MATERIALES PARA ESTRUCTURAS

Una estructura se define como algo que constituye la cobertura protectora o envoltura de un objeto o ser viviente; algo que soporta peso; recibe o resiste cargas y fuerzas de alguna naturaleza. Por ejemplo la concha de un caracol, el esqueleto humano, los troncos de los árboles etc. A este tipo de estructuras se les denomina estructuras naturales.

Una estructura se describe como un sistema, como un conjunto de partes o componentes que se combinan en forma ordenada para cumplir una función dada. La función puede ser, salvar un claro, como sucede en los puentes, encerrar un espacio como sucede en los distintos tipos de edificios o contener un empuje como en los muros de contención. Debe ser además segura en condiciones normales de servicio, mantener el costo dentro del límite económico y satisfacer determinadas exigencias estéticas. 

Un material estructural es aquel material que se usa para hacer aquellas partes de la estructura que soportan las cargas, que le proporcionan resistencia y estabilidad.

Los materiales estructurales se clasifican en tradicionales y modernos.

Dentro de los materiales tradicionales se encuentran:

•  Piedra 
• Ladrillo
•  Madera

En los materiales modernos se encuentran:

• Concreto 
• Acero 
• Aleaciones de aluminio.

Los materiales estructurales que más se utilizan son:

• Concreto
• Acero 
•  Mampostería
•  Madera

Realmente no existe un material estructural óptimo, la opción depende tanto de la función como de las propiedades no estructurales que se desean en una situación específica.

La estructura no suele ser un mero esqueleto resistente, protegido por otros componentes, Ya que el material que la compone debe tener además de características adecuadas, de impermeabilidad, durabilidad ante la intemperie y de aislamiento térmico y acústico.

Las principales propiedades de un material pueden representarse mediante Esfuerzo- Deformación y se refiere a características de:

Resistencia: Es la propiedad más importante y se define como el esfuerzo máximo que alcanza el material en una maquina de prueba. Además determina la fuerza que podrá resistir la parte más débil de la estructura antes de que el material falle en aquel punto y haga fallar la estructura como un todo.

Rigidez: Es la característica que impide que el material se doble.

Ductibilidad: Es la capacidad de alargarse, estirarse y adelgazarse sin romperse.

Estructuras de concreto

No es posible imaginar la industria de la construcción sin el concreto, ni es posible imaginar al concreto sin la tecnología, los equipos, la maquinaria y sus principales componentes: el cemento, los agregados y los aditivos. El concreto es un material pétreo de creación artificial producto de la mezcla de elementos inertes, como la grava y arena; con un aglutinante; el cemento Pórtland con agua. Además, si se desea puede llevar diversos tipos de aditivos que modificarán sus propiedades iniciales. 

Características del concreto.

a) Los elementos que integran su mezcla son de dos tipos:

Activos: cemento y agua que al entrar en contacto entre si generarán una reacción química mediante la cual la masa empieza a fraguar hasta que a los 28 días alcanza su resistencia de proyecto, permitiendo que todo elemento inmerso en ella quede sujeto en forma definitiva.

Inertes: son agregados pétreos, minerales o de alguna otra naturaleza. Entre los primeros predominan las gravas y las arenas cuya función será dar la estructura al concreto y quedará amalgamada por la pasta de cemento alojada en los huecos formados en ella.

b) La resistencia del concreto estará prevista previamente a su fabricación al predeterminar las cantidades de cemento agregados y agua que participarán en la mezcla las proporciones variarán según la resistencia que se desee obtener, oscilando de acuerdo con los siguientes porcentajes:

• Cemento: 10 a 15 %

• Agregados: 70 a 75 %

• Agua y aire: 12 a 15 %

Tipos de cemento

El concreto para estructuras podrá usar cualquier tipo de cemento Pórtland:

Tipo I: Normal de uso general.

Tipo II: Modificado con menos calor de hidratación y resistente a los sulfatos.

Tipo III: De resistencia rápida; su fraguado es rápido.

Tipo IV: De bajo calor; es recomendable para grandes volúmenes de concreto por tener un fraguado inicial lento. 
 

Estructuras de acero

En la construcción actual el acero es el material de mayor importancia, sea que se utilice, solo o asociado con otro; sin su presencia no se concibe ningún edificio moderno. Se puede valorar su importancia sabiendo que su empleo con respecto a la totalidad de los metales es superior al 80% de ahí que hasta los años cincuenta era frecuente que junto con el cemento fueran los principales indicadores del desarrollo industrial del país.

                                                                Propiedades físicas

Las propiedades del acero, que se conjuntan con un bajo costo en comparación con el de otros metales, han propiciado su aprovechamiento industrial intensivo.

Elasticidad: Recuperación de su forma inicial.

Ductibilidad: Capacidad para alargarse, estirarse y adelgazarse.

Forjabilidad: Acepta nuevas formas por medio de martillazos.

Maleabilidad: Puede aplastarse en láminas.

Tenacidad: Es resistente a la ruptura.

Soldabilidad: Se puede pegar mediante arco voltaico o fusión con calor y presión.

Conductibilidad: Es transmisor de temperatura y electricidad lo que en construcción es desfavorable.

Oxidación: Entra en composición con el oxígeno, lo que igualmente es una característica inadecuada.

Cortado: Puede hacerse con facilidad.
 

 Estructuras de mampostería

Se aplica al diseño de muros constituidos por piezas prismáticas de piedra artificial maciza o huecas unidas por un mortero aglutinante.

Materiales para mampostería.

Piezas: Ladrillos, bloques de barro, arcilla o similares, bloques, ladrillo o tabique y tabicones de concreto.

Piedras naturales: Chiluca, arenisca, tepetate, tezontle, piedra brasa.

Piedras artificiales: Concreto simple, concreto reforzado, azulejos, loseta, mosaicos, ladrillo rojo.

Resistencia en compresión

Se determinará para cada tipo de piezas de acuerdo con el ensaye especificado en la NOM C 36 para diseño se empleará un valor de la resistencia medida sobre el área bruta, que se determinará como el que es alcanzado por lo menos por el 98% de las piezas producidas.

Cuando se tenga evidencia de que el valor mínimo garantizado por el fabricante cumple con la definición anterior, podrá tomarse como resistencia de diseño.

Morteros: Los morteros que se empleen en elementos estructurales de mampostería deberán cumplir con los requisitos siguientes:

• Su resistencia en compresión será por lo menos de 40 kg/cm²
• La relación volumétrica entre la arena y la suma de cementantes se encontrara entre 2.25 y 3 
• La resistencia se determinará según lo especificado en la NOM C61 
• Se empleará la mínima cantidad de agua que como resultado un mortero fácilmente trabajable.