Arquitetura: Técnicas e Materiais

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CONSTRUCCIÓN: TÉCNICAS Y SISTEMAS 
 
 
 LA ARQUITECTURA COMO TÉCNICA III 
 
 
 Ramón Araujo 
 
Este libro es el tercer tomo del Curso de Construc-
ción que he impartido en la Escuela de Arquitectu-
ra de Madrid durante muchos años. Y que he de-
nominado, en conjunto, “La Arquitectura como 
Técnica”. 
Los otros dos tomos están ya publicados. 
El primero en editarse fue “Superficies”, editado 
por Tectónica, el segundo “Construir en Altura”, 
por Reverté. 
El orden en que se explicó el curso en cla-
se no es el de las ediciones y éste que ahora se 
edita corresponde a las clases iniciales, aunque 
los tres libros pueden ser leidos con independen-
cia. 
Reverté publicó otro libro mío, “La Arqui-
tectura como Ciencia”, que es en gran parte com-
plementario a éste, tratándose de una visión gene-
ral de nuestro oficio y de un análisis de nuestras 
diferentes tipologías. El libro derivaba también de 
la docencia, en n ese caso de mis asignaturas en 
el Máster de Construcción y Tecnología de la Es-
cuela, que aún dirijo. 
En el libro que ahora se edita se tratan 
aquellos temas cuyo conocimiento me parece 
esencial y necesario para cualquier arquitecto, y 
para enfrentarse a temas de diseño de cierto al-
cance. 
Comienza recordando los conceptos bási-
cos de los materiales y de las estructuras, tanto de 
su comportamiento como de su construcción. Ya 
con esta base se analizan algunas tipologías que 
nos permiten desarrollar lo anterior con casos 
reales en los que domina el diseño estructural y 
nos sirven de preparación para las superficies y 
los edificios en altura. 
El contenido se centra especialmente en el 
diseño estructural, tema en el que no soy en abso-
luto un especialista, pero siempre he pensado que 
si algo nos hace arquitectos es la comprensión del 
edificio como estructura y el conocimiento de su 
construcción. 
Los temas de cerramientos y acondicio-
namiento ambiental se desarrollan en los restantes 
tomos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ÍNDICE 
 
1. Materiales 
2. Acero y hormigón armado 
3. Diseño de piezas lineales 
4. Piezas lineales de acero y hormigón armado 
5. Uniones 
6. Uniones en acero y hormigón armado 
7. Sistemas de barras 
8. Vigas y torres 
9. Naves de columnas 
10. Puentes de hormigón armado. 
11. La vivienda aislada: sistemas murales. 
 
12. La vivienda aislada: sistemas de esqueleto. 
12. La vivienda aislada: sistemas industrializados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 1
1. MATERIALES: ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO 
 
 
 
La elección y definición del material es una 
de las más importantes decisiones de diseño: no 
podemos planear la forma sin conocer el material. 
Las nuevas ideas en arquitectura siempre 
van ligadas al desarrollo de nuevos materiales. 
Esto es particularmente cierto desde la revolución 
industrial, al comenzar la conquista de los metales, 
y el proceso es imparable desde el siglo XX: la 
arquitectura moderna fue primero hija del acero, 
del hormigón armado y del vidrio y las más nove-
dosas realizaciones actuales derivan de la aplica-
ción de los polímeros (cubiertas textiles) y los ace-
ros de alta resistencia (estructuras tensadas). 
 Los grandes cambios que se han produci-
do y siguen ocurriendo en arquitectura, como en 
todas las ramas de la construcción de artefactos, 
se originan en la impresionante revolución de la 
ciencia de los materiales. Realmente siempre fue 
así desde los comienzos de la humanidad, y de-
nominamos a las edades por sus materiales: Edad 
de Piedra, del Bronce ,… el siglo XIX sería la edad 
del hierro, el XX del vidrio y el mundo actual la era 
de los nuevos materiales compuestos. 
Las prestaciones de un objeto siempre de-
penderán de sus materiales constituyentes, y esto 
es particularmente claro en aquellas ramas más 
avanzadas de la tecnología. Hace tiempo comenzó 
la incorporación de los polímeros reforzados en la 
fabricación de automóviles, las embarcaciones son 
en su mayoría de resinas armadas, la revolución 
aeronaútica está siendo posible gracias a las nue-
vas aleaciones de aluminio y los polímeros com-
puestos, etc. En el campo de la medicina, la elec-
trónica´, la nanotecnología, etc los cambios son 
aún más impresionantes. 
 
Los Nuevos Materiales 
 
La tierra, o mejor el cosmos, es una fá-
brica de materiales, un crisol gigante capaz de 
crear múltiples compuestos, la mayoría de los que 
son minerales, es decir, mezclas de elementos. 
Los procesos de elaboración de materiales son 
procesos termodinámicos, de los que resultan un 
estado de equilibrio termodinámico ante las ac-
ciones exteriores, que es un estado de mínima 
energía. Los procesos que sufre el material son 
alteraciones de este estado de equilibrio, en los 
que pasa por una serie de estados inestables has-
ta lograr una nueva configuración. 
El primer escalón de la arquitectura lo 
marcan los materiales naturales no orgánicos. Son 
aquellos que encontramos organizados en la natu-
raleza, y que han sido creados por procesos físi-
cos y orgánicos. Aunque la arquitectura ha depen-
dido en gran parte de estos materiales naturales 
(los pétreos principalmente), en realidad muy po-
cos de ellos son aptos para nuestros fines sin 
grandes transformaciones. 
Nosotros fabricamos también materiales. 
Lo hemos hecho siempre a partir de las materias 
primas que recogemos y sometemos a procesos 
físico-químicos. 
Estos procesos han ido alcanzando un im-
presionante desarrollo. Si el inicio de la tecnología 
de los materiales son los sistemas prehistóricos de 
obtención de cerámicas por procesos mecánicos y 
térmicos, el primer gran salto es la conquista de la 
metalurgia hasta el control de las altas temperatu-
ras que caracteriza a la revolución industrial. 
Todo esto sufre una gran revolución desde 
el momento en que despega la ciencia de elabora-
ción de materiales: su inicio es la invención y fabri-
cación de nuevos polímeros en las guerras mun-
diales: es la época de los plásticos. Lo que es 
nuevo no es solamente la impresionante variedad 
de materiales, sino la posibilidad ya real de diseñar 
el material de acuerdo a nuestros objetivos: definir 
unas prestaciones y crear el material que las cum-
pla. 
 
 
 
Los nuevos materiales encuentran múltiples aplicaciones en los 
automóviles eléctricos para aumentar la ligereza, el recambio o 
construir las baterías. 
 
Pero hay otro gran cambio: el descubri-
miento de la materia viva. Los organismos son 
también fábricas de materiales, pero sus materias 
primas son diferentes, pues son las propias de la 
vida. 
Durante mucho tiempo hemos utilizado 
materiales orgánicos como la madera o la seda, 
pero los materiales que fabricábamos no solían 
imitarlos: los materiales artificiales tenían a las 
rocas como modelo a emular por su rigidez y du-
rabilidad, y eran “copias” de las rocas, como los 
ladrillos. 
Hoy la ciencia ha encontrado que en el 
mundo orgánico los materiales tienen unas presta-
ciones valiosas, en particular su complejo compor-
tamiento elasto-plástico y su organización com-
puesta. Es el caso de los polímeros orgánicos 
(colágeno, celulosa, resilina, etc.) y organizaciones 
 2
como las del músculo, la piel, el hueso o tantos 
otros. 
Sirvan de ejemplo el adhesivo de los mo-
luscos (no se ha descubierto un adhesivo que 
pueda emular su resistencia), la tela de araña (con 
deformaciones del 1000%) o el material de nuestro 
sistema arterial, que se organiza aumentando su 
rigidez en proporción al radio de la arteria para 
limitar su dilatación. 
 
 
 
Piel artificial 
 
 Se trata de materiales mucho más comple-
jos y difíciles de lograr que los inorgánicos, son 
materiales compuestos, y de aquí deriva un com-
portamiento bien diferente. El neumático por ejem-
plo, una de las invenciones más sorprendentes de 
nuestra civilización, está muy lejana a los concep-
tos tradicionales de rigidez y resistencia. La arqui-
tectura puede plantear con ellos muchos concep-
tos bien diferentes a aquellos que han sido hasta 
ahora sus fundamentos. 
 Es estecomportamiento el de los materia-
les del siglo XXI y no tiene sentido una arquitectu-
ra ajena a este progreso tecnológico. 
 
MATERIALES: ESTRUCTURA INTERNA 
 
El comportamiento mecánico, la densidad, la per-
meabilidad... todas las propiedades del material se 
explican desde su estructura interna, y ésta al fin 
corresponde a infinitas variaciones sobre unas 
leyes generales. Los mismos elementos, someti-
dos a diferentes procesos naturales originan una 
impresionante variedad de rocas, metales y alea-
ciones... resultando propiedades bien diversas. 
 El material muestra estructuras organiza-
das a diferentes escalas. La inferior de éstas es la 
atómica, que explica algunas de sus propiedades, 
pero en general es la estructura a una escala su-
perior la que más nos interesa. 
 
Descripción Molecular 
 
A escala molecular el rasgo fundamental de los 
materiales es el tipo de enlace, o fuerza atractiva 
entre átomos. Estas fuerzas atractivas dependen 
de su configuración orbital, etc., y pueden ser más 
o menos resistentes y elásticas, así como provocar 
diferentes tipos de rotura. También los diferentes 
enlaces explican su densidad, comportamiento 
térmico, eléctrico, etc. 
Estos enlaces pueden ser: 
a) Iónico: fuerza atractiva entre átomos car-
gados positiva o negativamente, caracterís-
tico de los compuestos entre metales y no 
metales. Es un enlace no direccional, fuerte 
y enérgico pero frágil. Implica altas tempera-
turas de fusión y baja conductividad térmica. 
b) Covalente: en el que los átomos comparten 
electrones para llenar su última órbita. Es di-
reccional, típico de los no metales y políme-
ros. Puede tener diferentes intensidades y 
no permite la reordenación, lo que explica 
su fragilidad. 
c) Metálico: en el que los electrones de la úl-
tima órbita son compartidos por todos los 
átomos, formando una especie de nube de 
electrones. El enlace metálico no es direc-
cional, y permite la reordenación del sistema 
tras una deformación, ya que la nube de 
electrones vuelve a equilibrarse con los 
átomos, lo que hace a los metales puros 
muy plásticos. Son buenos conductores del 
calor. 
d) De Van der Waals. Que es una atracción 
débil entre moléculas o átomos neutros. Es 
característico e las moléculas de los gases y 
polímeros. 
e) Puente de Hidrógeno. Que es el enlace a 
través de un átomo de hidrógeno compar-
tido por dos moléculas. La debilidad del 
puente de hidrógeno caracteriza la falta de 
cohesión del agua. 
 
 
 
 Tipos de enlaces moleculares 
 
La intensidad de la fuerza atractiva y la 
posibilidad o no de reordenación comienzan a 
explicar el comportamiento del material ante es-
fuerzos (elasticidad, plasticidad, fragilidad, etc) 
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Descripción Estructural 
 
A una escala superior, estos enlaces moleculares 
resultan en ordenaciones tridimensionales de dife-
rentes tipos. Así las moléculas se pueden organi-
zar en redes cristalográficas (que es lo habitual en 
los materiales inorgánicos), en organizaciones 
vítreas (sin la geometría de las anteriores) o en 
grandes macromoléculas (los polímeros, compues-
tos orgánicos naturales o artificiales que incorpo-
ran al carbono). 
 Es interesante notar que la diferencia entre 
el estado sólido y el liquido o gaseoso es precisa-
mente que el primero tiene estructura, ordenación 
molecular, y por ello rigidez. Cuando el agua se 
“ordena” resulta el hielo, que es ya un material 
estructural. 
 
 
 
Estructura del agua en estado sólido, líquido y gaseoso 
 
Debemos considerar que no hablamos 
ahora solamente de materiales simples, porque a 
esta escala estructural es posible organizar “mez-
clas” de materiales para lograr estructuras más 
complejas, caso de las aleaciones o de los com-
puestos. 
 Resistencia mecánica y elasticidad, tipo de 
rotura y deformación dependen de estas ordena-
ciones. La elasticidad es la deformación y recupe-
ración del enlace molecular y la plasticidad la reor-
denación de la red tras dislocarse. La rotura frágil 
es característica de las redes que no pueden reor-
denarse y es explosiva por la gran cantidad de 
energía de deformación acumulada, mientras que 
los materiales dúctiles “resbalan” y se deforman 
(ensanchan) precediendo a la rotura. 
 Todo comportamiento se explica en reali-
dad a escala estructural: el agua aumenta de vo-
lumen al helarse porque adopta una estructura 
estrellada característicamente poco densa, mien-
tras otros materiales se “empaquetan” al solidifi-
carse. 
 Resultan cuatro tipos de estructuras carac-
terísticas a esta escala: 
a) Cristales. Son ordenaciones regulares 
según las redes geométricas posibles, todas ellas 
paralepipédicas o hexagonales, pero que no son 
homogéneas, sino que forman microcristales inde-
pendientes trabados entre sí por unas zonas me-
nos ordenadas, especie de “cemento cristalino”. 
Por ejemplo muchas rocas y metales. Las diferentes 
redes cristalinas son más o menos deformables y densas 
según su geometría. Generalmente los cristales son 
anisótropos a escala molecular pero isótropos a escala 
estructural, ya que son granulares y se caracterizarán 
por un comportamiento indiferente bajo carga en dife-
rentes direcciones. 
 
 
 
Redes cristalográficas características de los metales. 
 
Tienen estructura cristalina los metales, 
muchas cerámicas y algunos polímeros. 
 Los materiales cristalinos, como el acero, 
se caracterizan en general por su comportamiento 
elástico seguido de una fase plástica y dúctil. 
 En tracción, las moléculas del sólido crista-
lino se separan y el fallo será plástico, después de 
un proceso de estiramiento longitudinal y contrac-
ción transversal. La sección se estrecha y rompe 
por deslizamiento de la red cristalina. En cortadu-
ra y en torsión predomina la rotura por esfuerzos 
tangenciales, y la rotura es a 45º con el esfuerzo. 
 En compresión los átomos no pueden 
acercarse y “se escapan” lateralmente (efecto de 
Poisson), provocando el fallo por tensiones tan-
genciales. 
 
 
 
Estructura de una aleacción de titanio: los microcristales se agru-
pan en un continuo amorfo. 
 
 Este comportamiento y forma de rotura 
hace de los sólidos cristalinos materiales de altas 
prestaciones mecánicas. 
Los sólidos cristalinos son generalmente 
muy densos y por tanto buenos transmisores del 
calor y el sonido. 
 
 4
 
 
La deformación plástica de los metales es la base de sus aplica-
ciones. 
 
b) Vidrios. Son redes moleculares desordenadas o 
incompletas características de algunas cerámicas 
y polímeros. Un ejemplo son las cerámicas vítreas, 
donde la red cristalina tetraédrica de átomos de 
sílice y oxígeno característica de las cerámicas no 
llega a cerrarse, porque la rompen las moléculas 
de óxidos metálicos. 
 
 
 
Estructura molecular del vidrio. 
 
Los vidrios son isótropos y por tanto indife-
rentes a la dirección de los esfuerzos. Son frágiles 
debido a que no tienen capacidad de reordenación 
y deslizamiento. Su rotura es súbita y de geome-
tría impredecible. 
 
 
 
Rotura de un terreno por desecación 
 
Su trabajo de fractura es muy bajo, en 
proporción inversa a su gran resistencia y no pue-
den proporcionar sistemas flexibles o deformables. 
 En general los materiales vítreos tienen 
alta resistencia debido a sus enlaces, pero su 
comportamiento frágil requiere grandes precaucio-
nes en su empleo. 
c) Estructuras fibrosas. Son el resultado de la for-
mación de elementos lineales, consecuencia en 
general de la formación de grandes ma-
cromoléculas, típicas de los polímeros. Son fibro-
sas la mayoría de las fibras orgánicas vegetales, o 
las resinas artificiales. 
 Mientras cristales y vidrios son isotrópicos, 
los fibrosos no lo son, y su comportamiento es 
bien diferente en cada dirección. Tienen altas re-
sistencias en direcciones paralelas a las fibras, 
pudiendo ser muy débiles en direcciones ortogo-
nales. 
 
 
Estructura fibrosa del leño. 
 
El comportamiento de los diferentes polí-
meros y compuestos dependerá de la ordenación 
de sus macromoléculas, grado de cristalizacióny 
entrecruzamiento. Y de las diferentes característi-
cas de sus fibras y matriz: serán elásticos y duros 
los polímeros muy entrecruzados o cristalinos. 
 En general son viscoelásticos porque per-
miten reordenaciones de su estructura, y son muy 
deformables (inferiores módulos elásticos). 
 Los polímeros y compuestos pueden ser 
poco densos, blandos, plásticos y por tanto ser 
aislantes al calor y sonido. 
 Su rotura puede ser plástica en tracción, 
dependiendo de su estructura fibrosa. Cuando se 
comprimen paralelamente a las fibras se produce 
por pandeo de éstas, perpendicularmente o a 45º 
con el esfuerzo (el segundo caso cuando no pue-
de reducir su sección transversal), lo que ocurre 
con pequeños esfuerzos. 
 Los materiales fibrosos suelen ser com-
puestos, y su comportamiento dependerá de las 
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características de sus componentes, como vere-
mos al hablar de materiales compuestos. 
d) Podemos considerar como última escala de 
organización la direccionalidad y estratificación. 
Las estructuras estratificadas suelen ser el resul-
tado de redes cristalinas con direcciones preferen-
tes de desarrollo, por lo que forman sistemas de 
fibras orientadas o de láminas superpuestas. Por 
ejemplo las arcillas. Igualmente, muchos materia-
les compuestos tienen estructuras orientadas de 
este tipo. 
 
COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE LOS MA-
TERIALES 
 
Aunque está muy extendida la idea de que los 
artefactos más durables y eficientes son los más 
rígidos, buscando materiales y estructuras “inde-
formables”, la incorporación de nuevos materiales 
ha cambiado esta óptica: hoy en la elección del 
material se requiere un análisis más complejo que 
el de su resistencia límite y el estudio de su defor-
mación cobra cada día más importancia. 
 
Elasticidad y Gráfica Tensión-Deformación 
 
Ante la acción de cargas, las partículas del mate-
rial se desplazan, deformándose el cuerpo hasta 
restablecer el equilibrio entre las fuerzas exteriores 
e interiores. El cuerpo acumula energía de defor-
mación (como un muelle), y la cederá si el sistema 
exterior de fuerzas se anula, estabilizando su for-
ma y realizando un trabajo. 
 
 
 
Modelo simplificado de un material sometido a tensión. 
 
Si el cuerpo recupera su forma (sin trans-
formar parte de ese trabajo en calor), se dice que 
es perfectamente elástico. 
 Por el contrario, si todo ese trabajo se 
transforma en calor o se emplea en una “disloca-
ción”, el material no acumula energía de deforma-
ción y no puede recuperar su forma: es perfecta-
mente plástico y las deformaciones crecen sin 
proporción con las acciones. 
 Un tercer comportamiento es el viscoso, 
cuyo modelo son los líquidos, también caracteriza-
do por la no recuperación de las deformaciones, 
pero con la diferencia de que ahora aparece una 
nueva variable que es el tiempo de deformación: el 
comportamiento del agua ante un choque es fun-
ción de la velocidad de éste (pensar en su diferen-
te respuesta ante una zambullida). 
 Ejemplo de los tres comportamientos es la 
diferente deformación al impacto contra el suelo de 
una bola de acero, de plastelina o de agua. 
 En realidad no hay comportamientos pu-
ros, y nos interesaremos especialmente por los 
materiales elasto-plásticos (generalmente crista-
les) y visco-elásticos (generalmente polímeros). 
Recordemos que los cristales son redes geométri-
cas que se estiran para recuperarse, y los políme-
ros madejas de moléculas que deslizan entre sí. 
Los primeros tendrán un comportamiento elástico, 
seguido o no de una fase plástica, y los segundos 
una fase elástica seguida de otra viscosa. 
 En el ensayo de un material elástico des-
cubrimos que puede o no existir proporcionalidad 
entre tensiones o deformaciones. El primer caso 
corresponde a los materiales linealmente elásticos 
y es el comportamiento característico de los mate-
riales estructurales. 
 En estos materiales distinguiremos unos 
valores característicos: 
 r: Tensión de Rotura en compresión o 
tracción (supuesta una distribución uniforme de 
tensiones). 
    es el Módulo Elástico del material 
y expresa la relación entre tensión y deformación. 
Cuanto más alto menos se deforma el material 
ante carga y es la gran propiedad de los materia-
les estructurales. También le llamamos “rigidez” y 
a su opuesto “deformabilidad”. 
 f: El punto donde cesa el comportamien-
to elástico se llama límite elástico, que asociamos 
a la tensión máxima a la que podemos someter el 
material sin producir deformaciones irreversibles. 
 El comportamiento de un material dado se 
describe por su gráfica tensión deformación. Pri-
mero nos fijamos en su rango elástico, durante el 
cual tensiones y deformaciones son proporciona-
les tanto en compresión como en tracción. Alcan-
zado el límite elástico, nos encontramos con la 
aparición de un periodo plástico, o la rotura (acero 
y vidrio respectivamente, por ejemplo): este pe-
riodo plástico es también fundamental para las 
prestaciones del material. 
 Por ejemplo, los metales tienen una re-
serva plástica que resulta en grandes prestacio-
nes, mientras que el vidrio al ser frágil requiere 
grandes precauciones en su uso. 
 Los materiales viscoelásticos (polímeros) 
son similares en su comportamiento, reblande-
ciendo o endureciendo tras el límite elástico, aun-
que su tensión de rotura y módulo elástico son 
muy inferiores a los metales. 
 
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Comportamiento elástico (a), plástico (b), plástico tras el límite 
de proporcionalidad (c) y frágil tras el límite de proporcionali-
dad. 
 
 En general, los materiales de más altas 
prestaciones estructurales tendrán altos módulos 
elásticos (poco deformables) y altos límites elásti-
cos (alta resistencias). Pero es interesante pensar 
en como la arquitectura está cambiando como 
consecuencia de la incorporación de los nuevos 
materiales, muchos de ellos caracterizados por 
módulos elásticos inferiores al acero y por tanto 
mucho más deformables. Su empleo requiere di-
seños capaces de asumir altas deformaciones. 
 Un ejemplo de esto último son las mem-
branas orgánicas, elementos a base de materiales 
de gran deformabilidad cuya gráfica tensión-
deformación es muy horizontal (las gomas), adqui-
riendo deformaciones superiores al 50 ó 100% y 
hasta el 800% (los materiales rígidos rara vez 
superan el 0’1%). Los polímeros orgánicos, en 
general, adoptan un diagrama variable, con un 
tramo inicial horizontal pero con deformaciones 
decrecientes a medida que aumentan las tensio-
nes. Este comportamiento permite a las membra-
nas orgánicas suavizar los saltos bruscos de pre-
sión. 
 
 
Diagramas σ/ de los polímeros, mostrando como tras el límite 
elástico el material puede “ablandarse o endurecerse” a la 
deformación. (a). Diagrama / de la piel mostrando su res-
puesta variable ante esfuerzos moderados o importantes. (b). 
 
 Del mismo modo que podemos trazar el 
diagrama  para tensiones normales, puede 
hacerse para tensiones tangenciales. Un elemento 
sometido exclusivamente a fuerzas cortantes, 
sufrirá una distorsión angular, acortándose y esti-
rándose sus diagonales. Al igual que el módulo 
elástico relaciona esfuerzos normales y de-
formaciones lineales, el módulo de esfuerzos cor-
tantes relaciona esfuerzos cortantes y giros. El 
comportamiento a cortadura de un material elásti-
co se presenta igualmente en un diagrama tensión 
deformación, que suele ser análogo (pero no 
siempre) al de tracción, pero con valores inferio-
res. En el acero . 
 Además, a todo estiramiento longitudinal le 
corresponde una contracción lateral y viceversa, y 
la relación entre ambas deformaciones viene dada 
por el módulo de Poisson. Cuando el material es 
isótropo (mismo comportamiento elástico en las 
dos direcciones) esta relación es   contrac-
ción/alargamiento = 1/4. 
 
Tensiones 
 
Nuestra primera intuición de los esfuerzos simples 
es una distribución homogénea de tensiones en 
las secciones perpendiculares al esfuerzo. 
 En un material elástico, una fuerza de 
tracción o compresióninduce tensiones de trac-
ción o compresión, en una sección perpendicular, 
igual al cociente entre el esfuerzo y el área que lo 
resiste.   . 
 Pero induce también tensiones del mismo 
signo aunque menores en cualquier sección obli-
cua, que se reducen hasta anularse en una sec-
ción perpendicular. Cuando estudiamos una sec-
ción oblicua, descomponemos la tensión paralela 
al eje de la pieza en una tensión perpendicular a la 
sección y otra paralela: tensión normal y tan-
gencial. Una produce estiramiento y la otra desli-
zamiento. 
 La máxima tensión normal x se produce 
en la sección perpendicular al esfuerzo y la má-
xima tensión tangencial a 45º con él, y es más 
reducida: 0.7  
 
 
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Tensiones normales y tangenciales: las últimas son máximas 
en las secciones a 45º y nulas en las ortogonales al esfuerzo. 
Las primeras nulas en las paralelas y máximas en las ortogona-
les. 
 
 La importancia de esta variación de ten-
siones en un punto es fundamental para intuir el 
estado tensional de una pieza: nos explica la “ge-
neración” de las tensiones tangenciales y a partir 
de ésta la rotura a 45º de los elementos cargados 
axialmente (ya que la mayoría de los materiales 
tienen menor resistencia a esfuerzos tangenciales 
que normales). 
 Las tensiones paralela y perpendicular a la 
fuerza aplicada se llaman tensiones principales, 
son las máximas y mínimas en ese punto, y co-
rresponden a planos de tensiones cortantes nulas. 
 Estamos familiarizados con materiales que 
tienen la misma resistencia a tracción y compre-
sión, con resistencia a cortante del orden del 70 % 
de aquellas. Pero éstos son en general materiales 
homogéneos y el comportamiento será bien dife-
rente en los que no lo son (compuestos sobreto-
do). 
 La forma de rotura dependerá también de 
la estructura interna y en tracción oscilará desde 
una rotura perpendicular al esfuerzo hasta la clási-
ca estricción inicial a 45º típica de los materiales 
dúctiles. En compresión, como hemos visto, ade-
más de la rotura por tensiones cortantes es posible 
el “hinchamiento” previo de los materiales dúctiles, 
la fisuración vertical (poca resistencia a tracción) o 
el pandeo de las fibras. 
 
 
 
 
Formas de rotura. 
 
Concentración de Tensiones 
 
Este análisis elástico no explica el comportamiento 
real de la materia, y especialmente su rotura: la 
elasticidad considera que la materia es homogé-
nea y continua y esto no es realmente así. Las 
“imperfecciones estructurales” tienen consecuen-
cias determinantes en el comportamiento del ma-
terial. 
 La teoría de la elasticidad es una descrip-
ción del comportamiento de un cuerpo a una cierta 
escala, que es la propia de la resistencia de ma-
teriales. Pero es falsa ante aplicaciones dinámicas 
y, sobre todo, es falsa a escala de la estructura del 
material. 
 Resulta que todos los materiales tienen 
resistencias teóricas muy superiores a las reales, 
las probetas de laboratorio muy superiores al pro-
ducto típico. Griffith descubrió que tal comporta-
miento se debe a la concentración de tensiones 
que se produce en una discontinuidad estructural, 
en una imperfección: en el entorno de toda imper-
fección, se produce una concentración de tensio-
nes cuyo valor supera con mucho las esperables 
según la teoría elástica. 
 Y toda la materia es a escala estructural 
discontinua e imperfecta: al sumergir en agua un 
cristal de sal, para que se disuelva su capa más 
externa, éste aumenta tanto su resistencia que se 
aproxima a la teórica, como consecuencia de la 
disolución de sus imperfecciones superficiales. 
 
 
 
Concentración de tensiones en un cambio brusco de sección. 
Algunas experiencias llevaron a entender 
este comportamiento: los ensayos en tracción de 
una chapa con un taladro circular y elíptico mues-
tran que la distribución de tensiones es triangular, 
con tensiones máximas en la tangente al taladro 
de hasta cinco veces las esperadas dividiendo la 
fuerza entre la sección neta. 
 Un fenómeno similar se produce cuando la 
sección es variable. Una entalladura en un ele-
mento traccionado o flectado, trabajando a una 
tensión inferior a su límite de rotura, (considerando 
la reducción de sección), tiene el mismo resultado: 
el efecto de la entalladura es muy superior a la 
simple reducción de la sección resistente. 
 
 
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Concentración de tensiones en un taladro o una grieta y plastifi-
cación del material. 
 
 A esta rotura por concentración de tensio-
nes se le llama rotura frágil y se caracteriza por 
producirse con tensiones elásticas muy inferiores a 
las de rotura elástica del material. 
 La fatiga es un fenómeno relacionado con 
la rotura frágil: un alambre doblado y enderezado 
sucesivas veces rompe por fatiga: aplicación de 
compresiones y tracciones inferiores a la tensión 
de rotura, pero en forma sucesiva, equivalen a una 
imperfección que se forma gradualmente. Un 
ejemplo próximo es la rotura de una cubrición me-
tálica por dilatación y contracción térmica su-
cesivas cuando le impedimos sus movimientos. 
 
 
 
Rotura por fatiga de los “Liberty” en la segunda guerra mundial. 
 
 En general, cuanto más elástico es el ma-
terial, mayor resistencia tiene ante la rotura frágil 
(pensar en un alambre elástico frente a uno que 
no lo sea), ya que aquella se produce cuando el 
material rebasa el límite elástico y se deforma 
plásticamente. 
 Pero la verdadera defensa de los materia-
les contra la rotura frágil es su potencial compor-
tamiento plástico, ya que la deformación plástica 
de estas zonas debilitadas permite al material 
redistribuir tensiones: el comportamiento plástico 
constituye una reserva de resistencia porque cada 
fibra que se plastifica transferirá su tensión exce-
dente a la contigua en un proceso sucesivo que 
difunde las puntas de tensión. 
Por el contrario los materiales sin periodo 
plástico, como las cerámicas, son muy sensibles a 
la rotura frágil. 
 En las construcciones “habituales” el coe-
ficiente de seguridad y la redundancia de nuestras 
estructuras nos defienden de la rotura frágil, pero 
en las grandes estructuras, en los casos de cargas 
dinámicas y en las piezas muy mecanizadas o 
debilitadas deberá atenderse al problema. 
En cuanto al propio material, lo fundamen-
tal es recordar que los materiales reales están, 
debido a sus imperfecciones internas, muy por 
debajo de sus resistencias teóricas, lo que está 
abriendo hoy un gran campo de búsqueda de nue-
vos materiales. 
 
Energía de Deformación: resiliencia y ductili-
dad 
 
Toda deformación implica un trabajo, que en el 
comportamiento elástico se acumula en forma de 
energía de deformación, energía que la pieza in-
vertirá después en recuperar su forma. 
 Esta energía es el producto de la fuerza 
aplicada por la deformación que ésta provoca: en 
el diagrama de tensión-deformación en tracción de 
una barra, es el área del triángulo inferior de la 
gráfica (U) de forma que la capacidad de almace-
narla de un material es proporcional a su límite 
elástico e inversa a su módulo elástico: resulta así 
que la goma puede almacenar en teoría veinte 
veces más energía de deformación por unidad de 
volumen que el acero. 
 
 
Energía de deformación: las nuevas construcciones con mate-
riales más deformables se basarán en esta capacidad de “de-
jarse ir” para acomodar los esfuerzos con cambios de forma. 
 
 En el pasado se ha prestado poca aten-
ción a esta característica, cuyo renovado interés 
está ligado al desarrollo de nuevos materiales y 
conceptos estructurales: la eficacia de algunas 
estructuras naturales como la rama del árbol o la 
tela de araña se debe a la gran capacidad de sus 
materiales para almacenar energía, que les permi-
te “dejarse llevar” para amortiguar el golpe y des-
pués recuperarse. 
 La posibilidad de esquiar se debe a la 
capacidad del tendón para almacenar la energía 
de choque; el arco es capaz de almacenar la 
energía suministrada por el arquero gracias a la 
capacidad de sus materiales para almacenar la 
energía; una cuerdarompe a una tensión dada, 
independiente de su longitud, ante la misma fuerza 
aplicada, pero cuanto más larga más se deforma y 
más energía de deformación acumula, y es por 
tanto más resistente ante cargas súbitas. 
Esta propiedad de almacenar energía y 
deformar elásticamente bajo carga es la resilien-
cia, y depende del material y de la forma. Tiene 
expresiones diferentes para el trabajo mecánico 
en compresión, flexión o torsión: en flexión será 
siempre inferior a la obtenida por tracción, como 
 9
resultado del no agotamiento de la sección (no 
todo el material almacena energía). 
 
 
 
En los sistemas traccionados recurrimos a materiales con altas 
energías de deformación.(Schlaich-Bergerman, Estadio de Mara-
caná). 
 
En el periodo de deformación plástico de 
un material también se genera energía de defor-
mación, sí bien no será recuperable ya que la de-
formación es permanente: la capacidad de un 
material para tal consumo de energía se llama 
ductilidad, y mide la deformación plástica que 
puede soportar un material o pieza hasta la fractu-
ra. Es el opuesto a la fragilidad y mide su capaci-
dad para ser conformado. Su medida es también 
proporcional al área de la gráfica tensión-
deformación, pero en el periodo plástico, siendo 
mayor en los materiales con largos períodos plás-
ticos. 
 La elección del material es un compromiso 
entre características, resistencia, resiliencia y duc-
tilidad: la falta de la segunda ocasiona la fragilidad, 
pero también su exceso (las gomas, dada la gran 
energía de deformación que acumulan, producen 
finalmente una rotura frágil). Este compromiso 
entre ambas es el éxito del acero. 
 Toda estructura es un compromiso entre 
deformabilidad y resistencia. Los niños son más 
resilientes pero menos resistentes que los adultos. 
Lo grande tiende a ser rígido y a cambio frágil. 
Parece que la naturaleza opera con este principio. 
 
Dureza y Resistencia al Impacto 
 
La dureza es la resistencia a la perforación y abra-
sión: suele ser proporcional a la resistencia mecá-
nica, pero depende de la estructura interna del 
material. Se suele medir por la tabla de Mohs entre 
el talco (1) y el diamante (10). 
 La resistencia al impacto depende también 
de la resistencia, pero sobre todo de la resiliencia. 
En construcción su importancia es ocasional, pero 
en el diseño de los seres vivos el impacto importa 
más que las cargas estáticas. 
 La resistencia al desgaste es una variante 
de la dureza. 
 Hay muchas formas y ensayos posibles de 
dureza, resistencia a impactos, etc.: Dureza Bri-
nell, nº de Taber, desarrollados para diferentes 
tipos de materiales y acciones. 
 
OTRAS ACCIONES CON CONSECUENCIAS 
ESTRUCTURALES 
 
Nos ocuparemos ahora tan solo de aquellas ac-
ciones que, no siendo propiamente mecánicas, 
puedan tener consecuencias en el comportamien-
to estructural de un material. Se trata de las accio-
nes térmicas y químicas, principalmente. 
 
Efectos del Calor en el Comportamiento Me-
cánico 
 
El calor es una forma de energía que actúa sobre 
los materiales como un fluido, transmitiéndose a 
éstos y circulando por su interior hasta lograr esta-
blecer el equilibrio entre el cuerpo y el medio. Esta 
transmisión de calor tiene como efecto elevar la 
temperatura del cuerpo. 
 La energía calorífica actúa sobre los ma-
teriales produciendo la vibración de sus moléculas, 
que tienen que desplazarse para encontrar un 
nuevo estado de equilibrio reordenando su estruc-
tura. 
 Ante la energía calorífica incidente, el 
cuerpo la refleja, transmite o absorbe, producién-
dose una acumulación de calor en su masa (cam-
bio de temperatura) que afecta a sus dimensiones. 
 
Esfuerzos mecánicos y térmicos: los últimos actúan como 
solicitaciones mecánicas si se impide la libre dilatación del 
material. 
 
 Todo salto térmico del material se traduce 
en un cambio volumétrico: el coeficiente de dila-
tación mide este cambio, siendo  los coefi-
cientes de dilatación lineal, superficial y volumétri-
co. El incremento de longitud de una pieza some-
tido a un cambio de temperatura será l  l.t, 
Tal cambio dimensional induce un sistema 
de tensiones en el elemento si se impide. Muchas 
construcciones fallan por este problema, desde 
grandes estructuras a cerramientos ligeros 
 
 10
 
Coeficiente de dilatación térmica. Dilatación de una barra de 10 
m. con un incremento de 100 ºC. (fengler). 
 
 Aluminio y acero tienen altos coeficientes 
de dilatación, muy superiores a los del hormigón o 
madera. 
 Mayores saltos térmicos implican cambios 
de estado, de forma que la mayoría de los materia-
les -sobre todo estructurales- pierden todas sus 
capacidades en esas condiciones: de hecho tales 
saltos térmicos son la base de casi todos los pro-
cesos industriales de transformación. 
 Lograr materiales que conserven sus pres-
taciones a altas temperaturas es hoy un gran reto 
en todos los campos. En aeronáutica, por las altas 
temperaturas que originan la combustión y el ro-
zamiento. En arquitectura por el incendio. 
 
Alteraciones en la estructura del material 
 
El comportamiento mecánico de un material se 
altera si cambia su constitución, generalmente por 
acciones agresivas de naturaleza química. 
 
El agua: disolución, entumecimiento capilaridad, congelación, 
impermeabilidad al agua y al vapor. 
 
 El agua es el primer agente a considerar, 
ya que su acción es muy poderosa, debido a su 
capacidad para disolver muchísimas sustancias 
(con tiempo suficiente casi todo compuesto orgá-
nico resulta soluble en agua: por eso no hay agua 
pura), a su acción capilar (por la que es capaz de 
ascender en contra de la gravedad) o como vapor 
(pudiendo infiltrarse intersticialmente) y a su anó-
malo cambio de volumen al cambiar de estado (al 
enfriarse contrae, como todos los materiales, pero 
al bajar de 4ºC comienza a expandirse, disminu-
yendo su densidad, con aumento del 10 % en 
volumen al helarse). 
 
 
 
El agua es una gran destructora: Palatino de Roma. 
 
 El comportamiento de los materiales ante 
el agua se estudia por una serie de parámetros, 
fundamentalmente grado de absorción (porosidad/ 
densidad), permeabilidad, resistividad al vapor de 
agua, índice de filtración (permeabilidad al aire) y 
capilaridad. 
 Pero son muchos otros, además del agua, 
los elementos que pueden actuar de esta forma. 
Como por su propia naturaleza construir es juntar 
materiales, y estos se encuentran además en un 
medio activo, aparece el problema de la compatibi-
lidad química entre todos ellos. 
 Hay algunas acciones químicas frecuentes 
que vamos a resumir: 
 La cristalización, que es la reacción quí-
mica en la que un líquido saturado solidifica en 
forma de cristales, generalmente durante el proce-
so de evaporación o secado. Una reacción así son 
las eflorescencias en las cerámicas, que resultan 
de la reacción entre los ácidos atmosféricos y al-
gunas sustancias del material poroso. 
 La hidratación, que es la adición de agua 
al material, formando un compuesto con el mate-
rial (hidratos) que cuando vuelvan a perder el agua 
se descomponen en materiales de características 
bien distintas. Es el caso del deterioro de las ce-
rámicas ante el agua. 
 La oxidación, que es la combinación del 
oxígeno con un material. Con muchos materiales 
(sílice, aluminio y otros metales) el oxígeno forma 
rocas y minerales que, una vez transformados, 
mantienen su tendencia a volver a oxidarse y re-
gresar al estado natural, que es su estado estable. 
 Neutralización e hidrólisis son los proce-
sos inversos de combinación de un ácido y una 
base para formar sal y agua. El carácter ácido o 
básico de una sustancia es su capacidad para 
aceptar o ceder protones, carácter que se mide 
por el PH de la misma. El agua es neutra (PH = 7), 
los ácidos tienen PH  y las bases PH . 
 Un caso de neutralización es la carbona-
tación, reacción química entre el dióxido de car-
 11
bono (CO2), que tiene propiedades ácidas, con un 
material básico (los óxidos metálicos), formando 
carbonatos.Por carbonatación se deterioran las 
rocas calizas, los mármoles y el hormigón armado 
(acción conjunta del CO2 y la humedad), al resultar 
productos solubles. 
 La sulfatación es la combinación de un 
material con dióxido de azufre (SO2). Destruye los 
mármoles, las calizas, los cementos y muchos 
otros materiales, y es característica de las áreas 
industriales, terrenos yesíferos, etc. 
 
CONSUMO DE ENERGÍA Y CONTAMINACIÓN 
 
Teniendo en cuenta todos los costes energéticos 
directos (uso de los edificios) como indirectos (fa-
bricación de los materiales, construcción, demoli-
ción etc.), se estima que en España la industria de 
la construcción consume el 40% de la energía 
total. 
La idea de diseñar nuestros edificios de 
modo que minimicemos la energía consumida por 
sus materiales, elementos constructivos y proce-
sos de ejecución, así como la contaminación gene-
rada por ellos, no es tan nueva y está presente de 
algún modo en todo edificio siendo muy clara en la 
arquitectura histórica y popular. 
En general hoy se aceptan medias del tipo 
25% del consumo en construcción y 75% del con-
sumo en el uso del edificio, de modo que para 
reducir este gasto será fundamental optimizar la 
selección de materiales, su proceso de fabricación 
y su reciclado. Para esto es importante conocer el 
ciclo de vida de los productos de construcción: un 
balance que evalúa el producto atendiendo al con-
sumo de energía y la contaminación generada por 
el proceso de fabricación completo, desde la ex-
tracción al montaje y posterior reciclado. 
Un aspecto fundamental para reducirlo es que 
sean durables y por esto siempre se han valorado 
tan positivamente las buenas prácticas de cons-
trucción y la durabilidad de los edificios. 
 Las materias primas necesarias para fabri-
car los materiales típicos en la construcción –
ladrillo, hormigón, acero, vidrio, aluminio- son en 
general abundantes. Por ejemplo la bauxita, mate-
ria prima del aluminio, es uno de los minerales 
más abundantes en la corteza terrestre. Otra cues-
tión es la energía necesaria para su transforma-
ción y el impacto ambiental generado por su ex-
tracción. Las excepciones serán la madera certifi-
cada proveniente de cultivos programados y por 
supuesto la tierra –adobe, tapial-. 
 Los materiales de altas prestaciones impli-
can siempre consumos mucho más altos de ener-
gía y mayores emisiones, pero con la contrapres-
tación de que necesitaremos menores cantidades 
de material para resolver el mismo problema. Por 
ejemplo, un edificio ligero construido con acero y 
aluminio reciclados y con muy buen aislamiento 
térmico es más eficiente en términos de consumo 
energético que otro de la misma superficie y geo-
metría construido con materiales convencionales 
como el ladrillo. Pocos kilos de un material con 
energía primaria media o alta versus muchos kilos 
de un material con energía primaria baja o muy 
baja. 
Por otra parte algunos materiales natura-
les requieren una consideración diferente, pues 
reúnen un bajísimo consumo energético con altas 
prestaciones, caso de la madera y la piedra, y 
permiten tecnologías con sencillas transformacio-
nes. 
 
 
 
Como respuesta a la importancia del consumo energético la 
madera está desarrollando hoy capacidades completamente 
nuevas. Michael Green, edificio en Minneapolis. 2016 
 
 El consumo energético de un material se 
denomina “energía primaria” y es el sumatorio de 
los consumos parciales de extracción de materia 
prima, fabricación y transporte. La unidad más 
común para cuantificarla es el MJ/Kg (megajou-
le/kilogramo) o KWh/Kg (Kilovatio hora/Kilogramo). 
Las emisiones de CO2 se miden en Kg/Kg (Kilo-
gramo de emisiones por cada Kilogramo de mate-
rial). 
 
 
 
Consumo de energía por unidad de masa de diferentes mate-
riales de construcción. 
 
 Estas estimaciones del consumo y las 
emisiones por unidad de masa hay que manejarlas 
con precaución, pues no podemos comparar direc-
tamente materiales entre sí. La comparación de-
biera realizarse en términos de sus prestaciones, 
comparando el coste energético de la unidad de 
resistencia mecánica o térmica, etc. 
 12
 
 
 
 
 
Consumos de energía por unidad de resistenacia mecánica y 
térmica de diferentes materiales de construcción. 
 
 Pero muchas veces la comparación entre 
diferentes sistemas constructivos resulta en con-
sumos muy similares, de modo que más importan-
te que favorecer unos materiales frente a otros 
será apostar por la reutilización de los elementos 
constructivos o su aprovechamiento como base 
para producir un nuevo material: el reciclado. 
Hoy la mayoría de los materiales emplea-
dos en construcción son artificiales, de modo que 
el objetivo último sería construir siempre con los 
mismos materiales, minimizando el consumo de 
materias primas. El caso de la posibilidad de infini-
tos reciclados del aluminio es significativo. 
En general los materiales reciclados con-
sumen menos energía y producen menos emisio-
nes que los primarios, y en algunos casos esta 
reducción es drástica (acero, vidrio, aluminio). 
Además hoy son muchos los materiales que han 
desarrollado su tecnología de reciclado, con un 
amplio desarrollo en los productos domésticos que 
anticipa el de los elementos de construcción. 
Hoy en Centro Europa se recupera o reci-
cla del orden del 30% de los materiales de edifica-
ción, mediante una demolición selectiva. 
 
 
 
Ciclo de vida del aluminio. 
 
De cara al futuro podemos apuntar que al-
gunos materiales aparecen como claramente indi-
cados para incorporarse a un eficiente reciclado. 
Primero los metales, que pueden volver a fundirse. 
El acero es reciclable en un 100% para fabricar 
nuevos aceros y hoy más del 40% del acero pro-
ducido es reciclado. El aluminio reciclado consume 
en su fabricación el 5% de la energía necesaria 
para producir aluminio primario. 
 
 
 
D9. El reciclado del 100% del acero será pronto una realidad. 
 
La madera es reciclable y recuperable en 
un 100%. El vidrio es reciclable y recuperable en 
un 100%. Los tableros de yeso son reciclables en 
teoría en un 100%, pero no es habitual hoy. 
Algunos materiales parecen inicialmente 
muy poco adecuados al reciclado y la recupera-
ción. El hormigón armado no es un material reci-
clable, ni el compuesto ni sus componentes (ce-
mento, áridos, armaduras). Tan solo es viable la 
producción de áridos de baja calidad, lo que impli-
ca una importante degradación de sus característi-
cas. Algunos elementos prefabricados sí permiti-
rían su reutilización. Algo parecido ocurre con los 
materiales pétreos y cerámicos, que no son reci-
clables nada más que para áridos, aunque si tie-
nen una colocación adecuada –en seco- pueden 
ser recuperados. 
 Poco a poco cada material está encon-
trando una tecnología apropiada para el reciclado. 
Los plásticos, en teoría los mas difíciles de recupe-
rar, van mejorando sus tecnologías y los principa-
les termoplásticos -polietileno, poliestireno, pvc y 
otros- son reciclables. El policarbonato es un plás-
tico obtenido a partir del reciclado de termoplásti-
cos. 
Los aislamientos de fibras -fibra de vidrio o 
lana de roca- son difícilmente recuperables, pero 
se fabrican aislantes con fibras de papel obtenidas 
de los periódicos. De los aislantes rígidos (termo-
plásticos) puede remoldearse el poliestireno, en 
teoría un 100%, aunque hoy no es habitual. 
La asimilación del producto final es parte 
importante del coste ambiental. La capacidad de 
reciclado hemos visto que favorece a muchos 
materiales. Algunos tienen el problema de su difícil 
degradación: mientras los metales vuelven a su 
 13
estado natural por oxidación, los plásticos solo se 
eliminan si son reciclados. Es importante resaltar 
que los plásticos son tóxicos en su proceso de 
degradación en el medio natural. Es posible que 
en un futuro próximo los plásticos biodegradables 
resuelvan este problema. 
 
MATERIALES: FAMILIAS 
 
Al describir el comportamiento y posibilidades de 
las distintas familiasde materiales, veremos que 
los límites entre éstas son cada vez más borrosos: 
cada vez son menos los materiales empleados en 
estado puro y más las composiciones de varios de 
ellos. Además las técnicas de fabricación y con-
formación son tan determinantes para su compor-
tamiento que el mismo material cambia drástica-
mente en sus prestaciones según su elaboración. 
 La variedad de materiales es abrumadora 
y nos ocuparemos aquí tan solo de algunos de 
ellos. 
 
 
 
Tabla comparativa de las características de algunos materiales. 
 
METALES 
 
Los metales son los elementos de la parte izquier-
da de la tabla periódica. Se caracterizan por su 
número atómico elevado, lo que le hace pesados. 
Su estructura interna es cristalina y su enlace me-
tálico, por lo que su comportamiento será elasto-
plástico y su resistencia mecánica alta. 
Otras características propias son su ines-
tabilidad química por oxidación (debida a esa “nu-
be de electrones” que hace a los metales combi-
nables con el oxígeno libre) y por la misma razón 
su conductibilidad eléctrica y su dilatación térmica 
elevadas. 
 Sus temperaturas de fusión son altas por 
lo que se tardaron en aislar (de unos 1500 ºC el 
acero), ya que su estado natural es oxidados. Al-
gunas de sus principales limitaciones derivan del 
difícil control del proceso térmico a las altas tem-
peraturas que requiere su elaboración, lo que ge-
nera productos impuros: por esto los antiguos 
hierros forjados y fundidos eran frágiles. 
 El punto de fusión de los metales es una 
característica fundamental para sus tecnologías de 
elaboración y producción (el cobre se conquista 
mucho antes que el hierro por fundir a 1000ºC, 
mientras el hierro lo hace a 1500ºC), pero lo es 
también para sus prestaciones, ya que mucho 
antes de alcanzar esta temperatura se transforma 
su comportamiento mecánico, perdiendo sus pres-
taciones. Con el aumento de temperatura se acen-
tua su comportamiento plástico. 
 Los metales puros son demasiado plásti-
cos, debido a su excesiva facilidad de reorde-
nación molecular: esta y otras limitaciones las 
resuelven las aleaciones, que son nuevos metales 
que resultan de insertar o sustituir un material en 
otro. El proceso de aleación es característico de 
los materiales cristalinos y es de naturaleza termo- 
química. A diferentes composiciones químicas 
corresponden diferentes ordenaciones a escala 
molecular y estructural y por tanto nuevas propie-
dades: así que no hay acero o aluminio, sino mu-
chos aceros o aluminios posibles, con diferentes 
características mecánicas, térmicas, etc. 
 Los metales tienen altos coeficientes de 
dilatación térmica, por lo que se deben considerar 
sus deformaciones cuando las dimensiones de las 
piezas o las cargas térmicas sean significativas. 
 Su alto coeficiente de transmisión hace de 
los metales pésimos aislantes térmicos, lo que 
tiene consecuencias para la fabricación de cerra-
mientos, conducciones etc. Otra característica 
importante es su alto poder reflexivo, consecuen-
cia de su “brillo” superficial al pulirse, lo que les 
confiere usos como reflectores de las radiaciones 
solares o térmicas. 
 
 
 
Broche micénico: El gran valor concedido al oro se debe a que 
recuerda al sol, pero sobre todo a su gran durabilidad por ser 
inoxidable. 
 
 Ya hemos visto que la oxidación es una 
reacción química característica de los metales. 
Consiste en la formación de un par electroquímico, 
esto es, una corriente eléctrica entre dos metales 
en el interior de un electrólito (el agua en nuestro 
caso). Este par es una pila que produce corriente 
a cuenta de agotar a uno de sus dos polos (el de 
menor potencial eléctrico). 
 Así cualquier pareja de metales en con-
tacto provoca el proceso de oxidación, proceso 
que puede evitarse aislándolos entre sí, creando 
 14
un potencial inverso o incorporando un ánodo de 
sacrificio. 
 Pero este mismo par se puede crear en el 
seno de un solo material: una capa uniforme de 
óxido o un recubrimiento son protecciones que 
detienen la oxidación, pero una discontinuidad en 
la película, pone al metal en contacto con el elec-
trólito, y esta forma un par con la zona protegida 
bajo ella, que actúa de ánodo. 
 Como veremos, las protecciones suelen 
tener discontinuidades inevitablemente. 
 
 
 
Tabla de oxidación bimetálica. 
 
Veremos que algunos metales, como el 
aluminio, tienen la propiedad de pasivarse, esto es 
protegerse contra la oxidación mediante la crea-
ción de una oxidación superficial que frena el pro-
ceso, mientras otros pueden hacerse menos oxi-
dables por aleación. Los metales de grandes pres-
taciones ante este ataque son el oro y la plata, y 
de aquí su valor. 
 
 
 
Oxidación en el arranque de un pilar de acero 
 
 Los procesos de conformación de los me-
tales son muy variados y difieren para los distintos 
metales. Casi todos ellos pueden conformarse en 
caliente, por laminación o fundición, y los más 
dúctiles por extrusión. La fundición es un proceso 
de conformación con nuevo auge, con lo que re-
cuperamos unos diseños perdidos (los del siglo 
XIX que resultaban frágiles) que nos abren un 
nuevo campo en el diseño. 
 Con las nuevas aleaciones han nacido 
nuevas técnicas de conformación: solidificación 
direccional (orientación provocada de la estructura 
granular), fundición con moldes precalentados, 
conformación super plástica (que es una confor-
mación volumétrica de aleaciones de grano tan 
fino que son capaces de una deformación del 
1000 % lo que evita los costosos procesos de 
estampación. Se suelen obtener de polvo metáli-
co), solidificación rápida (que logra una estructura 
muy homogénea), etc. Todas estas técnicas y 
materiales van penetrando progresivamente en la 
arquitectura. 
 
 
 
Piezas de acero fundidas en el centro Georges Pompidou 
(Piano y Rogers). 
 
CERÁMICAS 
 
Las cerámicas son materiales derivados del proce-
samiento de algunas rocas o minerales com-
puestos de sílice y óxidos metálicos. 
 Las rocas o minerales empleados pueden 
ser muchos, siendo la roca tradicional la arcilla, 
cuyo mineral esencial es el caolín. El procesa-
miento suele ser la adición al polvo obtenido de los 
minerales de un material aglomerante (habitual-
mente el agua) y formar una masa plástica que se 
somete a un proceso térmico durante el que se 
pierde el aglomerante. 
 La estructura a nivel atómico de una ce-
rámica es una red de celdillas regulares a partir de 
enlaces iónicos y covalentes que se repiten de 
manera periódica a lo largo del material. Según el 
proceso térmico (principalmente enfriamiento súbi-
to o gradual), estas celdillas forman una estructura 
periódica o desordenada. En el primer caso la 
cerámica es cristalina, en el segundo la cerámica 
es vítrea. 
 Esta estructura explica el comportamiento 
mecánico de las cerámicas. Son siempre materia-
les muy resistentes y poco deformables, como 
resultado de sus enlaces (el enlace iónico es fuer-
te y el covalente es muy direccional, formando 
celdillas muy indeformables). Pero precisamente 
esta fuerza de los enlaces impide el desplazamien-
to de los átomos y el material no puede defor-
 15
marse. Como consecuencia, los enlaces ceden de 
repente y el material rompe súbitamente: las ce-
rámicas son frágiles. Además, el material será 
mucho más resistente a compresión que a trac-
ción, ya que las fuerzas de tensión tienden a abrir 
la grieta iniciada y la compresión o corte a sellarla. 
 Este comportamiento frágil hace al ma-
terial extremadamente sensible a los defectos por 
el fenómeno de concentración de tensiones, ya 
que al no tener comportamiento plástico no puede 
reordenarse para “aliviar” las concentraciones de 
tensiones. Todo defecto inicia una grieta y ésta se 
propaga ya sin control ni dirección preferente. 
 Las resistencias prácticas de los materia-
les cerámicos están muy lejos de las teóricas, y su 
rotura se producirá según la dirección de las má-
ximas tensiones tangenciales. 
 Como resultado de esto las piezas ce-
rámicas tienden adiseñarse para no trabajar en 
tracción ni flexión. 
 Este comportamiento frágil se está modi-
ficando drásticamente con las nuevas tecnologías 
de elaboración, capaces de procesos de fabrica-
ción que pueden minimizar los defectos, lograr 
estructuras de grano finísimo, mezclar los estados 
vítreo y cristalino, etc. Las cerámicas comerciales 
han mejorado así sus prestaciones, y se han lo-
grado nuevos materiales como las vitrocerámicas. 
 
 
 
Cerámicas de gran formato. 
 
Otras técnicas en desarrollo se dirigen a 
construir una estructura capaz de detener el cre-
cimiento de las microfisuras mediante la adición de 
fibras que refuercen el material y otros procesos. 
 Las cerámicas, al ser estructuras muy 
estables, tienen gran resistencia a las elevadas 
temperaturas sin alterar sus características mecá-
nicas, siendo habitual la fabricación de cerámicas 
especialmente resistentes al calor (refractarias). 
 Su coeficiente de dilatación térmica es 
muy bajo, por lo que son materiales muy estables 
dimensionalmente. Resulta un buen “acumulador 
térmico” y un mediano aislante. 
 Las arcillas son materiales de gran inesta-
bilidad volumétrica ante los procesos de inhibición 
y desecación. Las cerámicas tradicionales tienen 
elevada porosidad y absorción, lo que exige pre-
cauciones desde su colocación y las hace sensi-
bles ante las heladas y ciclos de secado exigiendo 
su ventilación, etc. 
 La impermeabilización de las cerámicas se 
resuelve tradicionalmente con el esmaltado, o por 
la dosificación del material base (gres, porcelanas, 
etc). 
 El proceso típico de conformación de las 
cerámicas es el moldeo desde el estado plástico y 
su posterior tratamiento térmico (cocción). Este 
proceso higrotérmico produce la inestabilidad vo-
lumétrica de la pieza (hinchamiento por adición de 
agua y contracción por pérdida de la misma), de 
forma que el límite de fabricación es la rotura y 
deformación de la pieza durante el propio proceso. 
Esto, sumado a la dificultad de su trabajo en fle-
xión lleva a piezas de poco tamaño y esbeltez, 
formas curvas más estables, etc., típicas en las 
técnicas tradicionales. 
 Dada su alta densidad, la técnica se dirige 
a la fabricación de elementos aligerados en los 
que se busca el mínimo espesor de pared. 
 Hoy el progreso de estas técnicas está 
derivando a la superación progresiva de estas 
limitaciones: son las cerámicas tenaces emplea-
das en motores, etc. 
 
 
 
Fachada cerámica. R. Piano, Berlín. 
 Parece que las cerámicas volverán a ocu-
par un lugar preeminente entre los materiales de 
construcción, consecuencia del bajo coste de sus 
materias primas, asociado a las nuevas posibilida-
des de modificación de su estructura para superar 
su carácter frágil. 
 Las prestaciones de su resistencia a com-
presión, comportamiento a altas temperaturas y 
capacidad aislante nos hacen pensar en piezas 
polivalentes que recuperen las grandes posibilida-
des de las cerámicas en la construcción. Además, 
el moldeo es una técnica siempre asequible. 
 La base de estas posibilidades serán los 
compuestos de matriz cerámica, con todo tipo de 
refuerzos o cargas, y la precisión de fabricación y 
 16
montaje con la que las cerámicas se alejan defini-
tivamente de las técnicas artesanales. 
 Un ejemplo interesante son los sillares de 
cerámica aligeradas y aislantes (aireadas, con 
cargas de materiales plásticos, etc.) o los revesti-
mientos cerámicos sobre bastidores metálicos. 
 Mas futurista es la posibilidad de un siste-
ma estructural de cerámica armada, seguramente 
pretensada. 
 
VIDRIO 
 
El vidrio es una cerámica, y comparte por tanto 
casi todas sus características con ellas: gran resis-
tencia, tenacidad (alto módulo elástico), fragilidad, 
etc. 
 Teóricamente, sus propiedades lo harían 
incluso superior al acero, pero estos valores no se 
alcanzan por su fragilidad. Debido a su estructura 
molecular la rotura no tiene fase plástica: se trata de 
una rotura frágil dentro del período elástico. Todo 
esto es consecuencia de la formación de “defectos 
de Griffith”, que producen concentración de tensio-
nes en mínimos defectos superficiales. Esta rotura 
produce el colapso por propagación instantánea de 
las microfisuras. 
 Los vidrios sencillos quedan limitados por 
esta razón a resistencias de cálculo muy inferiores a 
las teóricas. 
 El mismo comportamiento frágil se presenta 
ante las acciones térmicas: una zona fría de la pro-
pia pieza limita la expansión de otra caliente y la 
pieza rompe. La rotura frágil se produce por diferen-
cias de temperatura de 70ºC en el vidrio normal y de 
240ºC en el templado. Estas limitaciones aumentan 
con Las dimensiones , con las restricciones a la 
dilatación o los defectos geométricos superficiales 
de la pieza . 
 Estas limitaciones se están superando hoy 
con diferentes técnicas, principalmente el templado, 
que consiste en un pretensado de origen térmico, 
resultando comprimidas las superficies y traccionado 
el interior. Las fisuras sólo se crearán cuando los 
esfuerzos venzan esta precompresión. El vidrio 
templado multiplica por cinco la resistencia del vidrio 
normal. 
 
 
 
Mesa de vidrio templado (Gae Aulenti). 
 
Estas soluciones hoy disponibles no agotan 
las posibilidades: vidrios laminares encolados, desa-
rrollo de nuevos intercalarios y procedimientos de 
"blocaje de microfisuras", recubrimientos con lámi-
nas elásticas, templado químico, etc. 
 
 
 
Fábrica de vidrio de La Granja. 
 
El estirado y el laminado son las técnicas 
que diferencian netamente la tecnología del vidrio 
de construcción de otras cerámicas, permitiendo 
la fabricación de productos de grandes dimensio-
nes, con esbelteces que no están al alcance de 
otras cerámicas: estos vidrios planos son la base 
fundamental de la tecnología del vidrio. 
 El vidrio sigue siendo el material revolu-
cionario, y casi todas las posibilidades de renova-
ción de la arquitectura cuentan necesariamente 
con él. 
 
 
 
Escalera de Apple 
 
En primer lugar, poco a poco se supera su 
naturaleza frágil para acercarnos hacia sus eleva-
dísimas resistencias teóricas, lo que permite ade-
más nuevas soluciones de estructuras acristaladas 
de las que estamos viendo muestras cada día. 
 Pero es sobre todo el aprovechamiento de 
su comportamiento energético lo que hará posible 
una arquitectura bien diferente: una construcción 
realmente capaz de aprovechar los recursos natu-
rales sólo será posible con el vidrio. 
 Los nuevos compuestos y laminados se 
aproximan cada vez más a una respuesta variable, 
lo que permitirá un material autoregulable de 
 17
acuerdo a un clima cambiante. En asociación a 
sus posibilidades mecánicas, con posibles piezas 
bien diferentes al vidrio plano (el vidrio moldeado 
parece recuperar posiciones), podrán lograrse 
nuevas soluciones. 
 
POLÍMEROS 
 
Están formados por repetición de una o más molé-
culas tipo que son los monómeros o radicales, 
unidad base que por repetición forma las macro-
moléculas que son cadenas tetraédricas de áto-
mos de carbono. Su estructura se caracteriza por 
el gran tamaño de sus moléculas (pocas molécu-
las inorgánicas alcanzan la docena de átomos, 
mientras que la mayoría de las orgánicas tienen 
docenas o miles). 
 Estos materiales tienen algunas carac-
terísticas diferenciales de los inorgánicos: son 
combustibles y no pueden soportar tratamientos 
enérgicos sin destruirse debido a la debilidad de 
sus enlaces, y tras estos tratamientos, no puede 
volver a formarse la sustancia original. 
 Por contener carbono en sus moléculas, y 
casi siempre hidrógeno, son inflamables. 
 Los polímeros pueden ser amorfos o tener 
diferentes grados de cristalización. 
 Además de las características típicas de 
cualquier material, en los polímeros debemos 
prestar atención a comportamientos que les son 
característicos por su naturaleza: comportamiento 
mecánico en función de la temperatura y el tiempo 
de duración de las cargas, resistencia a los agen-
tes atmosféricos (radiación ultravioleta y oxígeno,ya que su naturaleza orgánica los hace sensibles 
a ambos), combustibilidad, etc. 
 
Polímeros Naturales 
 
Son polímeros naturales los materiales biológicos, 
que son las sustancias provenientes de la materia 
viva. 
 Existen polímeros naturales con grandes 
propiedades mecánicas y de otro tipo, especial-
mente los tejidos animales, cuyo comportamiento 
es asombroso: la tela de araña es el material más 
resistente que se conoce, con una capacidad de 
estiramiento del 400 %. 
 La mayoría de los polímeros naturales 
forman materiales compuestos a base de fibras 
lineales y una matriz, ambas poliméricas, y de-
bemos considerarlos como materiales compues-
tos. Nos ocuparemos ahora de sus componentes 
 a) Un primer grupo son los materiales or-
gánicos cristalinos, en los que se forman cristales 
embebidos en regiones amorfas que dan lugar a 
plegamientos y entrecruzamientos que dotan al 
material de rigidez y elasticidad. Forman fibras 
muy resistentes y de alto módulo elástico. Así son 
la seda, la celulosa y el colágeno, este último la 
materia básica de los tejidos animales. 
 Entre los polímeros artificiales pertenecen 
a este grupo el polietileno, el nylon y el teflón. 
 b) Los polímeros amorfos, no cristalinos, 
son muy deformables y flexibles, y se caracterizan 
por poder almacenar mucha energía de de-
formación: los cauchos, la resilina (ligamentos de 
las conchas), etc. 
 
Polímeros Artificiales 
 
Los polímeros sintéticos son materiales a medida 
fabricados por repetición de monómeros también 
sintéticos: la estructura del material es artificial 
desde la escala molecular hasta la macro-
estructura. El proceso de creación de un polímero 
es químico, pero en él es también fundamental el 
proceso de fabricación; podríamos decir que el 
primero es responsable de la organización molecu-
lar y el segundo de la estructura. 
 Los primeros polímeros artificiales fueron 
el celuloide, el rayón, la baquelita, el neopreno, el 
nylon, etc. Hoy los polímeros pueden sustituir a los 
metales por sus prestaciones estructurales. 
 
 
 
Presentación del “Tupperware” hacia 1940. 
 
 El comportamiento del polímero depende 
fundamentalmente de las características de sus 
cadenas moleculares: la longitud y rigidez de cada 
cadena, la fuerza atractiva entre ellas y la regulari-
dad de su “empaquetamiento”. Como las atraccio-
nes moleculares de los polímeros son débiles (en-
laces de Van der Waals), las cadenas son poco 
estables ante esfuerzos mecánicos, térmicos y 
químicos. Esta estructura se hace más estable y 
resistente por los procesos de cristalización y en-
trecruzamiento ya comentados, que pueden pro-
ducirse artificialmente resultando dos familias bá-
sicas: 
a) Polímeros termoplásticos: 
Como los polímeros cristalizan al llegar a la 
temperatura de vitrificación, tal propiedad se apro-
vecha en su fabricación para formar en su interior 
 18
pequeños cristales (cristalitas) que refuerzan la 
estructura de las cadenas. 
Los plásticos de este tipo se llaman termo-
plásticos, y están caracterizados por el desorden, 
bajo entrecruzamiento y bajo poder atractivo de 
sus cadenas moleculares. Esta estructura amorfa 
aporta flexibilidad, y las cristalitas rigidez. 
Como consecuencia su límite resistente es ba-
jo: son elásticos y resistentes hasta tensiones 
moderadas, reblandecen a bajas temperaturas y 
son poco resistentes a las acciones químicas. 
Son termoplásticos el PVC, el poliestireno, el 
polipropileno y el polietileno; este ultimo tiene más 
prestaciones por su mayor nivel de cristalización. 
b) Polímeros termoestables. 
Diseñando cadenas muy largas y entrecruza-
das se crea una red tridimensional de enlaces: a 
mayores longitudes y entrelazamientos, mayor 
estabilidad y resistencia. 
Los plásticos de este tipo se llaman termoes-
tables, y son mucho más resistentes, elásticos y 
estables a altas temperaturas y resistentes a los 
agentes químicos. 
Son termoestables los cauchos sintéticos, las 
resinas de poliester y epoxi, etc. 
Otras técnicas permiten modificar el compor-
tamiento del material: reforzar y orientar las cade-
nas para lograr fibras lineales o láminas superficia-
les de gran resistencia direccional, mezclar termo-
plásticos con elastómeros, construir híbridos con 
cadenas rígidas y elásticas, construir estratificados 
laminares y organizar materiales jerarquizados que 
emulen a los materiales biológicos. Pero estos son 
ya materiales compuestos. 
En algunas aplicaciones se han hecho insusti-
tuibles, como las impermeabilizaciones, aislamien-
tos, conducciones, juntas y adhesivos, etc. 
 
 
 
La casa Montsanto de R. Hamilton, M. Goody y H. Dietz, 1957. 
Construida con paneles de poliéster reforzado con fibra de 
vidrio rellenos de poliestireno. 
 
Actualidad 
 
Los plásticos han ido sustituyendo a muchos otros 
materiales gracias a su carácter de “materiales 
diseñados” y facilidad de moldeo, y hoy cumplen 
innumerables misiones en elementos auxiliares, 
desempeñando diferentes papeles con caracterís-
ticas diferentes: aislantes de todo tipo, muchas 
veces con características mecánicas simultáneas, 
como es el caso de las planchas para suelos, el 
relleno de paneles, la rotura de puente térmico, 
etc; revestimientos ligeros y posiblemente portan-
tes gracias a su facilidad de moldeo aportando 
estanqueidad, transparencia y muchas caracterís-
ticas costosas con otros materiales. 
 En los sistemas de instalaciones práctica-
mente han sustituido a los metales por su flexibili-
dad, facilidad de ensamblaje y ligereza, y un largo 
etc. En todos estos casos sus prestaciones son 
indiscutibles. 
 Las dificultades de una limpia producción y 
reciclaje son su punto débil, junto a problemas de 
envejecimiento y durabilidad. Tales problemas 
quizás sean consustanciales al material o, por el 
contrario, nuevas técnicas permitan una nueva 
generación de polímeros. 
 En este segundo caso el proceso conti-
nuará tras la actual calma, y el proceso de sustitu-
ción se acelerará. Tenderemos entonces hacia 
sistemas compuestos de los que los plásticos se-
rán un componente junto a elementos metálicos y 
de todo tipo. 
 Pero sus mayores prestaciones las encon-
trarán seguramente como materiales compuestos, 
como veremos más adelante. 
 
MATERIALES COMPUESTOS 
 
Son materiales compuestos, o híbridos, aquellos 
formados por dos materiales diferenciados, fibra y 
matriz, organización con la que se logran pro-
piedades que ningún material simple suministra. 
 Algunos materiales por la resistencia de 
sus enlaces son muy resistentes, pero frágiles, y 
parecen óptimos para constituir las fibras. Ade-
más, al fabricar el material en forma de fibras, su 
resistencia se multiplica, ya que se reduce la pro-
babilidad de la grieta y además ésta no se propa-
ga. Así serán óptimas las fibras muy resistentes y 
elásticas de carbono, silicio, aluminio, etc., ade-
más de muchos polímeros naturales y artificiales. 
 La matriz protege a la fibra además de 
aglomerarlas. Algunos materiales típicos para la 
matriz son: 
 a) Matriz polimérica: Los polímeros ter-
moestables son típicos en matrices, como las resi-
nas epoxi o el poliéster, con fibras de vidrio, car-
bono, etc. 
 b) Matriz cerámica: Debido sobre todo a su 
resistencia a las altas temperaturas. El compuesto 
carbono-fibra de carbono (grafito) se emplea con 
temperaturas de 2500 ºC. 
 El comportamiento del compuesto estará 
dictado por ambos materiales, y muy especial-
mente por la “interfase” o contacto entre ambas, 
por lo que es fundamental su compatibilidad quí-
 19
mica y el análisis de la transferencia de esfuerzos 
entre ambos (adherencia). 
 Se logran óptimos comportamientos me-
cánicos del compuesto empleando matrices elásti-
cas y fibras de gran rigidez, de forma que la rotura 
de la fibra es soportada por la deformación de la 
matriz. 
 
 
 
Diagramas tensión deformación de la matriz y fibra del PRV 
 
 La fibra además se puede orientar, alte-
rando las características del material en diferentes 
direcciones. Esta geometríadel refuerzo puede no 
existir (fibras dispersas), caso de los compuestos 
más sencillos, pero el aumento de prestaciones 
suele requerir grandes longitudes y orientación de 
las fibras, llegándose a los sistemas entrelazados. 
 Hay compuestos orgánicos de compor-
tamiento bien diverso: materiales flexibles como la 
piel y otras membranas blandas, cuya matriz es 
flexible (tipo caucho) y la fibra resistente (de colá-
geno). Además la piel es un compuesto multicapa, 
y de dosificación y espesor variable a lo largo del 
cuerpo (puede ser una elástica membrana o una 
coraza), y su comportamiento es bien diferente 
según la intensidad del esfuerzo: muy deformable 
a bajas tensiones (sólo trabaja la matriz) y más 
rígida con altas (trabaja la fibra). 
 
 
 
Estructura del tendón: los haces concéntricos le dotan de una 
flexibilidad variable con la carga. 
 
 Muchos polímeros biológicos tienen una 
matriz de elastina con fibras de colágeno, el se-
gundo mucho más rígido, de modo que la fibra 
entra a trabajar -rigidizando el material- sólo con 
altas tensiones, lo que explica su elasticidad va-
riable. 
 
 
 
Gráficas de la elastina y el colágeno, matriz y fibra de muchos 
compuestos de elasticidad variable. 
 
 Compuestos rígidos son aquellos de ma-
triz rígida (cerámica) con fibras elásticas para 
combatir la fragilidad. Es el caso del hueso, que es 
un material elástico, capaz de deformación (4% en 
rotura) y muy orientado. 
 
 
 
Estructura del hues de la cabezao. 
 
El leño es también rígido, formado por fi-
bra de celulosa en una matriz amorfa, formando 
sistemas de células cilíndricas en capas concén-
tricas de orientación lineal. 
 Por último hay compuestos pétreos, es-
tructuras de carbonato cálcico en una matriz orgá-
nica, con diferentes estructuras en láminas o pris-
mas: conchas, cáscaras de huevo, etc. 
 En arquitectura hoy son habituales mu-
chos compuestos de naturaleza bien diferente: son 
compuestos muchos polímeros como el PRV, mu-
chos derivados de la madera (aglomerados de 
fibras, etc.), los materiales textiles y naturalmente 
los diferentes hormigones armados. 
Los materiales compuestos serán indiscu-
tiblemente la gran novedad de la arquitectura futu-
ra, por las posibilidades que abren a la producción 
de materiales de altas y nuevas prestaciones. 
Como hemos visto, es en los materiales orgánicos, 
que son compuestos, donde descubrimos hoy 
posibilidades que la tecnología no es aún capaz 
 20
de lograr, y los hay de todo tipo, con un amplísimo 
espectro de características. 
 Los compuestos continúan además con la 
idea iniciada por los polímeros de definir caracte-
rísticas y producir el material que los cumpla. 
 Pero sobre todo, su elección implica abrir 
la tecnología a todos los materiales suministrados 
por la naturaleza, pues son posibles compuestos 
con matices y fibras de todo tipo. 
 
 
 
Hoy gran parte del avión se construye con estructuras monocasco 
de materiales compuestos, como en el Boeing 787 
 
En los terrenos más experimentales y 
donde mayores prestaciones se exige a los mate-
riales su éxito es absoluto. Un buen ejemplo son 
los diseños para el deporte, donde ligereza, preci-
sión, velocidad, fiabilidad.... son prioritarias. En los 
polímeros armados con fibras de vidrio, carbono, 
etc. están siendo aquí fundamentales, a pesar de 
estar sustituyendo a materiales de grandes presta-
ciones (como las maderas laminadas o los metales 
ligeros en embarcaciones, raquetas, etc.). Ade-
más, es en este campo donde la consideración de 
la energía de deformación es prioritaria. 
 En construcción nos encontramos com-
puestos de “bajas prestaciones” por todos lados, 
como hormigones armados con fibra de vidrio o 
aligerados con cerámicas, cerámicas aligeradas, 
polímeros reforzados, etc., pero algunos compues-
tos más sofisticados están haciendo aparición. Las 
maderas laminadas o el ferrocemento son materia-
les novedosos, pero destacan sobre todo las fábri-
cas textiles: y la gran revolución que estas cons-
trucciones significan dan idea de sus posibilida-
des. 
 
BIBLIOGRAFÍA GENERAL 
 
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Calpe. Madrid 1989. 
Wainwright. S.A y otros- Diseño mecánico de orga-
nismos. H. Blume. Madrid 1980. 
 1 
2. ACERO Y HORMIGÓN ARMADO 
 
 
El acero y el hormigón armado siguen siendo los 
materiales más empleados en nuestras estructu-
ras, y parece que lo seguirán siendo por mucho 
tiempo. A pesar de la importancia que los materia-
les compuestos van adquiriendo, las prestaciones 
de ambos les siguen haciendo insustituibles. 
 
ACERO 
 
El acero es una aleación de hierro, siendo este 
último un metal que en estado puro es pesado, de 
estructura cristalina y enlace metálico, por lo que 
su comportamiento será elasto-plástico y su resis-
tencia mecánica alta. Otras características propias 
son su inestabilidad química por oxidación y por la 
misma razón su conductibilidad eléctrica y su dila-
tación térmica elevadas. Su temperatura de fusión 
es de unos 1500 ºC, por lo que se tardó en obte-
ner. Algunas de sus principales limitaciones deri-
van del difícil control del proceso térmico a las 
altas temperaturas que requiere su elaboración, lo 
que genera un producto impuro: por esto los anti-
guos hierros forjados y fundidos eran frágiles. 
 
 
 
Fundición de hierro en la Biblioteca de Santa Geoveba 
de París.Labrouste 18938. 
 
 El hierro es demasiado plástico, debido a 
su excesiva facilidad de reordenación molecular, y 
la propiedad fundamental que logran las alea-
ciones de hierro-carbono es transformar esta es-
tructura plástica en otra elástica y mucho más 
resistente. Esta transformación se debe a la incor-
poración de otros elementos que rigidizan la red 
cristalina, pero conservando su comportamiento 
plástico, lo que caracteriza su rotura diferida por 
capacidad de reordenación, siendo capaz de al-
canzar grandes tensiones en punta. 
 
Comportamiento Mecánico 
 
 La estructura del acero es muy homogé-
nea por efecto de la aleación, y su comporta-
miento es simétrico a compresión y tracción, de 
forma que no existe la rotura (excepción hecha de 
fatiga y concentración de tensiones) sin de-
formación plástica. 
 
 
 
Gráficas tensión deformación del hierro y los diferentes tipos de 
acero 
 
 El fallo del material, de producirse, ocurrirá 
en las zonas debilitadas o solicitadas térmi-
camente. Es allí donde pueden producirse con-
centraciones de tensiones (por imperfecciones, 
entalles o soldaduras), o fenómenos de fatiga. 
 Si un exceso de tensión rebasa el límite 
elástico la pieza se acomodará, aceptando im-
portantes alabeos sin romperse. En las zonas de 
concentración de tensiones, si no existen reduc-
ciones quebradas o bruscas de sección, la plastifi-
cación del material también permitirá este coefi-
ciente de seguridad o acomodo de la sección. Sólo 
si la rotura es por concentración brusca de tensio-
nes o fatiga, las fisuras serán netas y pulidas. 
 La resistencia del acero es muy alta, con 
resistencias de cálculo superiores