Tema 6: Las piedras naturales y los suelos. 1. Los minerales en la naturaleza. Origen y clasificación de las piedras naturales. 2. Estructura, tipos y propiedades de las piedras naturales. 3. Extracción, procesado y aplicaciones de las piedras naturales en Construcción. 4. Tipos de suelos. Arquitectura con tierra. 5. Los áridos. Normativa, designación y aplicaciones. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Curso 2007-2008. Escuela Técnica Superior de Arquitectura. Profesor Gonzalo Barluenga Badiola

Objetivos Docentes del Tema 6: • “Conocer y diferenciar los tipos, estructura, propiedades y aplicaciones constructivas de las piedras naturales en Arquitectura y Urbanismo.” • “Conocer las aplicaciones de los suelos como material de construcción.”

Las piedras naturales y los suelos. • La corteza terrestre está formada por materiales sólidos (principalmente de origen mineral). • Se distinguen dos tipos de materiales: Rocas: agregados masivos de minerales (consolidados). Suelos: agregados no consolidados (minerales y mat. org.) • Usos como materiales de construcción: Rocas

Piedras y áridos (machaqueo)

Suelos

Arcillas y áridos

Los minerales en la naturaleza • Los minerales son sustancias sólidas con composición química determinada y estructura cristalina. • Los más abundantes son: Tipo

Composición

Carbonatos Ca y Mg Óxidos e hidróxidos Al, Fe y Si Silicatos Al, Na, Ca, K y Mg Sulfatos Ca Fosfatos Sulfuros Nitratos

Ca Fe y Cu Metales

Minerales Calcita y dolomita Alúmina, cuarzo Feldespato, mica Yeso, alabastro Apatito Pirita, blenda, galena Nitratina y salitre

Origen de las piedras naturales

Clasificación de las piedras naturales • Las piedras son rocas utilizadas en construcción y se clasifican por su origen geológico: Tipo

Ígneas

Origen

Magma solidificado

Temp. form. 550 - 1300 ºC

Sedimentarias

Metamórficas

Erosión, transporte Transformación por y sedimentación calor y presión Hasta 200 ºC

200 - 900 ºC

Daparente

> 2,5 g/cm3

< 2,5 g/cm3

≅ 2,5 g/cm3

Pabierta

0,5 - 3 %

20 - 40 %

0,5 - 3 %

Usadas en construcción

Granito Basalto Pórfidos

Areniscas, Margas Mármol Caliza, Travertino Pizarra y esquistos Aljez, Alabastro Gneis

Estructura y propiedades de las piedras naturales • Como en cualquier material natural, las propiedades no son siempre iguales (imperfecciones y heterogeneidad). • Éstas dependen de su composición (origen) y estructura: Microestructura: mono o policristalina (polifásica). Macroestructura: porosas o compactas. • Las propiedades físicas y mecánicas de las piedras condicionan su procesado y aplicaciones. • Propiedades a considerar: porosidad (absorción, permeabilidad, heladicidad, entumecimiento, etc.), densidad, dureza, resistencia y durabilidad.

Granito (ígnea intrusiva-plutónica) • Policristalina polifásica (cuarzo, feldespato y mica). • Muy dura (pulido posible pero difícil). Tipos: • Propiedades: Blanco Cristal Porosidad

0,3 – 0,5 %

D aparente

2,5 – 3,2 g/cm3

Dureza Resistencia comp. Resistencia flex. Desgaste Entumecimiento Durabilidad

6-7 (Mohs) 180-240 MPa 10-20 MPa 5-8 mm (DIN 52108) Inapreciable Descomposición química

Gris Perla Rosa Porriño Negro Sudáfrica Rojo África Verde imperial

Granitos

Gris Perla

Verde Imperial

Blanco Cristal

Rosa Porriño

Rojo África

Negro Sudáfrica

Arenisca (sedimentaria cementada) • Arenas silíceas cementadas • Fáciles de tallar (no se pueden pulir). • Propiedades: Porosidad

5 – 30 %

D aparente

1,9 – 2,5 g/cm3

Tipos: Novelda Villamayor

Dureza

1-5 (Mohs)

Duero

Resistencia comp.

30-200 MPa

Quintanar

Resistencia flex. Desgaste Entumecimiento Durabilidad

3-20 MPa 5-8,5 mm (DIN 52108) 0,7 mm/m Descomposición

Amarilla Roja

Areniscas

Villamayor

Duero

Quintanar

Amarilla

Ojo de perdiz

Roja

Caliza (sedimentación química) • Precipitación química de carbonatos • Fácil labra y pulimento parcial. • Propiedades: Porosidad

0,1 – 15 %

D aparente

1,9 – 2,8 g/cm3

Tipos: Blanco Paloma Rosa Sepúlveda

Dureza

3-4 (Mohs)

Crema Castilla

Resistencia comp.

20-180 MPa

Piedra de Boñar

Resistencia flex. Desgaste

5-15 MPa 15-40 mm (DIN 52108)

Entumecimiento

0,8 mm/m (porosas)

Durabilidad

Desgastable (erosión)

Piedra de Silos Páramo

Calizas

Blanco Paloma

Rosa Sepúlveda

Crema Castilla

Piedra de Boñar

Piedra de Silos

Páramo

Travertino (sedimentaria por precipitación) • Son piedras constituidas por tobas calizas. • Son porosas y contienen restos de plantas e impresiones. • Suelen confundirse con mármoles, aunque son menos densos.

Ibérico

Oro

Rojo

Alabastro (sedimentaria evaporítica) • Piedra caliza translúcida, de color blanco, rosado o amarillento (también puede ser de yeso). • Fácil talla y pulido. Frágil y degradable. • Es parecido al mármol aunque más blando. • Permite el paso de la luz (parcialmente).

Mármol (metamórfica) • Proceden de calizas metamórficas (recristalizadas). • Fácil labra y pulimento. Tipos: • Propiedades:

Blanco Macael

Porosidad

0,1 – 0,5 %

D aparente

2,5 – 2,7 g/cm3

Crema Marfil

Dureza

3-4 (Mohs)

Marrón Imperial

Resistencia comp.

80-120 MPa

Rojo Alicante

Resistencia flex. Desgaste

5-15 MPa 15-40 mm (DIN 52108)

Entumecimiento

0,8 mm/m (porosas)

Durabilidad

Desgastable (erosión)

Negro Marquina Verde Monreal

Mármoles

Blanco Macael

Crema Marfil

Negro Marquina

Marrón Imperial

Rojo Alicante

Verde Monreal

Pizarra (metamórfica) • Metamorfismo regional de arcillas sedimentadas. • Grano fino y color negro o azulado. • Pueden presentar contaminación por óxidos metálicos. • Frágiles y exfoliables.

Gris

Filitas

Multicolor

Gneis (metamórfica) • Formación por metamorfismo regional intenso. • Tiene una composición similar a los granitos. • Se distinguen por la orientación en bandas de las micas. • Presentan cristales de cuarzo grandes (ojo de sapo).

Extracción y procesado de la piedra • La Cantería es el arte de obtención de piedra para aplicaciones diversas de la corteza terrestre. • La Cantería trata los procesos de extracción, corte, labra, tratamiento, acabado y pulimento de la piedra. • Estos procesos se realizan en la cantera (lugar donde se encuentra la piedra) y en el taller de cantería. • El fin del proceso es obtener productos de piedra útiles en construcción.

Extracción de la piedra (Cantera)

Extracción de la piedra

Extracción de la piedra

CORTE CON HILO: CARA TRASERA

CORTE CON SIERRA: CARA INFERIOR Y LATERALES

Corte de la piedra (taller)

Marcado del corte

Corte con radial

Transporte y almacenaje de placas cortadas

REFUERZO DE PLACAS DE GRANDES DIMENSIONES CON MALLA DE FIBRA DE VIDRIO

Corte de cantos (taller)

Torneado (taller)

Tallado (taller)

Tratamientos superficiales (Acabados) • Tipos de acabados superficiales (de + a – fino): Pulido (Mármoles y Granitos) Apomazado (Calizas) Flameado (Granitos) Raspado (Areniscas) Abujardado Serrado, Cortado, Partido y Lajado. • Producen diferentes texturas. • No se pueden aplicar a todos los tipos de piedras.

Tratamientos superficiales (Acabados)

Aplicaciones de las piedras naturales en Construcción • La piedra se utiliza en construcción para diferentes aplicaciones (estructurales, cerramientos, acabados). • Suele usarse en elementos vistos (interior y exterior). • Aplicaciones: Obras de fábrica (sillería, mampostería). Piezas complementarias (balaustres, jambas, dinteles). Revestimientos de suelos y escaleras. Revestimientos de paredes (Interior). Aplacados y chapados (exterior). Cubiertas (pizarras)

Aplicaciones de las piedras naturales en Construcción

Aplicaciones de las piedras naturales en Construcción

Aplicaciones de las piedras naturales en Construcción

Aplicaciones de las piedras naturales en Construcción (Cubierta)

Formatos piezas de Pizarra para cubierta

Productos de piedra natural • La forma, dimensiones y acabados dependen de la aplicación y su situación (interior o exterior). • Tipos habituales (por aplicaciones): Mampostería: Piezas sillarejos y sillares.

irregulares,

careadas,

Revestimientos: Placas y plaquetas. Pavimentos: Baldosas, adoquines y bordillos. Cubiertas: Placas y piezas conformadas.

Normativa sobre piedras naturales para Construcción • Los productos de piedra para Construcción deben cumplir las normas generales derivadas de su aplicación concreta (Código Técnico): DB- SE- F. Resistencia y Estabilidad DB- HE. Comportamiento térmico. DB- HR. Comportamiento acústico. • Productos con marcado CE: Baldosas, adoquines y bordillos exterior; Placas, plaquetas y baldosas interior; Pizarra y piedra para cubierta inclinada. • El resto será obligatorio a partir de 2008. (Sistema de evaluación 4: Marcado y Declaración).

Tipos de suelos • Los suelos son agregados no consolidados. • Se distinguen dos tipos: Coherentes: mezclas de arcillas y arenas. Incoherentes: Granulares (arenas y gravas). • Las arcillas se utilizan como material de construcción en forma de tapial y adobe y para la fabricación de materiales y productos cerámicos. • Los suelos granulares se emplean como componente de materiales compuestos (normalmente conglomerados), como relleno, estratos filtrantes, drenajes y para fabricar vidrio (sílice).

Arquitectura con tierra • El material principal son las arcillas (minerales laminares de partículas muy pequeñas). • Tienen un comportamiento plástico al mezclarlas con agua. Muestran una gran adherencia. • Aplicaciones: Tapial: masa de tierra y paja, en encofrado Adobe: bloques de tierra y paja, dejados secar al sol Bloque compactado: piezas de tierra, arena y agua, prensados . • Las soluciones actuales usan componentes para mejorar su comportamiento (cal, yeso, cemento, resinas, etc.)

Arquitectura con tierra (tapial)

Arquitectura con tierra (adobe y bloque)

Los áridos naturales • Son materiales disgregados que se utilizan como componentes de materiales compuestos conglomerados (morteros y hormigones) o aglomerados. • Son el componente mayoritario (entre el 40 y el 80 %). • Constan de partículas incoherentes de diferentes tamaños. • Se suelen clasificar: Por tamaño: Zahorras, gravas, arenas y finos. Por forma: rodados o angulosos (machaqueo de rocas).

Compacidad de un árido • Representa la proporción de volumen de partículas sólidas respecto al volumen que ocupa el árido (Vap). • Aumenta mezclando diferentes tamaños de grano: (Los pequeños rellenan los huecos de los grandes).

Monogranular

2 tamaños de grano

3 tamaños de grano

• Una mayor compacidad reduce la cantidad de pasta necesaria para fabricar materiales conglomerados.

Áridos: aplicaciones en Construcción • Materiales conglomerados: Morteros, Hormigones y Piedra Artificial. • Materiales aglomerados: Pavimentos bituminosos, capas de rodadura, piedra artificial. • Rellenos: Capas de nivelación, drenajes. • Pavimentos: Bases y suelos compactados. • Protecciones: Impermeabilizaciones autoprotegidas.

bituminosas

Áridos: Normativa y designación • Desde 2004, los áridos deben obtener el marcado CE para su utilización en Construcción. • Los áridos se designan en función de su naturaleza (composición), forma y tamaño máximo y mínimo. • Normativa (en función de su aplicación): Arenas en morteros de albañilería Áridos para hormigones

CTE DB-SE-F EHE-99

• Además de los áridos naturales, existen áridos artificiales y reciclados.

Tema 6: Las piedras naturales y los suelos. 1. Los minerales en la naturaleza. Origen y clasificación de las piedras naturales. 2. Estructura, tipos y propiedades de las piedras naturales. 3. Extracción, procesado y aplicaciones de las piedras naturales en Construcción. 4. Tipos de suelos. Arquitectura con tierra. 5. Los áridos. Normativa, designación y aplicaciones. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Curso 2007-2008. Escuela Técnica Superior de Arquitectura. Profesor Gonzalo Barluenga Badiola

Bibliografía de consulta recomendada. Tema 6 • Fernández Madrid, J.; Manual del granito para arquitectos, Asociación gallega de graniteros, 1996. • García de los Ríos, J. I., Báez, J. M.; La piedra en Castilla y León, Junta de Castilla y León, 1994. • Olarte, J. L. y Guzmán , E.; Manual de edificación con tierra armada: Diseño, cálculo y construcción con el sistema CET, D. G. Arquitectura CM, 1993.