Material de construcción es cualquier material utilizado para propósitos de construcción, como materiales para la edificación de casas. Madera, cemento, agregados, metales, ladrillos, concreto, arcilla son los tipos más comunes de material de construcción usados en construcción. La elección de estos se basa en su efectividad de costos para proyectos de construcción. Muchas sustancias que se encuentran naturalmente, como la arcilla, arena, madera y rocas, incluso ramitas y hojas, han sido utilizadas para construir edificaciones. Aparte de los materiales naturales, muchos productos hechos por el hombre están en uso, algunos más y otros menos sintéticos. La fabricación de materiales de construcción es una industria establecida en muchos países y el uso de estos materiales típicamente se segmenta en oficios especializados específicos, como carpintería, plomería, techado y trabajos de aislamiento. Esta referencia trata sobre hábitats y estructuras incluyendo hogares.
¿Qué son los materiales de construcción?
Los materiales de construcción son los elementos que componen las edificaciones y obras de ingeniería civil. Pueden ser materias primas naturales, como la piedra, la madera o el agua, o productos elaborados a partir de ellas, como el cemento, el acero o el vidrio.
¿Cuáles son las características y propiedades de los materiales de construcción?
Los materiales de construcción se pueden categorizar generalmente en dos fuentes, naturales y sintéticos. Los materiales naturales son aquellos que no se procesan o se procesan mínimamente por la industria, como la madera o el vidrio. Los materiales sintéticos se hacen en entornos industriales después de muchas manipulaciones humanas, como los plásticos y pinturas basadas en petróleo. Ambos tienen sus usos.
Estos materiales generalmente provienen de recursos naturales abundantes y económicos, como la arena, la arcilla y la piedra. Debido a la gran demanda, es esencial que su producción sea eficiente, tanto en términos de costos como de energía. Un ejemplo claro es el vidrio y el ladrillo, ambos derivados de materiales comunes pero con diferentes costos de producción.
Los materiales de construcción varían ampliamente en sus características, pero todos comparten una cualidad esencial: la durabilidad. Según su uso específico, deben cumplir con otros criterios como resistencia mecánica, resistencia al fuego o facilidad de mantenimiento. Cada material tiene sus fortalezas y limitaciones, por lo que arquitectos e ingenieros deben combinarlos estratégicamente para satisfacer las necesidades de cada proyecto.
Para su aplicación efectiva, los profesionales deben estar familiarizados con las propiedades de estos materiales, que pueden variar según el fabricante pero siempre deben cumplir con estándares mínimos. Las hojas de especificaciones proporcionadas por los fabricantes son herramientas clave en la fase de desarrollo de los proyectos.
Propiedades Físicas Relevantes:
- Densidad: Relación entre masa y volumen.
- Higroscopicidad: Capacidad de absorber agua.
- Coeficiente de Dilatación: Cambio de tamaño con la temperatura.
- Conductividad Térmica: Facilidad de transferencia de calor.
- Resistencia Mecánica: Capacidad de soportar cargas.
- Elasticidad: Capacidad de recuperar su forma original.
- Plasticidad: Deformación permanente bajo carga.
- Rigidez: Resistencia a la deformación.
¿Cuáles son los tipos de Materiales de Construcción?
Materiales de Construcción Naturales
Los materiales de construcción se pueden categorizar generalmente en dos fuentes, naturales y sintéticos. Los materiales naturales son aquellos que no están procesados o son mínimamente procesados por la industria, como la madera o el vidrio. Los materiales sintéticos se fabrican en entornos industriales después de muchas manipulaciones humanas, como los plásticos y las pinturas a base de petróleo.
Ambos tienen sus usos. El barro, la piedra y las plantas fibrosas son los materiales más básicos, aparte de las tiendas hechas de materiales flexibles como tela o pieles. Personas de todo el mundo han utilizado estos tres materiales juntos para crear hogares que se adapten a sus condiciones climáticas locales.
En general, la piedra y/o la maleza se utilizan como componentes estructurales básicos en estos edificios, mientras que el barro se utiliza para llenar el espacio entre ellos, actuando como un tipo de concreto y aislamiento. Un ejemplo básico es el entramado de madera y barro, utilizado principalmente como vivienda permanente en países tropicales o como estructuras de verano por antiguos pueblos del norte. Materiales de Construcción Naturales.
Tela
La tienda solía ser la vivienda de elección entre los grupos nómadas en todo el mundo. Dos tipos bien conocidos incluyen la cónica tipi y la circular yurta. Ha sido revivida como una técnica de construcción importante con el desarrollo de la arquitectura tensil y las telas sintéticas. Los edificios modernos pueden estar hechos de material flexible como membranas de tela, y sostenidos por un sistema de cables de acero o internos (presión de aire).
Barro y arcilla
La cantidad de cada material utilizado conduce a diferentes estilos de edificios. El factor decisivo suele estar conectado con la calidad del suelo utilizado. Mayores cantidades de arcilla generalmente significan usar el estilo cob/adobe, mientras que un suelo con baja cantidad de arcilla suele asociarse con la construcción de césped. Los otros ingredientes principales incluyen más o menos arena/grava y paja/hierbas.
La tierra compactada es tanto una técnica antigua como más reciente para crear paredes, una vez hecha compactando suelos de arcilla entre tablones a mano, ahora se usan formas y compresores neumáticos mecánicos. El suelo y especialmente la arcilla es una buena masa térmica; es muy bueno para mantener las temperaturas a un nivel constante.
Las casas construidas con tierra tienden a ser naturalmente frescas en el calor del verano y cálidas en el clima frío. La arcilla mantiene el calor o el frío, liberándolo durante un período de tiempo como la piedra. Las paredes de tierra cambian de temperatura lentamente, por lo que elevar o bajar artificialmente la temperatura puede usar más recursos que en, digamos, una casa construida de madera, pero el calor/frescura permanece más tiempo. Los pueblos que construyen principalmente con tierra y arcilla, como el cob, el césped y el adobe, resultaron en hogares que se han construido durante siglos en Europa occidental y del norte, así como en el resto del mundo, y continúan construyéndose, aunque a menor escala. Algunos de estos edificios han permanecido habitables durante cientos de años.
Roca
Las estructuras de roca han existido desde que la historia puede recordar. Es el material de construcción más duradero disponible y generalmente está fácilmente disponible. Hay muchos tipos de rocas en todo el mundo, todas con atributos diferentes que las hacen mejores o peores para usos particulares.
La roca es un material muy denso, por lo que ofrece mucha protección, su principal inconveniente como material es su peso y torpeza. Su densidad de energía también se considera un gran inconveniente, ya que la piedra es difícil de mantener caliente sin usar grandes cantidades de recursos de calefacción. Las paredes de piedra seca se han construido desde que los humanos pusieron una piedra encima de otra. Eventualmente, diferentes formas de mortero se usaron para unir las piedras, siendo el cemento el más común ahora.
Las tierras graníticas del Parque Nacional de Dartmoor, Reino Unido, por ejemplo, proporcionaron amplios recursos para los primeros pobladores. Se construyeron cabañas circulares a partir de rocas de granito sueltas durante el Neolítico y la Edad del Bronce temprana, y todavía se pueden ver los restos de unas 5,000.
El granito continuó utilizándose durante el período medieval (ver casa larga de Dartmoor) y hasta la actualidad. La pizarra es otro tipo de piedra, comúnmente utilizada como material de techado en el Reino Unido y otras partes del mundo donde se encuentra. Mayormente se pueden ver edificios de piedra en la mayoría de las ciudades importantes, algunas civilizaciones construyeron enteramente con piedra como las Pirámides en Egipto, las pirámides aztecas y los restos de la civilización Inca.
Paja
La paja es uno de los materiales más antiguos conocidos; la hierba es un buen aislante y se cosecha fácilmente. Muchas tribus africanas han vivido en hogares hechos completamente de hierbas durante todo el año.
En Europa, los techos de paja en las casas eran una vez prevalentes, pero el material cayó en desuso a medida que la industrialización y el transporte mejorado aumentaron la disponibilidad de otros materiales. Hoy en día, sin embargo, la práctica está experimentando un renacimiento. En los Países Bajos, por ejemplo, muchas de las nuevas construcciones también tienen techos de paja con tejas especiales en la parte superior.
Cepillo
Las estructuras de cepillo se construyen completamente a partir de partes de plantas y generalmente se encuentran en áreas tropicales y subtropicales, como las selvas tropicales, donde se pueden usar hojas muy grandes en la construcción. Los nativos americanos a menudo construyeron estructuras de cepillo para descansar y vivir también. Estos se construyen principalmente con ramas, ramitas y hojas, y corteza, similar a la choza de un castor. Estos fueron nombrados de diversas maneras como wickiups, lean-tos, y así sucesivamente.
Hielo
El hielo fue utilizado por los inuit para iglús, pero también se ha utilizado para hoteles de hielo como una atracción turística en áreas del norte que de otro modo podrían no ver muchos turistas de invierno.
Madera
La madera es un producto de los árboles y, a veces, otras plantas fibrosas, utilizado para fines de construcción cuando se corta o se prensa en madera y madera, como tablas, tablones y materiales similares. Es un material de construcción genérico y se utiliza en la construcción de casi cualquier tipo de estructura en la mayoría de los climas. La madera puede ser muy flexible bajo cargas, manteniendo la fuerza mientras se dobla, y es increíblemente fuerte cuando se comprime verticalmente.
Hay muchas cualidades diferentes en los diferentes tipos de madera, incluso entre especies de árboles iguales. Esto significa que especies específicas son mejores para varios usos que otras. Y las condiciones de crecimiento son importantes para decidir la calidad. Históricamente, la madera para construir estructuras grandes se usaba en su forma no procesada como troncos. Los árboles simplemente se cortaban a la longitud necesaria, a veces se les quitaba la corteza y luego se entallaban o ataban en su lugar.
En tiempos anteriores, y en algunas partes del mundo, muchas casas o comunidades rurales tenían un lote de madera personal de donde la familia o la comunidad cultivaría y cosecharía árboles para construir. Estos lotes se atendían como un jardín. Con la invención de las sierras mecanizadas vino la producción en masa de madera dimensional. Esto hizo que los edificios se levantaran más rápido y fueran más uniformes. Así se hizo la casa moderna de estilo occidental.
Ladrillo y Bloque
Un ladrillo es un bloque hecho de material cocido en horno, generalmente arcilla o pizarra, pero también puede ser de barro de menor calidad, etc. Los ladrillos de arcilla se forman en un molde (el método del barro blando), o en la fabricación comercial más frecuentemente extruyendo la arcilla a través de un dado y luego cortándolos con alambre al tamaño adecuado (el proceso del barro duro).
Los ladrillos se utilizaron ampliamente como material de construcción en los siglos 1700, 1800 y 1900. Esto probablemente se debió al hecho de que era mucho más retardante de llama que la madera en las ciudades cada vez más abarrotadas, y relativamente barato de producir. Otro tipo de bloque reemplazó a los ladrillos de arcilla a finales del siglo XX. Fue el bloque de ceniza. Hecho principalmente con concreto. Un material de bajo costo importante en los países en desarrollo es el bloque de arena y cemento, que es más débil pero más barato que los ladrillos de arcilla cocida.
Concreto
El concreto es un material de construcción compuesto hecho de la combinación de agregado (compuesto) y un aglutinante como el cemento. La forma más común de concreto es el concreto de cemento Portland, que consiste en agregado mineral (generalmente grava y arena), cemento Portland y agua. Después de mezclar, el cemento se hidrata y eventualmente se endurece en un material similar a la piedra.
Cuando se usa en el sentido genérico, este es el material al que se refiere el término concreto. Para una construcción de concreto de cualquier tamaño, ya que el concreto tiene una resistencia a la tracción bastante baja, generalmente se refuerza con varillas o barras de acero (conocidas como barras de refuerzo).
A este concreto reforzado se le llama concreto armado. Para minimizar cualquier burbuja de aire, que debilitaría la estructura, se utiliza un vibrador para eliminar cualquier aire que se haya atrapado cuando se vierte la mezcla de concreto líquido alrededor del hierro. El concreto ha sido el material predominante en esta era moderna debido a su longevidad, maleabilidad y facilidad de transporte.
Metal
El metal se utiliza como marco estructural para edificios más grandes como rascacielos, o como revestimiento exterior. Hay muchos tipos de metales utilizados para la construcción. El acero es una aleación de metal cuyo componente principal es el hierro, y es la elección habitual para la construcción estructural metálica. Es fuerte, flexible y si se refina bien y/o se trata dura mucho tiempo. La corrosión es el principal enemigo del metal en cuanto a longevidad. La menor densidad y mejor resistencia a la corrosión de las aleaciones de aluminio y estaño a veces superan su mayor costo.
El latón era más común en el pasado, pero hoy en día suele estar restringido a usos específicos o artículos especiales. El metal destaca bastante en estructuras prefabricadas como el cabaña Quonset, y se puede ver utilizado en la mayoría de las ciudades cosmopolitas. Requiere una gran cantidad de mano de obra humana para producir metal, especialmente en las grandes cantidades necesarias para las industrias de la construcción.
Otros metales utilizados incluyen titanio, cromo, oro, plata. El titanio se puede utilizar para fines estructurales, pero es mucho más caro que el acero. El cromo, el oro y la plata se utilizan como decoración, porque estos materiales son caros y carecen de cualidades estructurales como la resistencia a la tracción o la dureza.
Vidrio
Las ventanas claras se han utilizado desde la invención del vidrio para cubrir pequeñas aberturas en un edificio. Proporcionaron a los humanos la capacidad de dejar entrar la luz en las habitaciones al mismo tiempo que mantenían el mal tiempo afuera.
El vidrio generalmente se fabrica a partir de mezclas de arena y silicatos, y es muy frágil. Los «muros cortina» de vidrio modernos se pueden usar para cubrir la fachada completa de un edificio. El vidrio también se puede usar para abarcar una amplia estructura de techo en un «marco espacial».
Cerámica
Las cerámicas son cosas como baldosas, accesorios, etc. Las cerámicas se utilizan principalmente como accesorios o revestimientos en edificios. Pisos, paredes, encimeras e incluso techos de cerámica.
Muchos países utilizan tejas de cerámica para cubrir muchos edificios. Las cerámicas solían ser solo una forma especializada de disparar cerámica de arcilla en hornos, pero ha evolucionado hacia áreas más técnicas.
Plástico
Tuberías de plástico que penetran un piso de concreto en un edificio de apartamentos de gran altura en Canadá. El término plásticos cubre una gama de productos orgánicos sintéticos o semisintéticos de condensación o polimerización que pueden moldearse o extruirse en objetos, películas o fibras. Su nombre se deriva del hecho de que en su estado semilíquido son maleables, o tienen la propiedad de plasticidad. Los plásticos varían enormemente en tolerancia al calor, dureza y resiliencia. Combinada con esta adaptabilidad, la uniformidad general de composición y ligereza de los plásticos garantiza su uso en casi todas las aplicaciones industriales hoy en día.
Espuma
Lámina de plástico espumado para ser utilizada como respaldo para mortero ignífugo en el banco CIBC en Toronto. Más recientemente, la espuma de poliestireno sintético o poliuretano se ha utilizado en una escala limitada. Es liviano, fácilmente moldeable y un excelente aislante. Generalmente se usa como parte de un panel aislante estructural donde la espuma está intercalada entre madera o cemento.
Compuestos de Cemento
Los compuestos de cemento unidos son una clase importante de material de construcción. Estos productos están hechos de pasta de cemento hidratada que une partículas de madera o similares o fibras para hacer componentes de construcción prefabricados. Se han utilizado varios materiales fibrosos, incluyendo papel y fibra de vidrio, como aglutinantes. La madera y las fibras naturales están compuestas por varios compuestos orgánicos solubles como carbohidratos, glucósidos y fenoles.
Se sabe que estos compuestos retardan el fraguado del cemento. Por lo tanto, antes de usar una madera en la fabricación de compuestos de cemento, se evalúa su compatibilidad con el cemento. La compatibilidad del cemento con la madera es la relación de un parámetro relacionado con la propiedad de un compuesto de cemento y madera con respecto a la de una pasta de cemento puro.
La compatibilidad se expresa a menudo como un valor porcentual. Para determinar la compatibilidad del cemento con la madera, se utilizan métodos basados en diferentes propiedades, como características de hidratación, resistencia, unión interfacial y morfología. Los investigadores utilizan varios métodos, como la medición de las características de hidratación de una mezcla de cemento y agregado; la comparación de las propiedades mecánicas de las mezclas de cemento y agregado y la evaluación visual de las propiedades microestructurales de las mezclas de madera y cemento.
Se ha encontrado que la prueba de hidratación midiendo el cambio en la temperatura de hidratación con el tiempo es el método más conveniente. Recientemente, Karade et al. han revisado estos métodos de evaluación de compatibilidad y sugerido un método basado en el «concepto de madurez», es decir, teniendo en cuenta tanto el tiempo como la temperatura de la reacción de hidratación del cemento.
Materiales de Construcción en la Industria Moderna
La construcción moderna es una industria de miles de millones de dólares, y la producción y cosecha de materias primas para fines de construcción es a escala mundial. A menudo siendo un punto clave gubernamental y comercial entre naciones. Las preocupaciones ambientales también se están convirtiendo en un tema importante a nivel mundial en relación con la disponibilidad y sostenibilidad de ciertos materiales, y la extracción de tales cantidades grandes necesarias para el hábitat humano.
Datos sobre la evolución de los Materiales de Construcción
La evolución de los materiales de construcción y su impacto en el diseño arquitectónico ha sido un proceso entrelazado con la historia, impulsado por avances en la tecnología y la ciencia. Esta evolución comenzó con materiales locales como ladrillos de barro en el Medio Oriente y madera y piedra en Europa, y avanzó hacia el uso de concreto en la arquitectura romana, como se evidencia en estructuras colosales como el Coliseo. Posteriormente, la Revolución Industrial marcó un punto de inflexión con la producción en masa de acero y vidrio, lo que llevó a la creación de edificaciones más altas y con mejor iluminación natural, como la Torre Eiffel.
En la era moderna, los materiales han seguido evolucionando, con un enfoque creciente en la sostenibilidad. Materiales como el bambú y los materiales reciclados se están utilizando para construcciones ecológicas, mientras que la impresión 3D permite crear formas complejas. Además, la investigación actual está explorando el uso de nanotecnología y bio-materiales en la construcción, ofreciendo posibilidades para materiales más sostenibles y duraderos. Esta búsqueda de materiales innovadores y sostenibles se ve inspirada en parte por los métodos antiguos, como el concreto romano, que ha demostrado una durabilidad notable a lo largo del tiempo.
Esta historia de la evolución de los materiales refleja cómo los avances tecnológicos han permitido a los arquitectos expandir los límites de lo posible en el diseño de edificaciones, desde rascacielos hasta construcciones con un impacto ambiental reducido. Aunque los nuevos materiales presentan desafíos en términos de costos y durabilidad a largo plazo, la continua innovación promete llevar a la arquitectura hacia nuevas y emocionantes direcciones