Material de construcción

El costo económico inicial de los materiales de construcción es el precio de compra. Este suele ser el factor determinante en la decisión sobre qué materiales utilizar. A veces, se consideran el ahorro energético o la durabilidad de los materiales y se valora la posibilidad de pagar un costo inicial más alto a cambio de un menor costo total a lo largo de su vida útil. Por ejemplo, la instalación de un techo de tejas asfálticas es más económica que la de un techo de metal, pero este último dura más, por lo que el costo total anual es menor. Algunos materiales requieren más cuidados que otros, y los costos de mantenimiento específicos de cada material también pueden influir en la decisión final. Un riesgo a considerar al estimar el costo total de un material es que el edificio sufra daños por incendio o viento durante su vida útil, lo que anularía el valor de su vida útil restante. Otro riesgo es que el material no sea tan duradero como se anuncia. Como dice el dicho: "Si hay que hacerlo, hay que hacerlo bien".

Los costos de contaminación pueden ser macro y micro. Los costos macro de un material de construcción incluyen el daño ambiental asociado en su origen (industrias extractivas como la minería, el petróleo y la tala); en el transporte de las materias primas; durante la fabricación; en el transporte del producto terminado; desde la venta minorista; y desde la instalación. Los costos micro de la contaminación incluyen la emisión de gases de los materiales de construcción instalados en el edificio o la contaminación del aire interior . Los materiales de construcción de la Lista Roja son materiales que se consideran dañinos. La huella de carbono se refiere a las emisiones totales de gases de efecto invernadero producidas durante la vida útil del material. Un análisis del ciclo de vida también incluye la reutilización , el reciclaje o la eliminación de los residuos de construcción . Dos conceptos en la construcción que tienen en cuenta la economía ecológica de los materiales de construcción son la construcción verde y el desarrollo sostenible .

Los costos energéticos iniciales incluyen la cantidad de energía consumida para producir, entregar e instalar el material. El costo energético a largo plazo comprende los costos económicos, ecológicos y sociales de seguir produciendo y suministrando energía al edificio para su uso, mantenimiento y eventual desmantelamiento. La energía incorporada inicial de una estructura es la energía consumida para extraer, fabricar, entregar e instalar los materiales. La energía incorporada a lo largo de la vida útil del edificio aumenta con el uso, el mantenimiento y la reutilización/reciclaje/eliminación de los materiales de construcción, así como con la forma en que estos y el diseño contribuyen a minimizar el consumo energético total de la estructura.

Los costos sociales incluyen lesiones y problemas de salud de las personas que producen y transportan los materiales, así como posibles problemas de salud para los ocupantes de los edificios si existen problemas con la bioquímica de la construcción. La globalización ha tenido un impacto significativo en las personas, tanto en términos de empleos, habilidades y autosuficiencia perdidos cuando se cierran las fábricas, como en los aspectos culturales de los lugares donde se abren nuevas instalaciones. Los aspectos del comercio justo y los derechos laborales constituyen costos sociales de la fabricación global de materiales de construcción.

Las estructuras de ramas se construyen enteramente con partes de plantas y se han utilizado en varias culturas, incluyendo los pueblos nativos americanos en la Gran Cuenca y el suroeste de América del Norte y ^{[ 5 ]} los pueblos pigmeos en África. ^{[ 6 ]} Estas se construyen principalmente con ramas, ramitas, hojas y corteza, similares a la madriguera de un castor . Estas se denominaban de diversas maneras, como wikiups , lean-tos, etc.

Una extensión de la idea de construcción con ramas es el proceso de entramado de ramas y barro, en el que se utilizan suelos arcillosos o estiércol , generalmente de vaca , para rellenar y cubrir una estructura de ramas entrelazadas. Esto proporciona a la estructura mayor masa térmica y resistencia. El entramado de ramas y barro es una de las técnicas de construcción más antiguas. ^{[ 7 ]} Muchos edificios antiguos con estructura de madera incorporan entramado de ramas y barro como muros no portantes entre los marcos de madera.

La nieve y, ocasionalmente, el hielo ^{[ 8 ]} han sido utilizados por los pueblos inuit para la construcción de iglús y refugios quinzhee . El hielo también se ha utilizado para construir hoteles de hielo como atracción turística en climas del norte. ^{[ 9 ]}

Los edificios construidos con arcilla suelen presentarse en dos tipos distintos. Uno consiste en construir las paredes directamente con la mezcla de barro, y el otro en construir las paredes apilando bloques de construcción secados al aire, llamados ladrillos de barro .

Otros usos de la arcilla en la construcción incluyen su combinación con paja para crear arcilla ligera , entramado de ramas y barro , y revoco de lodo .

La arena se utiliza con cemento y, a veces , cal para hacer mortero para trabajos de mampostería y enlucido . La arena también se utiliza como parte de la mezcla de hormigón. Un material de construcción importante y de bajo costo en países con suelos con alto contenido de arena es el bloque de hormigón de arena , que es más débil pero más barato que los ladrillos de arcilla cocida. ^{[ 13 ]} Los compuestos de poliéster reforzados con arena se utilizan como ladrillos.

Las estructuras de roca existen desde tiempos inmemoriales. Es el material de construcción más duradero y, por lo general, está fácilmente disponible. Existen muchos tipos de roca, con diferentes atributos que las hacen más o menos adecuadas para usos específicos. La roca es un material muy denso, por lo que ofrece mucha protección; su principal inconveniente como material de construcción es su peso y la dificultad de trabajarla. Su densidad energética es tanto una ventaja como una desventaja. La piedra es difícil de calentar sin consumir una cantidad considerable de energía, pero, una vez caliente, su masa térmica le permite retener el calor durante periodos de tiempo útiles. ^{[ 14 ]}

Los muros de piedra seca y las chozas se han construido desde que el ser humano empezó a apilar piedras. Con el tiempo, se utilizaron diferentes tipos de mortero para unir las piedras, siendo el cemento el más común en la actualidad.

Las tierras altas salpicadas de granito del Parque Nacional de Dartmoor , en el Reino Unido, por ejemplo, proporcionaron abundantes recursos a los primeros pobladores. Se construyeron cabañas circulares con rocas de granito sueltas durante el Neolítico y la Edad del Bronce temprana , y los restos de unas 5000 aún se pueden ver hoy en día. El granito se siguió utilizando durante la Edad Media (véase la casa comunal de Dartmoor ) y hasta la época moderna. La pizarra es otro tipo de piedra, comúnmente utilizada como material para tejados en el Reino Unido y otras partes del mundo donde se encuentra.

En la mayoría de las grandes ciudades se pueden observar edificios de piedra , y algunas civilizaciones construyeron predominantemente con este material, como las pirámides egipcias y aztecas y las estructuras de la civilización inca .

La paja es uno de los materiales de construcción más antiguos que se conocen. "Paja" es sinónimo de "hierba"; la hierba es un buen aislante y fácil de cosechar. Muchas tribus africanas han vivido todo el año en casas hechas completamente de hierba y arena. En Europa, los techos de paja fueron comunes en el pasado, pero este material cayó en desuso a medida que la industrialización y la mejora del transporte aumentaron la disponibilidad de otros materiales. Sin embargo, hoy en día, esta práctica está resurgiendo. En los Países Bajos, por ejemplo, muchos edificios nuevos tienen techos de paja con tejas de cumbrera especiales.

La madera se ha utilizado como material de construcción durante miles de años en su estado natural. Hoy en día, la madera procesada se está volviendo muy común en los países industrializados.

La madera es un producto de los árboles y, a veces, de otras plantas fibrosas , que se utiliza en la construcción al cortarla o prensarla para obtener tablones, tablas y otros materiales similares. Es un material de construcción común y se emplea en casi cualquier tipo de estructura en la mayoría de los climas. La madera es muy flexible bajo carga, conserva su resistencia al doblarse y es increíblemente resistente al comprimirse verticalmente. Existen muchas diferencias en la calidad de los distintos tipos de madera, incluso entre ejemplares de la misma especie. Esto significa que algunas especies son más adecuadas para ciertos usos que otras, y las condiciones de crecimiento son importantes para determinar su calidad.

El término «madera» se utiliza en la construcción, excepto en Estados Unidos, donde se usa «madera aserrada». La madera en bruto (tronco, tronco) se convierte en madera aserrada cuando se procesa (se corta, se labra, se parte) en forma de troncos mínimamente procesados ​​apilados , estructuras de madera y estructuras ligeras . Los principales problemas de las estructuras de madera son el riesgo de incendio y los problemas relacionados con la humedad.

En la actualidad , la madera blanda se utiliza como material a granel de menor valor, mientras que la madera dura se emplea generalmente para acabados y muebles. Históricamente, en Europa occidental, las estructuras de madera se construían principalmente con roble, pero recientemente el abeto Douglas se ha convertido en la madera más popular para la mayoría de los tipos de construcción estructural.

Muchas familias o comunidades rurales poseen un terreno forestal propio donde cultivan y cosechan árboles para la construcción o la venta. Estos terrenos se cuidan como si fueran un jardín. Esta práctica era mucho más común en la época preindustrial, cuando existían leyes que regulaban la cantidad de madera que se podía cortar para garantizar el suministro futuro, pero sigue siendo una forma viable de agricultura.

Los ladrillos se fabrican de forma similar a los ladrillos de barro, excepto que no llevan aglutinante fibroso como la paja, y se cuecen ("queman" en un horno de ladrillos ) después de secarse al aire para endurecerlos permanentemente. Los ladrillos de arcilla cocidos en horno son un material cerámico . Los ladrillos cocidos pueden ser macizos o tener cavidades huecas para facilitar el secado y hacerlos más ligeros y fáciles de transportar. Los ladrillos individuales se colocan uno encima del otro en hiladas usando mortero , y las hiladas sucesivas se utilizan para construir muros, arcos y otros elementos arquitectónicos. Los muros de ladrillo cocido suelen ser sustancialmente más delgados que los de adobe, manteniendo la misma resistencia vertical. Requieren más energía para crearlos, pero son más fáciles de transportar y almacenar, y son más ligeros que los bloques de piedra. Los romanos utilizaron ampliamente ladrillos cocidos de una forma y tipo que ahora se denominan ladrillos romanos . ^{[ 15 ]} La construcción con ladrillo ganó mucha popularidad a mediados de los siglos XVIII y XIX. Esto se debió a la reducción de costes gracias al aumento de la producción de ladrillos ^{[ 16 ]} y a la seguridad contra incendios en ciudades cada vez más pobladas.

A finales del siglo XX, los bloques de hormigón complementaron o sustituyeron a los ladrillos cocidos, utilizándose a menudo para las partes interiores de los muros de mampostería, pero también por sí solos.

Las baldosas estructurales de arcilla (bloques de arcilla) son de arcilla o terracota y, por lo general, están perforadas con agujeros.

Los compuestos cementicios se fabrican con pasta de cemento hidratada que une madera, partículas o fibras para crear componentes prefabricados para la construcción. Se han utilizado diversos materiales fibrosos como papel , fibra de vidrio y fibra de carbono como aglutinantes.

La madera y las fibras naturales están compuestas de diversos compuestos orgánicos solubles como carbohidratos , glucósidos y fenoles. Se sabe que estos compuestos retardan el fraguado del cemento. Por lo tanto, antes de usar madera en la fabricación de compuestos unidos con cemento, es necesario evaluar su compatibilidad con este. La compatibilidad madera-cemento es la relación entre un parámetro relacionado con la propiedad de un compuesto madera-cemento y la de una pasta de cemento pura. La compatibilidad se suele expresar como un porcentaje. Para determinar la compatibilidad madera-cemento, se utilizan métodos basados ​​en diferentes propiedades, como las características de hidratación, la resistencia, la unión interfacial y la morfología. Los investigadores utilizan diversos métodos, como la medición de las características de hidratación de una mezcla de cemento-agregado; ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} la comparación de las propiedades mecánicas de las mezclas de cemento-agregado ^{[ 20 ] [ 21 ]} y la evaluación visual de las propiedades microestructurales de las mezclas madera-cemento. ^{[ 22 ]} 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. ^{[ 23 ]} han revisado estos métodos de evaluación de compatibilidad y han sugerido un método basado en el "concepto de madurez", es decir, tomando en consideración tanto el tiempo como la temperatura de la reacción de hidratación del cemento. Trabajos recientes sobre el envejecimiento de materiales lignocelulósicos en la pasta de cemento mostraron hidrólisis de hemicelulosas y lignina ^{[ 24 ]} que afecta la interfaz entre partículas o fibras y el hormigón y causa degradación. ^{[ 25 ]}

Los ladrillos se colocaban con mortero de cal desde la época romana hasta que fueron reemplazados por el mortero de cemento Portland a principios del siglo XX. Los bloques de cemento también se rellenan a veces con lechada o se recubren con una capa de revoco .

El hormigón es un material de construcción compuesto , formado por la combinación de áridos y un aglutinante como el cemento . La forma más común de hormigón es el hormigón de cemento Portland, que se compone de áridos minerales (generalmente grava y arena ), cemento Portland y agua .

Tras la mezcla, el cemento se hidrata y finalmente se endurece, convirtiéndose en un material similar a la piedra. En sentido genérico, este es el material al que se refiere el término "hormigón".

Para cualquier construcción de hormigón, independientemente de su tamaño, dado que el hormigón tiene una resistencia a la tracción relativamente baja , generalmente se refuerza con varillas o barras de acero (conocidas como barras de refuerzo ). Este hormigón reforzado se denomina hormigón armado . Para minimizar las burbujas de aire que podrían debilitar la estructura, se utiliza un vibrador para eliminar el aire que se haya incorporado al verter la mezcla de hormigón líquido alrededor de la estructura metálica. El hormigón ha sido el material de construcción predominante en la era moderna debido a su durabilidad, maleabilidad y facilidad de transporte. Los avances recientes, como los encofrados aislantes, combinan el encofrado con otras etapas de la construcción (instalación del aislamiento). Todos los materiales deben utilizarse en las proporciones requeridas, tal como se describe en las normas.

La tienda de campaña es la vivienda predilecta de los grupos nómadas de todo el mundo. Dos tipos conocidos son el tipi cónico y la yurta circular . La tienda de campaña ha resurgido como una importante técnica de construcción gracias al desarrollo de la arquitectura tensada y los tejidos sintéticos. Los edificios modernos pueden construirse con materiales flexibles, como membranas textiles , y sostenerse mediante un sistema de cables de acero, rígidos o internos, o mediante presión de aire.

Recientemente, se ha utilizado espuma sintética de poliestireno o poliuretano en combinación con materiales estructurales como el hormigón. Es ligera, fácil de moldear y un excelente aislante. La espuma se suele emplear como parte de un panel estructural aislante , donde se coloca entre capas de madera, cemento o hormigón aislante.

La fabricación de vidrio se considera tanto una forma de arte como un proceso o material industrial.

Las ventanas transparentes se han utilizado desde la invención del vidrio para cubrir pequeñas aberturas en los edificios. Los paneles de vidrio permitieron a los seres humanos dejar entrar la luz en las habitaciones y, al mismo tiempo, protegerse de las inclemencias del tiempo.

El vidrio se fabrica generalmente a partir de mezclas de arena y silicatos , en un horno de fuego muy caliente llamado horno de cerámica , y es muy frágil. A menudo se añaden aditivos a la mezcla utilizada para producir vidrio con diferentes tonalidades o características (como el vidrio antibalas o las bombillas).

El uso del vidrio en la arquitectura se ha popularizado enormemente en la cultura moderna. Los muros cortina de vidrio pueden cubrir toda la fachada de un edificio o extenderse sobre una amplia estructura de techo mediante un entramado espacial . Sin embargo, estos usos requieren algún tipo de estructura que mantenga unidas las secciones de vidrio, ya que el vidrio por sí solo es demasiado frágil y requeriría un horno de gran tamaño para cubrir superficies tan extensas.

Los ladrillos de vidrio se inventaron a principios del siglo XX.

El hormigón de yeso es una mezcla de yeso y fibras de vidrio . Si bien el yeso y las fibras se han utilizado durante muchos años, especialmente para techos, no fue hasta principios de la década de 1990 que se realizaron estudios exhaustivos sobre la resistencia y las cualidades del sistema de revestimiento de paredes Rapidwall , que utiliza una mezcla de yeso y fibras de vidrio de más de 300 mm. Gracias a la abundancia de yeso (de origen natural y subproducto químico, como el yeso de desulfuración de gases de combustión y el fosfoyeso) disponible en todo el mundo, los productos de construcción a base de hormigón de yeso, que son totalmente reciclables, ofrecen importantes beneficios medioambientales.

El metal se utiliza como estructura para edificios de gran tamaño, como rascacielos , o como revestimiento exterior. Existen muchos tipos de metales empleados en la construcción. El metal tiene un papel destacado en estructuras prefabricadas , como las cabañas Quonset , y se puede observar en la mayoría de las ciudades cosmopolitas. Su producción requiere una gran cantidad de mano de obra, especialmente en las grandes cantidades necesarias para la industria de la construcción. La corrosión es la principal limitación del metal en cuanto a su durabilidad.

• El acero es una aleación metálica cuyo componente principal es el hierro , y es la opción habitual para materiales estructurales de construcción. Es resistente, flexible y, si se refina o trata adecuadamente , dura mucho tiempo.
• La menor densidad y la mejor resistencia a la corrosión de las aleaciones de aluminio y el estaño a veces compensan su mayor coste .
• El cobre es un material de construcción muy valorado por sus ventajosas propiedades (véase: El cobre en la arquitectura ). Entre ellas se incluyen la resistencia a la corrosión, la durabilidad, la baja dilatación térmica, su ligereza, el apantallamiento de radiofrecuencias, la protección contra rayos, la sostenibilidad, la reciclabilidad y una amplia gama de acabados. El cobre se incorpora en cubiertas, remates, canalones, bajantes, cúpulas, chapiteles, bóvedas, revestimientos de paredes, juntas de dilatación y elementos de diseño interior.
• Otros metales utilizados son el cromo , el oro , la plata y el titanio . El titanio se puede usar con fines estructurales, pero es mucho más caro que el acero. El cromo, el oro y la plata se utilizan como decoración, ya que estos materiales son costosos y carecen de cualidades estructurales como resistencia a la tracción o dureza.

El término plásticos abarca una gama de productos orgánicos sintéticos o semisintéticos de condensación o polimerización que pueden moldearse o extruirse para formar objetos, películas o fibras . Su nombre deriva del hecho de que, en su estado semilíquido, son maleables o poseen plasticidad . Los plásticos varían enormemente en cuanto a tolerancia al calor, dureza y elasticidad. Esta adaptabilidad, junto con la uniformidad general de su composición y su ligereza, garantiza su uso en casi todas las aplicaciones industriales actuales. Los plásticos de alto rendimiento, como el ETFE, se han convertido en un material de construcción ideal debido a su alta resistencia a la abrasión e inercia química. Entre los edificios notables que lo incorporan se encuentran el Centro Acuático Nacional de Pekín y los biomas del Proyecto Edén . ^{[ 26 ]}

Alrededor del veinte por ciento de todos los plásticos y el setenta por ciento de todo el cloruro de polivinilo (PVC) producidos en el mundo cada año son utilizados por la industria de la construcción. ^{[ 27 ] [ 28 ]} Se prevé que se producirá y utilizará mucho más en el futuro. ^{[ 27 ]} "En Europa, aproximadamente el 20% de todos los plásticos producidos se utilizan en el sector de la construcción, incluyendo diferentes clases de plásticos, residuos y nanomateriales." ^{[ 28 ]} Existe tanto un uso directo (materiales de construcción que contienen plásticos) como un uso indirecto (embalaje de materiales de construcción) en diferentes partes de los procesos de construcción. ^{[ 28 ]}

Los papeles y membranas para la construcción se utilizan por muchas razones. Uno de los papeles más antiguos es el papel de resina roja, que se usaba antes de 1850 como capa base en paredes exteriores, techos y pisos, y para proteger la obra durante la construcción. El papel alquitranado se inventó a finales del siglo XIX y se usaba con fines similares al papel de resina y para techos de grava . El papel alquitranado ha caído en desuso, siendo reemplazado por el fieltro asfáltico . El fieltro asfáltico ha sido reemplazado en algunos usos por capas base sintéticas, particularmente en techos y revestimientos exteriores .

Existe una amplia variedad de membranas impermeabilizantes y antihumedad que se utilizan para techos, impermeabilización de sótanos y geomembranas .

Los ladrillos de arcilla cocida se utilizan desde la época de los romanos. Se emplean tejas especiales para techos, revestimientos, suelos, cielorrasos, tuberías, conductos de humos y mucho más.