La Piedra Natural en Construcción para el Desarrollo
De Construmatica
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Nota: Este artículo ha sido creado gracias a Ingeniería Sin Fronteras en el marco del Programa de Afiliados de la Construpedia. El contenido pertenece a la publicación Tecnologías y Materiales de Construcción Para el Desarrollo (Cladera, A., Etxeberria, M., Schiess, I., Pérez, A.).
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La Piedra se ha utilizado como Material de Construcción desde la era prehistórica. La utilización de la piedra natural en construcciones es tradicional en sitios donde la presencia de piedra es abundante debido a su durabilidad. Las condiciones que se tienen en cuenta a la hora de seleccionar como material estructural son el coste, diseño, valor ornamental y durabilidad.
La piedra ha perdido importancia debido al Cemento y Acero ya que la construcción con piedra requiere mucho más tiempo de ejecución. Sin embargo se puede ver su presencia y se debería de utilizar en países empobrecidos por su altísima calidad. En la India se utiliza como Solados, y como Muros o paredes de edificios, etc.
Muros.
Construcción de una escuela en Indelu, Mali.
Detalle de la construcción de una escuela de Indelu, Malí.
Hoy en día en espacios rurales de regiones desarrolladas donde la presencia de piedra existe también se utiliza los muros de piedra seca por su reducido impacto ambiental y la amplia durabilidad que tiene, es una técnica aplicable en cualquier país en vía de desarrollo.
Colocación de la Piedra
La piedra se ha de colocar alineando la línea de carga con el plano original de la piedra. En caso de piedras metamórficas el plano de foliación, o de clavado se asume que es la posición natural. En rocas de ignición es muy difícil determinarlo y no se considera.
Utilización de la Piedra
La utilización de la piedra depende de la naturaleza del trabajo, tipo de estructura en la cual se va a utilizar, disponibilidad y coste del transporte. Como material estructural las piedras más utilizables son: el granito, gneis, arenisca, caliza, mármol, cuarcita y pizarra.
Se pueden distinguir diferentes aplicaciones como:
- Cimentaciones y Paredes: Piedras de canteras, partidas y cortados mediante sierras se utilizan para construir estructuras subterráneas de los edificios. Las piedras partidas y cortadas como la calizas, areniscas, dolomitas y volcánicos se utilizan para paredes, pilares, etc.
- Fachadas y Elementos Arquitectónicos: piedras de fácil pulido y agradable textura.
- Elementos de Edificios: escaleras, descansillos, parapetos, etc. son fabricados de granito, mármol, caliza etc. Las losas y piedras para los dinteles de puertas y ventanas, cornisas son hechos con las mismas losas que la fachada.
- Estructuras Subterráneas y Puentes: se construyen con rocas de ignición y sedimentación. Túneles y partes inferiores de los puentes se construyen con granito, diorita, garbo y basalto. Las piedras vistas y de fachada para túneles y puentes son hechas con piedras con surcos y acabados ondulados.
- Elementos con Resistencia al Calor y Químicamente Resistentes:
- - Para condiciones de trabajo a altas temperaturas, han de ser hechos con basalto, andesita y tuff .
- - Los elementos de los edificios se protegen contra ácidos, utilizando una losa hecho de granito o piedras silíceas.
- - Los calizos, dolomíticos, mármol y magnesita tienen una excelente resistencia a los alcalinos.
Características de la Buena Piedra para Construir
Para la adecuada utilización de la piedra se han de conocer algunas de sus Propiedades Básicas tales como: la apariencia, estructuras, resistencia, peso, dureza, tenacidad, porosidad y absorción (un parámetro de gran influencia en la durabilidad), erosión, trabajabilidad, Resistencia al fuego, densidad, conductividad térmica.
Características de la buena piedra para construir Las propiedades que han de tener las piedras son:
- Apariencia: para trabajos de fachada (piedra vista), debe de tener una textura adecuada y compacta. El color claro es mas adecuado ya que es más durable.
- Estructura: La piedra partida no debe tener un color apagado y debe tener una textura libre de cavidades, fisuras, y libre de material blando. Las estratificaciones no han de ser visibles a la vista.
- Resistencia: La piedra ha de ser fuerte y durable a la resistencia a la acción de desintegración del tiempo. La resistencia a la compresión de las piedras de los edificios, en la práctica oscilan entre 60 y 200 N/m2.
- Peso: Es el indicativo de la porosidad y densidad. Para la estabilidad de una estructura como un dique, represa, etc... se requieren piedras mas densas, sin embargo para la construcción de cúpulas, arcos, etc... se necesitan menos densas.
- Dureza: Esta propiedad es muy importante para suelos, pavimentos, carril (pista) de puentes, etc. Se determina por la escala de Mosh.
- Tenacidad: La resistencia al impacto que tiene la piedra.
- Porosidad y absorción: La porosidad depende de la componente mineral, tiempo de enfriamiento y forma estructural. Una piedra porosa se desintegra o de producen fisuras internas al congelarse el agua que tiene absorbida debido al aumento del volumen.
La capacidad de absorción máxima admitida para algunas piedras están definidas en la siguiente tabla,
Absorción de Agua por Volumen a 24 Horas Sumergida Número Tipo de Piedra Absorción de Agua (%) 1 Arenisca 10 2 Caliza 10 3 Granito 1 4 Trap 6 5 Esquisto 10 6 Gneis 1 7 Pizarra 1 8 Cuarcita 3
- Erosión: La resistencia a la erosión a causas naturales debe ser alta.
- Trabajabilidad: Ha de ser económicamente viable a cortar, darle la forma y tamaño adecuado.
- Resistencia al fuego: Las piedras han de estar libre de carbonato cálcico, óxidos de hierro, y minerales con coeficiente de expansión térmica. Las rocas de ignición presentan desintegración debido al cuarzo el cual se desintegra en pequeñas partículas a temperaturas de 575 ºC. La caliza, sin embargo, puede resistir temperaturas un poco mas elevabas: alrededor de 800 ºC se desintegra.
- Densidad: la densidad de todas las piedras es de 2.3 a 2.5 Kg/dm3.
- Movimiento térmico: pueden causar problemas por ejemplo en uniones cuando aparece la lluvia. El mármol tiene variaciones cuando está expuesto al calor se expande, al enfriarse no vuelve al estado inicial.
Entre los ensayos se podrían destacar la densidad, absorción de agua, resistencia a la heladas, resistencia al ambiente (podría ser ácida), determinación de la cristalización y la resistencia a compresión que se deberán de determinar para evitar el deterioro de la piedra y ampliar su durabilidad.
Deterioro y Durabilidad Deterioro de la Piedra
- Lluvia: La lluvia afecta tanto físicamente como químicamente a la piedra. La acción física es debido a la erosión y capacidad de transporte de la descomposición, oxidación e hidratación de los minerales presentes en la piedra.
- Heladas: el agua interna de las piedras se congela y al expandirse produce fisuración.
- Viento: El arrastre de partículas sólidas produce abrasión.
- Cambio de Temperaturas: Si las rocas están producidas con minerales de diferentes coeficientes lineales de expansión, puede ocurrir un deterioro.
- Vegetales: los materiales orgánicos e inorgánicos en contacto con humedad o agua de lluvia puede producir el comienzo de un proceso bacteriológico, lo que produce una descomposición.
- Descomposición Mutuo: la utilización de diferentes tipos de piedras a la vez, produce la descomposición mutua. Por ejemplo, la arenisca de utiliza bajo la caliza, el agua de lluvia que cae sobre la caliza es arrastrado a la arenisca y se descompone.
- Agentes Químicos: hongos, ácidos, hongos ácidos en la atmósfera deterioran la piedra. Las piedras compuestas de CaCO3, MgCO3 son afectadas negativamente.
- Lichens: Destruye la piedra caliza, sin embargo protege el resto de las piedras.
Durabilidad de la Piedra.
Piedras con capacidad muy alta de absorción de agua no deben utilizarse, o estar expuestas a ambientes de hielo-deshielo. La piedra porosa es menos durable que la piedra densa. Las piedras con poros tortuosos son mas perjudiciales que los que tienen la misma porosidad pero con los poros rectos.
La pirita, magnetita y el oxido de hierro carbonatado causan decoloración de las piedras en las cuales están presentes.
Preservación de la Piedra
La piedra se debe de trabajar en seco con la ayuda de un soplete, y entonces se le aplica en la superficie un revestimiento de parafina, aceite, pintura clara, etc. Este revestimiento es temporal y no permanente.
La estructura de piedra para mantenerlo en condiciones se ha de limpiar. La mejor manera para preservar la piedra es limpiar con una suave solución de silicato sódico o potásico y una vez seco se aplica la solución CaCl2. A estas dos soluciones se le llama líquido de Szerelmy. La solución de silicato de calcio forma una insoluble capa que protege la piedra.
Selección de la Piedra
La condición de elección es el coste, diseño, valor ornamental y la durabilidad. En el caso de su elección el coste es en general la condición más importante. El trabajo que requiere la piedra en tallarlo etc. es más costoso que el valor de la piedra en si.
Los trabajos que se han de realizar son:
- Corte: Se realiza a pie de cantera para evitar bloques excesivamente grandes y de difícil transporte. (Con sierras de dientes en las rocas blandas y helicoidales en las duras.
- Desbaste: Para dar a las piezas unas dimensiones aproximadas a su perfil definitivo, se procede al desbaste, debido a su irregularidad.
- Acabado: consiste en dar a la piedra las medidas exactas y el aspecto exterior deseado antes de su colocación en obra.
- Talla: Le da un aspecto exterior totalmente acabado. Mediante punteros o dosis de pulir.
Es muy importante elegir la piedra sabiendo al ambiente que estará expuesto. Se ha de tener claro la clasificación de las piedras y sus propiedades.
Las Aplicaciones Generales de los Materiales Pétreos
Adoptan la denominación del tipo de pieza utilizada en su realización.
Dividimos esta aplicación en cuatro tipos distintos, según la función a cumplir en una obra:
- Fábricas (elementos que aguantan cargas)
- Pavimentos (sueles tanto interiores como exteriores)
- Cubiertas
- Aplacados (revestimientos verticales en paramentos exteriores, cuya misión es de protección a los agentes atmosféricos).
Fábricas de Piedra
Las fábricas de piedra, son los elementos constructivos realizados con piezas aparejadas en seco o con mortero y que resisten mecánicamente a Compresión (Muros, pilares, arcos, bóvedas,...) Se realizan con Piedra, Ladrillos, bloques... limitándonos en este apartado al estudio de la piedra, actualmente en desuso, pero de importancia fundamental en las historia de la construcción
Morfología. Existen tres tipos básicos de piezas para fabricas según el grado de labra y tamaño:
- Mampuesto: Piedra sin labra y labrada de forma tosca solo a una cara y manejable a mano. Se utiliza para la realización de muros procurando que encajen entre ellos o rellenando los huecos con piedra pequeña o ripios.
- Sillarejo: Son piedras labradas a esquina viva, de forma mas o menos paralelepípeda, regularmente trabajadas y manejables a mano. Se disponen en obra en aparejos de igual altura.
- Piedras muy trabajadas, normalmente de forma paralelepípeda aunque pueden adoptar otras muy diversas según su disposición en obra (cilíndrica, hexagonal,...) Su manejo no puede realizarse a mano debiendo utilizarse medios mecánicos como grúas para su manipulación y colocación.
Su cara vista se llama paramento, los laterales juntas, la superior sobrelecho y la inferior lecho. Su volumen es variable pero superior a los 50 dm3 y sus dimensiones a los 40 cm en dos de ellas como mínimo.
Exigencias
- Físicas: Cierta dureza pero fácil labra, adherencia a morteros, no ser heladizas.
- Mecánicas: Resistir a compresión superior a 500 Kg / cm 2
- Químicas: Resistir agentes atmosféricos.
Materiales
- Calizas y tobas compactas: Dan buena labra y resistencia mecánica. Débiles químicamente
- Areniscas: Buena adherencia al mortero. Las de alta porosidad son heladizas. Buena labra.
- Silíceas: Gran resistencia química. Duras y poco adherentes a morteros.
Tipos de fábricas
- Mampostería: Muros compuestos por piedra de diferentes tamaños, en general pequeñas, colocadas de forma que se rellenen los huecos. Pueden ser en seco o con mortero de unión. Existen una serie de reglas constructivas que garantizan la correcta ejecución de la obra, destacando por la importancia en el comportamiento del material los siguientes:
- En mampostería usar varios tamaños de piedra, sin rellenar huecos con mortero (usar ripios) y evitar que se toquen unas a otras pues no se transmiten las cargas correctamente en su superficie.
- En general buscar la trabazón de las piezas, evitando juntas continuas que perjudican la resistencia del conjunto. En vertical se hace matando las juntas y a lo ancho colocando llaves.
- Si se colocan con mortero, se deben mojar las piezas pues mejora a la adherencia al eliminar el polvo superficial.
- Las rocas sedimentarias deben trabajar con cargas perpendiculares a sus estratos para evitar el deslajamiento.
- Juntas: pueden realizarse de distintos tipos segú el plano del muro: Rehundida enrasada o resaltada.
Pavimentos
Aplicación
- Edificación
- interiores
- exteriores
- Urbano
- peatones
- tráfico rodado
Morfología
- Losas o placas: piezas cortadas a sierra. Espesor de 3 a 4 cm. Dimensiones de 30x30, 40x40, 40x60 cm. Superficie pulida o rugosa.
- Peldaños: tabica a la vertical (15-20 cm de altura), huella a la horizontal (25-35 cm ancho). El largo aproximadamente 80-120 cm.
- Bordillos: forma prismática ancho 10-20 cm, vertical 20-30 cm y largo variable sobre 60 cm.
Exigencias
- Físicas: Superficie antideslizante (rugosa). Tener adherencia a los morteros. Muy baja porosidad y grano fino.
- Mecánicas: Gran resistencia a la abrasión. Resistencia a la flexión.
- Químicas: Resistencia a agentes atmosféricos y a los ácidos.
Materiales
- Granitos: sobre todo cuarzos por su gran dureza y resistencia química.
- Mármoles: Buenas por su compacidad, aunque más blandos y débiles químicamente.
- Calizas cristalinas y todas: Admiten pulimiento.
- Pizarra silíceas: Cumplen todas las exigencias.
- Calizas: para bordillos y peldaños por su fácil labra. Débiles químicamente y algo blandas.
- Basaltos: En adoquines. Gran dureza.
Tipo de pavimentos
- Pavimentos interiores: Losas colocadas a junta recta a trabajadas sobre mortero de agarre. Suelen ir pulimentadas para mayor resistencia química y belleza. Buen resultado en Mármoles, Tavertinos y Pizarras. Para mucho uso de Granitos.
- Pavimentos urbanos: Superficie antideslizante. (El mármol trabaja mal, Granito bien)
- Adoquines a junto recta sobre lecho de arena con aglomerante asfáltico para impermeabilizar. Buen asiento y durabilidad. Usar basalto y granitos.
Cubiertas
Poca aplicación por su excesivo peso, se realizan con piedras lajosas, fácilmente divisibles en losas finas, en concreto las pizarras.
Morfología Losas o placas de reducido espesor, entre 4 y 6 mm. Y resto de dimensiones muy superior, entre 200 y 600 mm. NO deben ser muuy grandes por su trabajo a felxión.
Exigencias
- Físicas: Ligereza (baja densidad). Impermeabilidad (absorción de agua < 0,7%)
- Mecánicas: Gran resistencia a flexión.
- Química: Resistencia agentes atmosféricos.
Materiales. Pizarras esfoliables, tanto bituminosas como las silíceas más duras.
Colocación Las piezas se cortan en dimensiones uniformes, normalmente rectangulares, aunque se adopta también la forma de escama. Se realizan las perforaciones que permitan el claveado al soporte de madera. Para ello se utilizan ganchos de acero pintado o inoxidable. Las piezas se solapan entre si, tanto lateralmente como en el plano de cubierta, comenzando por la parte inferior o alero.