Pág. 1 Sesión 1/4 Asignatura Clave Máster y Curso LA MATERIA MINERAL MATERIALES Construcción I. Materiales i técnicas. 1r curso Àrea de Construcció Curso 2015-2016 Revisión 03/03/2016 Autores: Xevi Prat, Joan Espinàs, Neus Mateu MATERIALES Índice general 1. Introducción 1.1. La materia pétrea 1.2. Propiedades genéricas 1.3. Propiedades medioambientales. Recursos y manipulación 1.4. Piedra natural y piedra artificial 2. Los componentes 2.1. Minerales componentes 2.2. Grupos de minerales 3. Las rocas 3.1. Sistemas de clasificación 3.2. Ciclo de las rocas 3.3. Rocas ígneas 3.4. Meteorización 3.5. Rocas Sedimentarias 3.6. Rocas Metamórficas 4. De la materia al mineral (material) 4.1 Sistemas de extracción y trabajo 4.2 Acabados 4.3 Propiedades 5. Adobe y tapial 5.1. Adobe 5.2. Tapial 6. Fuentes de información LA MATERIA MINERAL. MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 1. introducción Keops (-2600 a -2480) Paestum (-530 a -460) Stonehenge (-2750 a -1500) Panteón (118 a 126) Termas de Caracalla (212 a 216) MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 1. introducción Duomo, Sta. Maria di Fiore (1296 a 1462) Capella Pazzi (1429 a 1461) MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 1. introducción Flat Iron (1902) Casa Milà (1905 a 1910) Falling Water (1934 a 1948) La Tourette (1957 a 1960) Chrysler (1928 a 1930) Kimbell Museum (1967 a 1972) MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 1.2. La materia pétrea. Propiedades genéricas Material tradicional en la Europa occidental. Escogido durante muchos siglos como el material estrella para construir las estructuras verticales y las envolventes portantes de muchos edificios (arquitecturas megalíticas, Grecia, Roma, románico, gótico…). Gran disponibilidad. Durabilidad y resistencia a la compresión. Reutilización. Propiedades genéricas: Buena resistencia a compresión. Alta densidad. Alta inercia térmica. Estabilidad química (Alta durabilidad). Alta dureza (buena resistencia al desgaste). Incombustibilidad. Gran resistencia a ataques bióticos. Las metamórficas y volcánicas intrusivas: Alta compacidad, baja porosidad, buena impermeabilidad, poca capilaridad. Silícicas: Gran estabilidad química. Altísima durabilidad. Carbonatadas: Buena estabilidad química. Buena durabilidad. Atacables por ácidos. Tierra: Moldeable, porosa, higroscópica, buena compacidad y resistencia a la compresión en seco MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 1.3. La materia pétrea. Propiedades medioambientales Grandísimas reservas, pero con una tasa de renovación prácticamente nula, perceptible solo a escala geológica. Única fuente de producción la litosfera ((del griego) litos = piedra) Graves impactos asociados, principalmente locales, ligados principalmente a su extracción, sobretodo para la producción de derivados (cemento, cal, yeso). Gran impacto asociado al transporte a largas distancias, muy importantes debido al su gran peso. Evolución productiva: Por costes de producción y razones ambientales los nuevos sistemas arquitectónicos están derivando hacia el mundo del reciclaje y la prefabricación. Cada vez más alternativas a la piedra, basadas en materiales con orígenes más renovables. Buena durabilidad. Atacables por ácidos. Posibilidad de reutilización: Debido a su alta durabilidad puede ser reutilizada en nuevas construcciones procedente de anteriores que hayan quedado obsoletas MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 1.3. Propiedades medioambientales. Manipulación La manipulación del hombre. Conformación de la MATERIA MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 1.3. Propiedades medioambientales. Recursos y manipulación Según datos del World Watch Institute, la construcción consume el 60% de las extracciones de materias primas de la litosfera. Per cada m2 construido de un edificio se consumen más de 2,5 toneladas de materiales, 9.000 MJ de energía y se emiten más de 700 kg de CO2. Si tomamos la producción en Catalunya de materiales de la construcción y los comparamos con otros materiales o elementos que utilizamos en la nuestra vida cotidiana, se hace patente la importancia del impacto que puede llegar a provocar la extracción y fabricación de los materiales de este sector Recursos cemento Granulados Cerámica Cereales Fruta Carne Pescado Leche Cantidad (millones tn.) 7,50 41,00 2,40 1,43 1,16 1,41 0,044 0,64 MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 1.4. piedra natural y piedra artificial Piedra calcárea en barandilla. Venécia Escalera de piedra (basalto) Venécia Pavimento de piedra quarcita Bordillos de granito MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 1.4. piedra natural y piedra artificial piedra arenisca aplacada en fachada ventilada piedra arenisca en sillares. Catedral Lleida MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 1.4. piedra natural y piedra artificial Lógia del Capitaniato. Vicenza.1571 Palladio Arquitecturas minerales Vil·la Gazotti. Vicenza.1542-47 Palladio MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 1.4. piedra natural y piedra artificial La piedra y sus aplicaciones. piedra natural piedra de paredar: muros paredados, vueltas, granulados para rellenos o conformados bloques: muros, arcos, encintados Placas para revestimientos: aplacados y pavimentos piedra artificial (productos fabricados a partir de recursos minerales y tecnología específica) hormigón enyesados morteros de cal morteros de cemento cerámica piedra artificial piedra natural MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 1.4. piedra natural y piedra artificial Piedras naturales. Piedras artificiales (Revocos, hormigón, cerámica) MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 1.4. piedra natural y piedra artificial Erosión en una roca arenisca debida al viento piedra natural /piedra artificial Techo de Sala Conferéncias Casa Milà MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 2. Los componentes. Elementos y minerales Los componentes básicos de los minerales son los ELEMENTOS. (tabla Periódica) Un Átomo es la partícula más pequeña de MATERIA que conserva las características de un elemento. Los átomos se combinan entre si para formar Compuestos (molécula) Los átomos se combinan ganando o cediendo electrones de la última capa de energía si esta está incompleta. Según el tipo de combinación tenemos enlaces : iónico, covalente o metálico Los compuestos iónicos son iones con cargas opuestas (aniones o cationes) reunidos en una estructura cristalina regular que permite la máxima atracción entre sus iones en función de sus dimensiones. Los compuestos covalentes son los que en su última capa comparten electrones. Los compuestos metálicos son los que comparten los electrones de su última capa. MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 2.1 Los minerales componentes de las rocas de los 4.000 minerales conocidos solo 12 aproximadamente son los más abundantes en la formación de las rocas de la corteza terrestre. Son los minerales formadores de las rocas Es interesante saber también que solo 8 elementos constituyen la mayor parte de estos minerales y que representan + del 98% (en peso) de la corteza continental.(Litosfera) Por orden son: 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% O 50% 8,1% 5,0% 3,6% Na 2,8% K 2,6% Mg 45% 27,7% Al Ca 40% 46,6% Si Fe 35% 2,1% Mineral: compuesto inorgánico, sólido natural con una estructura interna ordenada y composición química definida. Roca: Agrupación de minerales. granito MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 2.2 Grupo de minerales del Silicato GRUP DE MINERALS DEL SILICAT (Si,O) (Mg,Fe)2SiO4 OLIVINA GRUP DELS PIROXENS GRUP DELS ANFIBOLS MIQUES FELDESPATS QUARS Estructura Simple Augita (Mg,Fe)SiO3 Cadenes senzilles Hornblenda Ca2(Fe,Mg)5Si8O22(OH)2 Cadenes dobles Biotita K(Fe,Mg)3AlSi3O10(OH)2 Làmines Moscovita Ortosa Plagiòclasi Cristall de roca Amatista KAl2(AlSi3O10)(OH)2 KAlSi3O8 (Ca,Na)AlSi3O8 SiO2 Xarxes tridimensionals Los feldespatos son con diferencia el silicato más abundante (50% de la corteza de la tierra). Su formación engloba un amplio abanico de presiones y temperaturas que dan lugar a un mineral de dureza 6 (aprox.) y un brillo vítreo -perlado. Roca granítica MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 2.2 Grupo de minerales de los no silicatados GRUP DE minerales NO SILICATATS Galena Esfalerita SULFURS (S) Pirita Calcopirita Cinabrio Hematites Magnetita ÒXIDS (O) Corindón Hielo Cuprita Casiterita Halita HALURS (Cl,F,Br) Fluorita Silvina Yeso SULFATS (SO4) Anhidrita Baritina Calcita Dolomita CARBONATS (CO3 ) Aragonita Siderita PbS Mena de Plom ZnS Mena de Zenc FeS2 Producció de àcid sulfúric CuFeS2 Mena de coure HgS Mena de mercuri Fe2O3 Mena de hierro, pigment Fe3O4 Mena de hierro Al2O3 Abrasiu H2O Forma sòlida de la agua CuO2 Mena de coure SnO2 Mena de estany NaCl Sal comú CaF2 Fabricació de la acero KCl Fertilitzant CaSO4·2 H2O pasota de yeso por tendidos CaSO4 Escaiola BaSO4 Llots de perforació CaCO3 cemento Portland y cal CaMg(CO3)2 cemento Portland y cal CaCO3 FeCO3 Calcita Selenita Pirita MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 3.1 Sistemas de clasificación de las rocas YACIMENTO: lugar de Extracción (en mina, a cielo abierto; sumergidas) ESTRUCTURA: Celular, Porosa, Fibrosa, Estratificada, MINERALOGIA : cuales son los sus minerales principales y composición CRISTALINA Tª. fusión exacta Estructura interna ordenada. Anisótropos Rompen por planos de exfoliación exactos Comportamiento elástico AMORFA Tª. fusión Aproximada. Pasa por período de ablandamiento No presenten una estructura interna clara. Isótropos No rompen por planos de exfoliación exactos. Comportamiento plástico ORIGEN GEOLÓGICO: ígneas, Sedimentarias y Metamórficas COMPOSICIÓN QUÍMICA: Grupo de los Silicatos o de los No silicatos. las variedades de colores claros son generalmente ácidas (con cuarzo SiO2) las de color oscuro normalmente son básicas (con feldespato cálcico) MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 3.2 El Ciclo de las rocas Sedimentación Meteoritzación y transporte "Tierra" Litificación rocas sedimentárias rocas ígneas Metamorfismo Magma rocas metamórficas Fusión MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 3.2 El ciclo de las rocas MAGMA Masa en estado de fusión y de una elevada temperatura, formada básicamente por silicatos. METEORIZACIÓN MECÁNICA Y/O QUÍMICA Disgregación mecánica (por heladas, choque térmico, erosión, descompresión, ataque biológico) Reacciones químicas (sulfatación, oxidación, hidrólisis, disolución) LITIFICACIÓN / DIAGÉNESIS Conjunto de cambios fisicoquímicos sufridos por los sedimentos, sin alteración de su composición mineralógica, des de que se depositan hasta que formen una roca coherente. METAMORFISMO Modificación de la estructura, de la composición mineralógica y, normalmente, de la composición química de las rocas provocada por la acción de agentes externos. MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 3.3 Las rocas ígneas ROQUES ÀCIDES PROCÉS ORIGEN TEXTURA APLIPTICA LENT (Fèlsic) PROFUND Amb Quars ROQUES BÀSIQUES Amb Feldespats SIENITES GRANET (Grà gruixut) PEGMALITICA DIORITES GRANDIORITES PORFIDS SIENITICS PORFIDIQUES MITJÀ PERIDIONTITES GABROS (Grans de gran tamnany) MITJÀ (Intermig) Sense Feldespats PORFIDS GRANITICS PORFIDS DIORITICS PORFIDS GABRICS MICROLITICA RÀPID (Màfic) PORF. QUARSIFERS TRANQUITES PORF. EFUSIU VITREA PEDRA TOSCA BASALTS Obsidiana piedra tosca Gabre Diorita Obsidiana MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 3.3 Las rocas ígneas Yacimiento de basalto Grava de basalto MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 3.4 Meteorización Mecánica y Química MECÁNICA O DETRÍTICA Fractura de la Roca en fragmentos más pequeños conservando las propiedades del material original. Aumento del área superficial disponible par el ataque químico. a) heladas (Dependiendo de la porosidad y de los ciclos de heladas) b) POR DESCOMPRESIÓN (En quedar las rocas expuestas a la erosión) c) TÉRMICA (cambios bruscos de temperatura. Desiertos) d) BIOLÓGICA (Plantas y animales excavadores, explotaciones minerales) Los Agentes erosivos : viento, hielo glacial y aguas de corrientes fluviales contribuyen a la desintegración de este materiales fracturados convirtiéndolos en partículas cada vez más pequeñas (arenas, gravas...) QUÍMICA Descomposición de las rocas y de las estructures internas de los minerales que las conforman. El agua es con diferencia el agente de meteorización disolvente más importante. a) DISOLUCIÓN (Ex. lluvia ácida que descompone las rocas de CO3Ca) (Sulfúrico) b) OXIDACIÓN (Por pérdida de electrones de los minerales con metales para producir óxidos de éstos) c) HIDRÓLISIS (Del Feldespato a la Caolinita : Arcilla) Modificación del PH por disolución en H2O MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 3.4 Meteorización Mecánica erosión por rozamiento de agua erosión alveolar en una arenisca MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 3.5 Las rocas sedimentárias SEDIMENTARIES D'ORIGEN QUIMIC SEDIMENTARIES DETRITIQUES TEXTURA Nom del sediment GRAVA GROSSA COMPOSICIÓ NO CLASTICA CRISTALINA DE FI A GROS Nom de la Roca CONGLOMERATS BRETXES (Grans angulosos) MITJA FINA MOLT FINA Bretxa SORRES Si el Feldespat és abundant la roca s'anomena ARCOSA ( Pedra Montjuich, Grauwacke, Marès,) SORRENQUES LLIMS LIMONITES HALITA NaCl LUTITA Fragments vegetals alterats ARGILES QUARS SiO2 GUIX CaSO4·2H2O Arcosa Calissa bioquímica Nom de la Roca CALISSA CRISTALINA TRAVERTI CALCITA CO3Ca (Grà arrodonit) GRAVA TEXTURA Halita Arcosa CLÀSTIQUES AMB CLOSQUES CIMENTADES DE FORMA DIFERENT CALISSES BIOQUÍMIQUES NO CLASTICA CRISTALI MOLT FI ROQUES SILICIES (Sílex i Pedernal) NO CLASTICA CRISTALI DE FI A GROS NO CLASTICA CRISTALI DE FI A GROS NO CLASTICA MATERIA ORGANICA DE GRA FI Calcita GUIX SALGEMA HULLA MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 3.6 Las rocas metamórficas DIAGÈNESIS : aumento de presión y temperatura sobre el estrato a medida que este va quedando sepultado por nuevos estratos (millones de años). No hay re cristalización. METAMORFISMO: las presiones y temperaturas son muy superiores y aquí si que se produce re cristalización de los iones que conforman los minerales componentes de la roca. INTENSITAT METAMORFICA origen 300º-300 Atm. ROQUES ACIDES Amb SiO2 ROQUES BASIQUES Sense SiO2 ARGILOSES GNEIS SIENITES GNEIS GABROS SERPENTINITES PERIDOTITES BASSALTS ANFOBOLITES GNEIS LUTITA LICORELLES PISSARRES LICORELLES PISSARRES ARCOSA CUARSITES CUARSITES CUARSITES CALISSES MARBRES MARBRES MARBRES SORRENQUES CARBONATADES Bretxa 800º-8.000 Atm. GNEIS PORFIDS IGNEAS SEDIMENTARIES GRANETS 600º-5.000 Atm. Calissa bioquímica MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 3.6 Gráfica de presión – grado de metamorfismo A medida que el grado de presión y temperatura -grado de metamorfismo aumenta -, da lugar a rocas con texturas diferenciadas y las composiciones químicas van cambiando. Bretxa Calissa bioquímica MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 3.6 rocas metamórficas Pizarra con fósiles vegetales Cuarcita (metamórfica) MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 4.1 sistemas de extracción y trabajo Extracción de rocas en cantera. Extracción en Minas Extracción a cielo abierto. Sistemas de Extracción Sierras. Manuales. Mecánicas. Sierras de agua a presión Cables. Hilo de acero Hilo de diamante Rayos láser. Ultrasonidos Explosiones Tacones Sistemas de cuñas De madera Metálicas. Bretxa Lanza térmica Trabajos en taller y obra. La labra. La estereotomia. HISTORIA. El paso de los grandes bloques a las placas. De Egipto a Roma. De la E. M. hasta la actualidad. LOS TRABAJOS EN TALLER Convertir un bloque en placas. La sierra de telar. La sierra de disco. EL ACABADO La pulidora La bujarda y los diferentes instrumentos de labrado: • • • El puntero. El cincel, … MATERIALES 4.1 Extracción en mina Bretxa LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS MATERIALES 4.1 Extracción y trabajo manual Bretxa LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 4.1 Extracción industrial a cielo abierto MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 4.1 Extracción industrial a cielo abierto MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 4.1 Extracción industrial a cielo abierto MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 4.1 Extracción industrial a cielo abierto MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 4.1 Extracción industrial a cielo abierto MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 4.1 Extracción industrial a cielo abierto MATERIALES 4.1 trabajo industrial LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS MATERIALES 4.1 trabajo industrial LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS MATERIALES 4.1 trabajo industrial LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS MATERIALES 4.1 trabajo industrial LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS MATERIALES 4.1 trabajo industrial LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS MATERIALES 4.1 trabajo industrial LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS MATERIALES 4.1 trabajo industrial LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS MATERIALES 4.1 trabajo industrial LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS MATERIALES 4.2 Acabados de la piedra Bretxa LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS MATERIALES 4.2 Acabados de la piedra Bretxa LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 4.3 Propiedades E (N/mm2) ρ (Kg/m3) diamante 1,200·106 3.500 acero 0,210·106 7.800 fibras carbono 0,200·106 2.000 titanio 0,120·106 4.500 vidrio 0,073·106 2.400 ladrillo 0,021·106 2.000 hormigón 0,015·106 2.500 piedra cuarcita 0,012·106 2.650 piedra granítica 0,011·106 2.660 piedra caliza 0,007·106 2.140 Bretxa Los valores del módulo de Elasticidad (E) y Densidad (ρ) de las piedras, se aproximan a los valores del hormigón y de los ladrillos, y se alejan de la resta de los materiales de la tabla. las construcciones minerales utilizan materiales con propiedades similares para conseguir comportamientos lo más homogéneos posibles. MATERIALES 4.3 Propiedades LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS MATERIALES 4.3 Propiedades LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS MATERIALES 4.3 Propiedades LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS MATERIALES 4.3 Propiedades LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS MATERIALES 4.3 Propiedades LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS MATERIALES 4.3 Propiedades LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS MATERIALES 4.3 Propiedades LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS 4.3 Propiedades. Productos derivados Materiales aislantes térmicos AGLOMERADOS DE YESO O CEMENTO CON ARLITA Fabricación: roca volcánica vítrea que se tritura y se calienta a 1200ºC expandiéndose a causa del agua que contiene Energia de fabricación: ??? Formato: Morteros proyectados LANA DE ROCA Fabricación: Aglomerado de fibras obtenidas por la fusión del basalto (roca volcánica) i un proceso de centrifugación posterior (a temperaturas más elevadas que la fibra de vidrio) Energia de fabricación: 14,6-16(33) MJ/ Kg. Formato : Mantas ligeras Mantas semi-rígidas Paneles ligeros Paneles rígidos Paneles con superficie extra dura MATERIALES LA MATERIA MINERAL. TIERRA 5.1 Adobes o Bloques de Tierra Compactada (BTC) Muros de PIEZAS de arcilla, grava, paja y arena, secadas al sol. También llamadas Bloques de Tierra Compactada (BTC) MATERIALES LA MATERIA MINERAL. TIERRA 5.1 Adobes o Bloques de Tierra Compactada (BTC) 1300 a.c. MATERIALES LA MATERIA MINERAL. TIERRA 5.2 Tapial El Tapial es una técnica muy antigua que consiste en construir muros con tierra arcillosa, compactada a golpes mediante un pisón, y usando un encofrado para contenerla y conformarla. MATERIALES 5.2 Tapial LA MATERIA MINERAL. TIERRA MATERIALES LA MATERIA MINERAL. PIEDRAS Bibliografia Ciencias de la Tierra. (Edward J. Tarbuck y Frederick K. Lutgens, Ed. PEARSON) Tecnología. La construcció de l’arquitectura. 1. Les tècniques. (I. Paricio, Ed. ITEC) La construcció de l’arquitectura. 2. Los elements. (I. Paricio, Ed. ITEC) Informes de la Construcción. Vol 63, No 523 (2011) La tierra, material de construcción (Baixable en format PDF) Diccionari manual de la construcció (ITEC) Diccionari visual de la construcció (ITEC) (Baixable en format PDF) http://www10.gencat.net/ptop/AppJava/cat/documentacio/llengua/terminologia/diccvisual.jsp