MATERIALES ESTRUCTURALES

Todos los materiales, sólidos, líquidos o gaseosos, tienen alguna naturaleza estructural, el aire que respiramos tiene una naturaleza estructural: resiste a la compresión, el agua soporta los más grandes vehículos hechos por los hombres; enormes barcos transoceánicos. El aceite soporta cargas tan elevadas que se usa en presas hidráulicas entre muchos ejemplos más.

En el estudio o diseño de estructuras, interesan las propiedades particulares de los materiales. Estas propiedades críticas se pueden dividir en propiedades estructurales esenciales y propiedades generales. Las propiedades estructurales esenciales incluyen las siguientes:

• Resistencia: puede variar para los diferentes tipos de fuerzas, en diferentes direcciones, en diferentes edades o diferentes valores de temperatura o contenido de humedad.
• Resistencia a la deformación: grado de rigidez, elasticidad, ductilidad; variación con el tiempo, temperatura, etc.
• Dureza: resistencia al corte de la superficie, raspaduras, abrasión o desgaste.
‘ Resistencia a la fatiga: perdida de la resistencia con el tiempo; tractura progresiva: cambio de forma con el tiempo.
• Uniformidad de estructura física: vetas y nudos en la madera, agrietamiento del concreto, planos cortantes en la roca, efectos de la cristalización en los metales.

Las propiedades generales de interés en el uso y evaluación de materiales estructurales incluyen las siguientes:

• Forma: natural, remoldeada o reconstituida.
• Peso: como contribuyente a las cargas gravitacionales de la estructura.
• Resistencia al fuego: combustibilidad, conductividad, punto de fusión y comportamiento general de altas temperaturas.
• Coeficiente de expansión térmica: relacionado con los cambios dimensionales debidos a las variaciones de temperatura; critico cuando se acoplan varios materiales.
• Durabilidad: resistencia al clima, pudrición, insectos y desgastes.
• Apariencia: natural o modificada.
• Disponibilidad y uso.

En general la elección de materiales debe hacerse a menudo con base en varias propiedades. tanto estructurales como generales. Además se tiene que categorizar las diversas propiedades, según su importancia.

1. MADERA

Las inovaciones técnicas han superado algunas de las limitaciones tradicionales de la madera. Las técnicas especiales de sujeción han hecho posibles estructuras de mayor tamaño mediante un mejor ensamble. La combustibilidad, la podredumbre y la infestación de insectos se pueden retardar con la utilización de impregnaciones químicas. El tratamiento con vapor o gas amoniacal puede hacer altamente flexible a lamadera, permitiéndole asumir formas plásticas. Los movimientos dimensionales debido a los cambios de temperatura o e humedad, siguen constituyendo un problema para la madera. La resistencia al fuego se puede obtener hasta cierto grado. Los elementos de madera son suaves y se dañan con facilidad; por lo tanto, el daño debido a su manejo y uso es un problema.

Aunque existen cientos de especies el uso estructural para edificios está limitado principalmente a algunas maderas de coníferas: abeto Douglas, pino del sur, pino blanco del norte. La disponibilidad local y el costo son los principales factores en la elección de una especie en particular.

2. ACERO

El acero se usa en gran variedad de tipos y formas en casi cualquier edificio. El acero es el material más versátil de los materiales estructurales comunes. También es el más  fuerte, el más resistente al envejecimiento y el  generalmente el más confiable en cuanto a calidad. El  acero es Lii material completamente industrializado y está  sujeto a estrecho control de su composición y de los  detalles de su moldeo y fabricación. Tiene las cualidades  adicionales deseables de no ser combustible, no pudrirse  y ser estable dimensionalmente con el tiempo y los cambios de temperatura.  Las dos desventajas principales del acero para estructuras son inherentes al material; estas son su rápida absorción de calor y la péiida deresistencia (cuando se expone al fuego), corrosión (cuando se expone a la humedad y al aire).



3. CONCRETO

En la construcción la palabra concreto se usa para describir una variedad de materiales que tienen un elemento en común: el uso de un agente aglutinante o aglomerante para formar una masa solida a partir de un agregado suelto inerte ordinario. Los tres ingredientes básicos del concreto ordinario son agua. agente aglomerante (cemento) y agregado suelto (arena y grava). El concreto ordinario tiene varios atributos, el principal es su bajo costo general y su resistencia a la humedad, la oxidación, los insectos, el fuego y los desgastes, puede tomar una gran variedad de formas. La principal desventaja es la falta de resistencia al esfuerzo de tensión. Por lo que es imperativo el uso de refuerzo inerte o pretensado para cualquier función estructural deflexión o torsión considerables

4. ALUMINIO

El aluminio se usa para una gran variedad de elementos estructurales, decorativos y funcionales en la construcción de edificios. Las principales ventajas son su peso ligero y su alta resistencia a la corrosión. Entre las desventajas están su suavidad, su baja rigidez, sus grandes variaciones de dimensión por su expansión térmica, su baja resistencia al fuego y su costo relativamente alto.

Su uso estructural está limitado por su costo y sus grandes cambios dimensionales causados por la baja rigidez del material reduciendo su resistencia al pandeo.

5. MAMPOSTERIA

Se usa para describir una gran variedad de formaciones que constan de elementos separados unidos entre si por algún relleno aglutinante. Los elementos pueden ser roca bruta o corlada, losetas, entre otros. Tradicionalmente el aglutinante es mortero de cemento-cal, además este producto de construcción no requiere la misma cantidad de cimbra y apuntalamiento temporal como se necesita para una estructura de concreto colado. Dos principales problemas de la estructura de mampostería son la contracción del mortero y el agnetamiento por expansión térmica.

6. PLASTICOS

Representa la mayor variedad de uso en la construcción de edificios. Las múltiples propiedades del material y de los procesos de moldeo proporcionan un campo ilimitado para la imaginación de los proyectistas. Las principales desventajas son su falta de resistencia al fuego, escasa rigidez, grandes variaciones por expansión térmica, entre otras. Algunos de los princales usos en la construcción son: 

Sustituto del vidrio: en forma transparente o translucida, como tragaluces (burbujas, ventanas) 

Revestimiento: rodó, pintura, aplicación de capas (forma liquidad, de películas, laminas) para proteger muros, techos, muros de cimentación y cubiertas de superficies planas.

Adhesivos: resinas epóxicas y pegamentos de matriz para ensamblar y resanar.



Elementos moldeados: moldura, accesorios, tableros y herrería.

Espumas: en elementos prefabricados o colados in situ en forma de espuma, como aislantes o rellenos para diversos usos.

7. MATERIALES DIVERSOS

Vidrio: el vidno ordinario posee considerable resistencia, pero es frágil, y poco resistente al impacto, este material se usa en revestimientos, así como ventanena tranparente.

Fibra de vidrio: un uso especial del vidrio es en su forma fibrosa, su uso conocido es en el que las fibras se suspenden en una resma produciendo plástico reforzado con fibra de vidrio.

Papel: material en forma de hoja, producido con trapo o fibra de madera, se usa en la construcción de edificios, su uso estructural ha sido limitado a funciones menores como; material de moldeo cimbra para concreto precolado.