales localizados en contacto con el aire retienen cierta cantidad de humedad. La cantidad de agua retenida es función de las condiciones ambientas (temperatura y humedad relativa), así como de la naturaleza de las sustancias (hidrófilas o hidrófobas) y de la composición de la solución acuosa (agua pura vs. soluciones salinas). Si las condiciones ambientales cambian, por ejemplo, descendiendo la humedad relativa, el material tiende a ceder vapor de agua al medio aéreo, secándose. Este proceso de desorción de agua es inverso al de adsorción, aunque si la muestra se encuentra saturada en agua, es inverso al de absorción.
1. Propiedades Físicas
Propiedades de las Piedras de Construcción
1.6.CAPILARIDAD: El fenómeno de la capilaridad, cuyo
resultado es el movimiento ascendente o descendente de un líquido en el
interior de un tubo fino de un material sólido cuando éste es sumergido en el
líquido, es debido a la existencias de fuerzas en la superficie de las
sustancias sólida (e.g., vidrio), líquida (e.g., agua) y gaseosa (e.g., aire) en
contacto. Estas fuerzas se denominan de tensión superficial. La
conjunción de estas fuerzas hace que las gotas de un líquido depositadas
sobre la superficie de un material sólido presenten ángulos de contacto
sólido-líquido variados en función de la naturaleza de los sólidos y líquidos.
1. Propiedades Físicas
2.1.RESISTENCIA A LA COMPRESION: La resistencia a la compresión
es la carga (o peso) por unidad de área a la que el material falla (se
rompe) por fracturación por cizalla o extensional (Figura 6). Esta
propiedad es muy importante en la mecánica de materiales, tanto en
situación no confinada (i.e., uniaxial) como confinada (i.e., triaxial). Dado
que los materiales cerca de la superficie terrestre, incluyendo los
edificios, suelen estar sometidos a condiciones no confinadas,
consideraremos exclusivamente esta situación. En este caso,
la resistencia a la compresión uniaxial (i.e., longitudinal) se mide en
una prensa hidráulica que registra el esfuerzo compresor (sl) aplicado
sobre una probeta de material en una dirección del espacio, y
la deformación lineal (el) inducida en esa misma dirección.
2. Propiedades Mecánicas
2.2.RESISTENCIA A LA TENSION: La resistencia a la
tensión es el esfuerzo tensional por unidad de área a la que el material falla (se
rompe) por fracturación extensional. Esta propiedad, que es una indicación del
grado de coherencia del material para resistir fuerzas “tirantes”, depende de la
resistencia de los minerales, del área interfacial entre granos en contacto y del
cemento intergranular e intragranular.
Respecto de los materiales pétreos de construcción, puede generalizarse que,
para un material dado, la magnitud de la resistencia a la tensión suele ser de un
orden de magnitud menor que la resistencia a la compresión. En la Tabla 5 se
presentan valores de resistencia a la tensión para algunas rocas medidos con la
técnica de tracción directa.
2. Propiedades Mecánicas
2.3.RESISTENCIA A LA FLEXION: La
resistencia a la flexión, o módulo de ruptura, es la resistencia de un material a ser doblado (plegado) o flexurado. La medida de esta propiedad se realiza con barras de material asentadas sobre dos pivotes y aplicando carga sobre el centro de la barra (norma ASTM C99-52). La resistencia a la flexión (Sm) viene dada por la expresión:
2. Propiedades Mecánicas
2.4.FATIGA: Cuando los materiales sufren esfuerzos de forma cíclica sin llegar al
punto de ruptura, se observa un debilitamiento mecánico de los mismos con el tiempo. Esto
implica una pérdida de sus propiedades mecánicas, que puede dar lugar a la fracturación bajo
esfuerzos mucho menores que los apropiados para los materiales “frescos” que no han sido
sometidos a esfuerzos. A esta característica de los materiales se le denomina fatiga.
Se ha encontrado que la causa fundamental del fallo por fatiga de los materiales pétreos es
la micro fracturación. Los experimentos llevados a cabo sugieren una evolución episódica para
la fatiga. Inicialmente, se produce una micro fracturación entre los contactos de grano y en el
interior de los cristales a favor de los planos de exfoliación y superficies de partición de los
mismos. A continuación, existe un periodo de aquiescencia, con escasa deformación adicional.
En el último estado, las microfracturas coalescen, perdiéndose coherencia e iniciándose el fallo
(fracturación) del material. No obstante, también parece que la fatiga es un proceso continuo,
disipándose la energía en forma de microfracturas hasta el punto en que se supera un nivel
crítico en el que ocurre la falla.
2. Propiedades Mecánicas
2.5.DUREZA: La dureza es la resistencia de los materiales para resistir la penetración de otro
cuerpo. Para el caso de minerales, la dureza se ha considerado clásicamente como la resistencia que presenta un mineral a ser rayado por otro mineral o material. F. Mohs dedujo empíricamente una escala cualitativa basada en las durezas relativas de distintos minerales que ha sido muy utilizada como criterio de clasificación y de determinación. Esta escala es como sigue:
2. Propiedades Mecánicas
Causas Externas de las Alteraciones de las
Piedras
Desde el momento que extraemos la roca de una cantera y la separamos del conjunto rocoso
en el que se formó, la estamos alterando.
Las rocas se forman en unas condiciones de presión, temperatura y humedad muy diferentes a
las reinantes en la superficie terrestre y al entrar en contacto con la atmósfera, tienden a
equilibrarse con ella, experimentando una serie de reacciones que con1levan cambios
estructurales y de composición. Además, al alcanzar las rocas la superficie terrestre, quedan
expuestas a la acción de los agentes atmosféricos, sufriendo muchos cambios físicos y
químicos englobados bajo el término de meteorización.
• Agua: El agua es el principal agente de alteración, reacciona con el sustrato pétreo
disolviendo sus componentes y actúa como vehículo de transporte. La congelación del agua
o condensación del vapor de agua aumenta el volumen de la roca, las tensiones provocadas
por el hielo sobre paredes internas y capilares de la roca pueden llegar a romperla y los
ciclos de hielo- deshielo originan exfoliaciones. Los efectos provocados por el hielo
dependen del volumen del mismo y de su lugar de formación.
• -Acción del hielo: El problema se presenta, con el aumento de volumen que sufre este
líquido al helarse, originándose presiones en las cavidades porosas, que terminan por
descomponer la piedra.
Causas Externas de las Alteraciones de las Piedras
• Agentes atmosféricos: Los agentes atmosféricos actúan como catalizadores de las
reacciones intensificando la acción química del agua. A partir del siglo XIX, el
desarrollo de actividades industriales y el aumento de población han producido la
emisión masiva de partículas a la atmósfera. Los principales contaminantes
atmosféricos son: los óxidos de nitrógeno, carbono y azufre procedentes de la
combustión de hidrocarburos, el gas metano emitido por los fertilizantes y la quema
de bosques, y los gases de combustión liberados en la incineración de residuos
sólidos.
• Cristalización de sales solubles: Las sales solubles traen consigo daños físicos y
cambios en las piedras cuando éstas cristalizan en su interior o en la superficie de
las mismas. Lo más frecuente es que las sales tengan su origen en el propio edificio.
De la unión de los aniones y de los cationes, distinguimos sales solubles y poco
solubles.
Los daños ejercidos por las sales se dan mediante diferentes mecanismos, siendo
los más frecuentes, la cristalización y la hidratación.