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Nombre del profesor	Ing. Fernando Aguilar Pérez
Nivel académico y subsistema o disciplina	Técnico Programador Analista. ICCC. Licenciatura en Ingeniería Civil. UNAM. Especialidad en Ingeniería de Vías Terrestres. UMSH. Maestría en Educación. UNID.
Asignatura	Mecánica de Rocas. Semestre: Octavo. Carácter: Obligatoria. Tipo: Teórico-Práctica. Área: Geotecnia.
Unidad temática y contenidos	Unidad a considerar: II. PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE MUESTRAS DE ROCA. Subtemas a considerar: II.1 Propiedades físicas. II.1.1 Composición mineralógica, estructura y textura.
Población	Semestre: Octavo. Un solo grupo: 1801 Turno: Matutino Alumnos inscritos en el grupo: 19 Alumnos a considerar en la actividad (muestra): 4
Duración	CLASE: 2HRS EXTRA CLASE: 12 HRS TOTAL: 14 HRS
Propósitos	El alumno determinará las propiedades físicas y mecánicas de muestras de roca, que le servirán para estimar de manera cualitativa el comportamiento ingenieril de un macizo rocoso.
Situaciones de enseñanza	· Documento en procesador de textos Word. · Presentación en Power Point.
Bibliografía	UNAM. (2010). dgb. Recuperado el 01 de Septiembre de 2011, de http://dgb.unam.mx/index.php/submenumain-01/170-como-elaborar-citas-y-referencias-bibliograficas-estilo-apa

Situaciones de enseñanza

Titulo de la situación de enseñanza	Documento en procesador de textos Word.
objetivo de la situación de enseñanza	El alumno, elaborará un documento en el procesador de textos Microsoft Word, mediante la búsqueda en internet acerca de las propiedades físicas, composición mineralógica, estructura y textura de las rocas.
Habilidades digitales a promover en los alumnos	HABILIDAD: A. Uso de internet a. Como fuente de información y recursos. Aa2.1 Búsqueda eficiente de información en Internet. Definición de palabras clave para la búsqueda. Análisis de los resultados, selección de sitios, exploración, selección y valoración de la información obtenida. JUSTIFICACIÓN: El alumno, deberá buscar y recabar información en internet, de por lo menos cinco páginas distintas en buscadores tales como: google, unam, yahoo y altavista. Deberá tomar nota en el cuaderno. Mínimo dos cuartillas por cada página consultada. HABILIDAD: C. Presentación de información y procesamiento de datos: a. Procesador de textos Ca1.1 Trabajar con documentos (crear, abrir, guardar documento). JUSTIFICACIÓN: El alumno, deberá crear un documento en el procesador de textos Microsoft Word, que contenga un resumen de la información recabada de la actividad anterior “Búsqueda en internet”. HABILIDAD: A. Uso de Internet. b. Como medio de comunicación. Ab1.1 Uso del correo electrónico. Distinción de contextos comunicativos. Uso adecuado del lenguaje. JUSTIFICACIÓN: El alumno, deberá enviar al profesor vía correo electrónico el archivo creado en la actividad anterior: “Documento en Word”. HABILIDAD: A. Uso de Internet. b. Como medio de comunicación. Ab1.1 Uso del correo electrónico. Distinción de contextos comunicativos. Uso adecuado del lenguaje. JUSTIFICACIÓN: El alumno, deberá revisar las observaciones enviadas por parte del profesor (vía correo electrónico), acerca de la actividad (Documento Word), con el fin de realizar las correcciones pertinentes al contenido.
Recursos	Computadora con servicio de internet. Procesador de textos Microsoft Word. Cuaderno y bolígrafo.
Descripción de las actividades
Actividades en el salón de clase (1 hrs) (1 hrs) (1 hrs)	Para el profesor: 1.-Presentará de forma general la actividad a desarrollar, especificando los propósitos, aprendizajes esperados, temario, metodología general y evaluación de la temática. Se dará referencia al formato APA. Se resolverán las dudas que tenga el alumno. Todo se realizará mediante la modelación por parte del profesor en el salón de clase, haciendo uso del pizarrón. 1.1 Señalar que las actividades, revisiones, retro alimentación, etc. serán en línea. 1.2 Forma de trabajo: individual. 1.3 Se especificará que el tiempo de realización de la actividad es de: CLASE: 1HRS EXTRA CLASE: 6 HRS TOTAL: 7 HRS
	Para el alumno: 1.- Recibirá información general sobre las actividades, los propósitos, los aprendizajes esperados, temario, metodología general y forma de evaluación. 2.- Recibir recomendaciones de búsqueda de información confiable. 3.- Revisar y consultar el formato APA en la liga o hipervínculo del blog: Fernando-a-p.blogspot.com
Actividades extra clase (6 hrs) (4 hrs.) (2 hrs.) (2 hrs.) (2 hrs) (0.5 hrs) (1 hrs)	Para el profesor: 1.-Revisar el contenido del archivo mandado por parte del alumno (vía correo electrónico), tomando en cuenta los criterios señalados en la sesión anterior. 2.-Proporcionar al alumno (vía correo electrónico) retroalimentación acerca del contenido del documento en word.
	Para el alumno: 1.-En forma individual: buscar y consultar cinco páginas web distintas, haciendo uso de buscadores como: google, unam, yahoo y altavista que contengan información acerca de las propiedades físicas, composición mineralógica, estructura y textura de las rocas. El alumno deberá tomar nota en el cuaderno de dichos contenidos (mínimo dos cuartillas de cada página web consultada). Deberá tomar nota de los datos de las fuentes de información, que se requieren según el formato APA. 2.-Capturar la información recabada de la búsqueda de información anterior, en un documento en Word guardándolo con nombre de archivo: DocumentoenWord_1_ Nombredelalumno Ejemplo: DocumentoenWord_1_FernandoAguilarPerez Nota: deberá colocar las referencias según el formato APA. 3.-Enviar vía correo electrónico al profesor a la dirección (fernando_a_p@comunidad.unam.mx), el archivo creado en Word para su revisión. 4.-Revisar las observaciones realizadas por parte del profesor, con el fin de hacer las correcciones pertinentes al documento original y nombrarlo con el nombre de archivo: DocumentoenWord_2_NombredelAlumno Ejemplo: DocumentoenWord_2_FernandoAguilarPerez
Evidencias de aprendizaje del alumno:	Archivo: DocumentoenWord_1, que contenga la información resumida de las cinco páginas web consultadas, acerca de las propiedades físicas, composición mineralógica, estructura y textura de las rocas. Contenido mínimo: cinco cuartillas. Dicho archivo será enviado al profesor vía e-mail para su revisión y corrección. Archivo: DocumentoenWord_2, dicho documento deberá contener la información final, acerca de las propiedades físicas, composición mineralógica, estructura y textura de las rocas, que se obtiene una vez que el alumno haya hecho las correcciones pertinentes de acuerdo a las observaciones del profesor. Contenido mínimo: cinco cuartillas. Dicho archivo será enviado al profesor vía e-mail para su evaluación. Nota: deberá colocar las referencias según el formato APA.
Forma de evaluación	Contenido: 2.5 puntos. Ortografía: 1.0 puntos. Referencias según APA: 1.0 puntos.

Titulo de la situación de enseñanza	Presentación en Power Point.
objetivo de la situación de enseñanza	Elaborar una presentación en Power Point acerca de las propiedades físicas, composición mineralógica, estructura y textura de las rocas, haciendo uso de los contenidos del archivo DocumentoenWord_2.
Habilidades digitales a promover en los alumnos	HABILIDAD: C. Presentación de información y procesamiento de datos: a. Procesador de textos Ca1.1 Trabajar con documentos (crear, abrir, guardar documento). JUSTIFICACIÓN: El alumno, abrirá el documento: DocumentoenWord_2, con el fin de recabar los conceptos clave para la creación de una presentación en Power Point. HABILIDAD: C. Presentación de información y procesamiento de datos: b. Presentador Cb1.1 Trabajar con presentaciones (crear, abrir, guardar presentación) JUSTIFICACIÓN: El alumno, creará una presentación en el programa Microsoft Power Point, acerca de las propiedades físicas, composición mineralógica, estructura y textura de las rocas, en base a la información contenido en el archivo DocumentoenWord_2 de la actividad anterior. HABILIDAD: A. Uso de Internet. b. Como medio de comunicación. Ab1.1 Uso del correo electrónico. Distinción de contextos comunicativos. Uso adecuado del lenguaje. JUSTIFICACIÓN: El alumno, deberá enviar al profesor vía correo electrónico el archivo creado en la actividad anterior: “Presentación en Power Point”. HABILIDAD: A. Uso de Internet. b. Como medio de comunicación. Ab1.1 Uso del correo electrónico. Distinción de contextos comunicativos. Uso adecuado del lenguaje. JUSTIFICACIÓN: El alumno, deberá revisar las observaciones enviadas por parte del profesor (vía correo electrónico), acerca de la actividad (Presentación en Power Point), con el fin de realizar las correcciones pertinentes al contenido.
Recursos	Computadora con servicio de internet. Procesador de textos Microsoft Word. Presentador de Diapositivas Microsoft Power Point. Cuaderno y bolígrafo.
Descripción de las actividades
Actividades en el salón de clase (1 hrs) (1 hrs) (1 hrs)	Para el profesor: 1.-Presentará de forma general la actividad a desarrollar, especificando los propósitos, aprendizajes esperados, temario, metodología general y evaluación de la temática. Se dará referencia al formato APA. Se resolverán las dudas que tenga el alumno. Todo se realizará mediante la modelación por parte del profesor en el salón de clase, haciendo uso del pizarrón. 1.1 Señalar que las actividades, revisiones, retro alimentación, etc. serán en línea. 1.2 Forma de trabajo: individual. 1.3 Se especificará que el tiempo de realización de la actividad es de: CLASE: 1HRS EXTRA CLASE: 6 HRS TOTAL: 7 HRS
	Para el alumno: 1.- Recibirá información general sobre las actividades, los propósitos, los aprendizajes esperados, temario, metodología general y forma de evaluación. 2.- Recibir recomendaciones de búsqueda de información confiable. 3.- Revisar y consultar el formato APA en la liga o hipervínculo del blog: fernando-a-p.blogspot.com
Actividades extra clase (6 hrs) (4 hrs) (2 hrs) (0.5 hrs) (1 hrs) (2 hrs) (0.5 hrs) (0.5 hrs)	Para el profesor: 1.- Revisar el contenido del archivo mandado por parte del alumno (vía correo electrónico), acerca de la presentación en power point de las propiedades físicas, composición mineralógica, estructura y textura de las rocas, tomando en cuenta los criterios señalados en la sesión presencial. 2.-Proporcionar al alumno (vía correo electrónico) retroalimentación acerca del contenido de la presentación en power point.
	Para el alumno: 1.-Abrir el archivo de Word: DocumentodeWord_2, creado en la actividad anterior, acerca de las propiedades físicas, composición mineralógica, estructura y textura de las rocas. 2.-Retomar los conceptos clave de la información con el fin de incluirlos en la presentación de power point. Dichos conceptos deberán anotarse en el cuaderno para su posterior uso. 3.-Crear una presentación en power point que contenga los conceptos clave acerca de las propiedades físicas, composición mineralógica, estructura y textura de las rocas, tomados de la actividad anterior. Dicha presentación deberá guardarse con el nombre de archivo: PresentaciónenPowerPoint_1_NombredelAlumno Ejemplo: PresentaciónenPowerPoint_1_FernandoAguilarPerez Nota: Deberán incluirse las referencias según el formato APA, así como una imagen alusiva al tema. 4.-Enviar vía correo electrónico al profesor, el archivo creado en Power Point para su revisión. 5.-Revisar las observaciones realizadas por parte del profesor, con el fin de hacer las correcciones pertinentes al archivo original y nombrarlo con el nombre de archivo: PresentaciónenPowerPoint_2_NombredelAlumno Ejemplo: PresentaciónenPowerPoint _2_FernandoAguilarPerez
Evidencias de aprendizaje del alumno:	Archivo: PresentaciónenPowerPoint_1, que contenga 10 diapositivas con imágenes y texto, de la información contenida en el archivo de texto DocumentodeWord_2 creado en la sesión anterior, acerca de las propiedades físicas, composición mineralógica, estructura y textura de las rocas, Contenido mínimo: 10 diapositivas. Dicho archivo será enviado al profesor vía e-mail para su revisión y corrección. Archivo: PresentaciónenPowerPoint_2, que contenga 10 diapositivas con imágenes y texto, de la información contenida en el archivo PresentaciónenPowerPoint_1 creado en la sesión anterior, acerca de las propiedades físicas, composición mineralógica, estructura y textura de las rocas. Dicha presentación deberá ser elaborada una vez que el profesor haya hecho las observaciones y correcciones pertinentes. Contenido mínimo: 10 diapositivas. Dicho archivo será enviado al profesor vía e-mail para su evaluación.
Forma de evaluación	Contenido: 2.5 puntos. Ortografía: 1.0 puntos. Referencias según APA: 1.0 puntos. Imagen: 1.0 puntos

********************* FIN DE LA ACTIVIDAD ****************************

situación de enseñanza	PROPIEDADES FÍSICAS DE MACIZOS ROCOSOS.
Unidad y Tema elegido en el que se inserta la situación de enseñanza	Tema II. PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE MUESTRAS DE ROCA. II.1 Propiedades físicas.
Justificación del uso de Moodle en su asignatura	Actualmente el uso de las herramientas tecnológicas es de vital importancia para el desarrollo del aprendizaje y el intercambio de conocimientos de forma rapida y efectiva; es por ello, que el uso de la plataforma Moodle, permitirá al alumno utilizar las diferentes herramientas de forma útil y guiada; situación que sin una plataforma de este tipo difícilmente podría llevarse a cabo.
Secciones que conforman la situación de enseñanza	1.- Análisis de contenidos acerca de la composición mineralógica de las rocas. (herramienta de contenido 1) 2.- Análisis de contenidos acerca de las propiedades físicas de la roca. (herramienta de contenido 2) 3.- Discusión en foro acerca de las conclusiones del tema en cuestión. (herramienta de comunicación ) 4.- Subir un documento en word con las conclusiones finales. (herramienta de tarea ) 5.- Evaluación de la actividad. (herramienta de evaluación)

Nombre de la actividad	Localización, descarga y análisis del archivo “composición mineralógica de las rocas”
Sección específica en la que se inserta la actividad	1.- Análisis de contenidos acerca de la composición mineralógica de las rocas. (herramienta de contenido 1)
Herramienta de Moodle seleccionada	Enlazar a un archivo.
Propósito de la herramienta	Que el alumno localice, descargue y analice información específica y verídica del contenido en cualquier momento y de forma segura. Se escoge esta herramienta dado que un archivo enlazado permite la veracidad de los contenidos.
Habilidades digitales	E. Interacción con una plataforma educativa (LMS) E1.2 Contenido. Localizar, descargar y utilizar recursos y materiales.
Duración	Las veces que sea necesario podrá consultar el alumno los contenidos. Estará abierta durante todo el curso. Se contempla que la situación de enseñanza durará 8 días.
Recursos	PC con acceso a internet. Clave de acceso al curso. Archivo enlazado1: Composición mineralógica de las rocas.doc Memoria USB
Descripción de la actividad	1. Introducción a la actividad. Se brindará un panorama general acerca de la actividad a realizar, el procedimiento de acceso a la plataforma y al curso, así como de la ubicación y el acceso al archivo enlazado, mediante su clave de acceso al curso dentro de la plataforma Moodle. 2. Planteamiento de instrucciones. Las instrucciones se darán mediante un listado de las mismas, así como una explicación y descripción breve de su elaboración. 3. Forma de trabajo: individual. 4. Indicar qué actividades corresponden al profesor. 4.1 Habilitar en la plataforma el archivo “Composición mineralógica de las rocas”. 4.2 Brindar un panorama general acerca de la ubicación y acceso a la plataforma, al curso y a los contenidos. 4.3 Proporcionar las instrucciones específicas de la actividad.
Descripción de la actividad	5. Indicar qué actividades realizará el alumno. 5.1 Recibir panorama general acerca del ingreso a la plataforma, al curso y a los contenidos. 5.2 Recibir listado de instrucciones de la actividad. 5.3 Accesar a la plataforma, localizar y descargar el archivo “composición mineralógica de las rocas” 5.4 Guardar los archivos de contenidos en una memoria USB.
Evidencias de aprendizaje del alumno	No aplica directamente un aprendizaje, pero si deberá mostrar el archivo de contenido en una memoria USB.

Nombre de la actividad	Localización, descarga y análisis del archivo “propiedades físicas de la roca”
Sección específica en la que se inserta la actividad	2.- Análisis de contenidos acerca de las propiedades físicas de la roca. (herramienta de contenido 2)
Herramienta de Moodle seleccionada	Enlazar a un archivo.
Propósito de la herramienta	Que el alumno localice, descargue y analice información específica y verídica del contenido en cualquier momento y de forma segura. Se escoge esta herramienta dado que un archivo enlazado permite la veracidad de los contenidos.
Habilidades digitales	E. Interacción con una plataforma educativa (LMS) E1.2 Contenido. Localizar, descargar y utilizar recursos y materiales.
Duración	Las veces que sea necesario podrá consultar el alumno los contenidos. Estará abierta durante todo el curso.
Recursos	PC con acceso a internet. Clave de acceso al curso. Archivo enlazado2: propiedades físicas de la roca.doc Memoria USB
Descripción de la actividad	1. Introducción a la actividad. Se brindará un panorama general acerca de la actividad a realizar, tomando en cuenta que el procedimiento de acceso a la plataforma ya se manejó en la actividad 1. 2. Planteamiento de instrucciones. Las instrucciones se darán mediante un listado de las mismas, así como una explicación y descripción breve de su elaboración. 3. Forma de trabajo: individual. 4. Indicar qué actividades corresponden al profesor. 4.1 Habilitar en la plataforma el archivo “propiedades físicas de la roca”. 4.2 Brindar un panorama general acerca de la ubicación y acceso a la plataforma, al curso y a los contenidos. 4.3 Proporcionar las instrucciones específicas de la actividad.
Descripción de la actividad	5. Indicar qué actividades realizará el alumno. 5.1 Recibir panorama general acerca del ingreso a la plataforma, al curso y a los contenidos. 5.2 Recibir listado de instrucciones de la actividad. 5.3 Accesar a la plataforma, localizar y descargar el archivo “propiedades físicas de la roca” 5.4 Guardar los archivos de contenidos en una memoria USB.
Evidencias de aprendizaje del alumno	No aplica directamente un aprendizaje, pero si deberá mostrar el archivo de contenido en una memoria USB.

Nombre de la actividad	Foro: propiedades físicas de las rocas.
Sección específica en la que se inserta la actividad	3.- Discusión en foro acerca de las conclusiones del tema en cuestión. (herramienta de comunicación )
Herramienta de Moodle seleccionada	Foro
Propósito de la herramienta	Que el alumno comparta, critique de forma positiva las opiniones de sus compañeros y concluya los aspectos importantes acerca de las propiedades físicas de las rocas, con los compañero de grupo. Se escoge este medio, ya que permite en cualquier momento ingresar al mismo y poder intercambiar opiniones diversas.
Habilidades digitales	E. Interacción con una plataforma educativa (LMS) E1.3 Comunicación. Participar en las diferentes herramientas comunicativas con su profesor.
Duración	El foro estará abierto durante la duración del curso. Aunque la participación del alumno estará sujeta a tres participaciones dentro del foro.
Recursos	PC con acceso a internet. Clave de acceso al curso. Foro
Descripción de la actividad	1. Introducción a la actividad. Se brindará un panorama general acerca de la actividad a realizar, así como de la ubicación y el acceso al foro referente. 2. Planteamiento de instrucciones. Las instrucciones se darán mediante un listado de las mismas, así como una explicación y descripción breve de su elaboración. Quedando com instrucción que el alumno deberá participar en tres ocasiones en días distintos tomando en cuenta las participaciones del resto de alumnos. 3. Forma de trabajo: individual. 4. Indicar qué actividades corresponden al profesor. 4.1 Habilitar en la plataforma el Foro: Propiedades físicas de los macizos rocosos. 4.2 Brindar un panorama general acerca de la ubicación y acceso al foro. 4.3 Proporcionar las instrucciones específicas de la actividad. 4.4 Revisar y retroalimentar las opiniones de los participantes en el foro, con el fin de llevarlos a la reflaxión.
Descripción de la actividad	5. Indicar qué actividades realizará el alumno. 5.1 Recibir panorama general acerca de la ubicación y acceso al foro. Así como darse de alta dentro del mismo. 5.2 Recibir listado de instrucciones de la actividad. 5.3 Accesar a la plataforma, localizar el foro, darse de alta y participar dentro del foro. 5.4 En sesiones posteriores participar retroalimentativamente en dos días distintos y antes del cierre de la actividad.
Evidencias de aprendizaje del alumno	Verificar que se encuentren las tres participaciones dentro del foro.

Nombre de la actividad	Tarea: Subir archivo de conclusiones sobre las propiedades físicas de las rocas.
Sección específica en la que se inserta la actividad	4.- Subir un documento en word con las conclusiones finales. (herramienta de tarea )
Herramienta de Moodle seleccionada	Subir un solo archivo.
Propósito de la herramienta	Que el alumno, despúes de revisar y analizar las participaciones y retroalimentación de sus compañeros de grupo, elabore un documento en el procesador de texto word y lo suba a la plataforma Moodle.
Habilidades digitales	E. Interacción con una plataforma educativa (LMS) E1.4 Actividades y tareas. Envío de archivos y recepción de comentarios por parte del profesor (Tareas y base de datos).
Duración	Estará abierta durante todo el curso. Se prevee que la subida del archivo sea antes de la fecha de cierre del curso.
Recursos	PC con acceso a internet. Clave de acceso al curso. Archivo: Conclusiones: Propiedades físicas de las rocas en USB
Descripción de la actividad	1. Introducción a la actividad. Se brindará un panorama general acerca de la actividad a realizar, el procedimiento de acceso a donde se va a subir el archivo. 2. Planteamiento de instrucciones. Las instrucciones se darán mediante un listado de las mismas, así como una explicación y descripción breve de su elaboración. 3. Forma de trabajo: individual. 4. Indicar qué actividades corresponden al profesor. 4.1 Habilitar en la plataforma la tarea subir un solo archivo. 4.2 Brindar un panorama general acerca de la ubicación y forma de subir un archivo. 4.3 Proporcionar las instrucciones específicas de la actividad. 4.4 Revisar los archivos subidos por los alumnos, brindando retroalimentación.
Descripción de la actividad	5. Indicar qué actividades realizará el alumno. 5.1 Recibir panorama general acerca de cómo subir el archivo a la plataforma Moodle. 5.2 Recibir listado de instrucciones de la actividad. 5.3 Accesar a la plataforma y subir el archivo en el lugar correspondiente.
Evidencias de aprendizaje del alumno	Documento creado en word, subido en tiempo y forma a la plataforma.

Nombre de la actividad	Evaluación.
Sección específica en la que se inserta la actividad	5.- Evaluación de la actividad (herramienta de evaluación)
Herramienta de Moodle seleccionada	Questionnaires
Propósito de la herramienta	Evaluar en forma formativa y sumativa los aprendizajes del alumno.
Habilidades digitales	E. Interacción con una plataforma educativa (LMS) E1.5 Evaluación con Cuestionarios y Questionnaires, Hotpotatoes (Quiz). Utilizar de manera correcta los diferentes dispositivos que permiten enviar y guardar adecuadamente las respuestas.
Duración	Estará abierta durante todo el curso. La evaluación final se dará a conocer en dos días hábiles a partir de la fecha de cierre de actividad.
Recursos	PC con acceso a internet. Clave de acceso al curso. Questionnaires
Descripción de la actividad	1. Introducción a la actividad. Se brindará un panorama general acerca de la actividad a realizar, el procedimiento de acceso a la evaluación y la forma de contestar. 2. Planteamiento de instrucciones. Las instrucciones se darán mediante un listado de las mismas, así como una explicación y descripción breve de su elaboración. 3. Forma de trabajo: individual. 4. Indicar qué actividades corresponden al profesor. 4.1 Habilitar en la plataforma la evaluación (Questionnaires) 4.2 Brindar un panorama general acerca de cómo llevar a cabo la evaluación. 4.3 Proporcionar las instrucciones específicas de la actividad. 4.4 Revisar la evaluación de cada alumno. 4.5 Enviar al alumno la calificación final de la actividad.
Descripción de la actividad	5. Indicar qué actividades realizará el alumno. 5.1 Recibir panorama general acerca del ingreso a la evaluación. 5.2 Recibir listado de instrucciones de la actividad. 5.3 Accesar a la plataforma y contestar la evaluación. 5.4 Recibir la evaluación final de la actividad.
Evidencias de aprendizaje del alumno	Questionnaires resuelto.

ANEXOS:

1.- Análisis de contenidos acerca de la composición mineralógica de las rocas. (herramienta de contenido 1)

Composición mineralógica de las rocas

En geología se llama roca al material compuesto de uno o varios minerales como resultado final de los diferentes procesos geológicos. El concepto de roca no se relaciona necesariamente con la forma compacta o cohesionada; también las gravas, arenas, arcillas, o incluso el petróleo, son rocas.

Las rocas están sometidas a continuos cambios por las acciones de los agentes geológicos, según un ciclo cerrado (el ciclo de las rocas), llamado ciclo litológico, en el cual intervienen incluso los seres vivos.

Las rocas están constituidas en general como mezclas heterogéneas de diversos materiales homogéneos y cristalinos, es decir, minerales. Las rocas poliminerálic están formadas por granos o cristales de varias especies mineralógicas y las rocas monominerálicas están constituidas por granos o cristales de un mismo mineral. Las rocas suelen ser materiales duros, pero también pueden ser blandas, como ocurre en el caso de las rocas arcillosas o las arenas.

En la composición de una roca pueden diferenciarse dos categorías de minerales:

Minerales esenciales o Minerales formadores de roca – Son los minerales que caracterizan la composición de una determinada roca, los más abundantes en ella. Por ejemplo, el granito siempre contiene cuarzo, feldespato y mica.

Minerales accesorios – Son minerales que aparecen en pequeña proporción (menos del 5% del volumen total de la roca) y que en algunos casos pueden estar ausentes sin que cambien las características de la roca de la que forman parte. Por ejemplo, el granito puede contener zircón y apatito.

Los minerales que constituyen la corteza terrestre se han formado a partir de los elementos químicos que originaron el planeta, gracias a reacciones ocurridas en su interior. Por este motivo, la cantidad de combinaciones es inmensa.

Para poner un poco de orden, se clasifican los minerales atendiendo a la forma en que se originan, a sus caracteríticas cristalográficas, a su composición química, ... Mención aparte merecen los cristales y, entre ellos, los llamados "piedras preciosas" que siempre han cautivado a la humanidad.

Clasificación química

La clasificación química divide los minerales en grupos según sus compuestos químicos. Cualquier mineral conocido puede ser integrado dentro de estos grupos, pues la práctica totalidad de ellos incluyen alguno de estos compuestos.

1.- Elementos nativos: son los que se encuentran en la naturaleza en estado libre, puro o nativo, sin combinar o formar compuestos químicos. Ejemplos: oro, plata, azufre, diamante.

2.- Sulfuros: compuestos de diversos minerales combinados con el azufre. Ejemplos: pirita, galena, blenda, cinabrio.

3.- Sulfosales: minerales compuestos de plomo, plata y cobre combinados con azufre y algún otro mineral como el arsénico, bismuto o antimonio. Ejemplos: pirargirita, proustita.

4.- Óxidos: producto de la combinación del oxígeno con un elemento. Ejemplos: oligisto, corindón, casiterita, bauxita.

5.- Haluros: compuestos de un halógeno con otro elemento, como el cloro, flúor, yodo o bromo. Ejemplos: sal común, halita.

6.- Carbonatos: sales derivadas de la combinación del ácido carbónico y un metal. Ejemplos: calcita, azurita, marmol, malaquita.

7.- Nitratos: sales derivadas del ácido nítrico. Ejemplos: nitrato sódico (o de Chile), salitre o nitrato potásico.

8.- Boratos: constituidos por sales minerales o ésteres del ácido bórico. Ejemplos: borax, rasorita.

9.- Fosfatos, arseniatos y vanadatos: sales o ésteres del ácido fosfórico, arsénico y vanadio. Ejemplos: apatita, turquesa, piromorfita.

10.- Sulfatos: sales o ésteres del ácido sulfúrico. Ejemplos: yeso, anhidrita, barita.

11.- Cromatos, volframatos y molibdatos: compuestos de cromo, molibeno o wolframio. Ejemplos: wolframita, crocoita.

12.- Silicatos: sales de ácido silícico, los compuestos fundamentales de la litosfera, formando el 95% de la corteza terrestre. Ejemplos: sílice, feldespato, mica, cuarzo, piroxeno, talco, arcilla.

13.- Minerales radioactivos: compuestos de elementos emisores de radiación. Ejemplos: uraninita, torianita, torita.

2.- Análisis de contenidos acerca de las propiedades físicas de la roca.

(herramienta de contenido 2)

Propiedades de las Rocas de Construcción y Ornamentación

Las rocas, y otros materiales pétreos artificiales utilizados en la construcción, son sustancias heterogéneas caracterizadas por amplios rangos de variacióncomposicional, textural y estructural. Esta variabilidad hace que las propiedades de los materiales, que son las que dictan sus campos de aplicación, sean también variables. Así, la adecuación de un material para un propósito concreto, tanto desde el punto de vista constructivo-ornamental como restaurador, debe basarse en determinadas propiedades que deben, a su vez, ser fácilmente medibles en el laboratorio.

Las propiedades de los materiales se clasifican generalmente como físicas, químicas y mecánicas, aunque en el campo de la construcción/ornamentación/restauración también pueden incluirse las propiedades relacionadas con su trabajabilidad. Es evidente que la lista de propiedades que pueden medirse en un material es muy extensa. Por ello en este tema se presentan aquellas que tienen más relevancia desde el punto de vista que nos atañe.

Dentro de las propiedades físicas se incluyen densidad, porosidad, permeabilidad a líquidos y gases, capacidad calorífica, conductividad y expansión térmicas, etc. Entre las propiedades químicas pueden incluirse la resistencia a soluciones ácidas y alcalinas, y a las reacciones inducidas por la presencia de sales. Las propiedades mecánicas incluyen la resistencia a la compresión, tensión, flexión e impacto y penetración por otro cuerpo y por otras acciones que involucran la generación de fuerzas, como la cristalización de hielo y sales en el interior del sistema poroso de los materiales y los cambios volumétricos de los mismos debidos a cambios de temperatura.

Estas propiedades, que en última instancia resultan de la composición química y mineralógica de los materiales, de su textura y de su estructura, permiten caracterizar la resistencia de los materiales a los agentes de deterioro. Esto último gobierna la vida útil del material, que a fin de cuentas es equivalente a la vida útil de las partes del edificio construidas con el mismo y, para determinados elementos constructivos, del edificio mismo.

Una misma propiedad de un material puede medirse en distintos aparatos, bajo distintas condiciones experimentales y utilizando probetas de muestra de distintas dimensiones y formas. Esto supone generalmente obtener resultados distintos para una misma propiedad, por lo que éstas deben medirse siguiendo normativas que aseguren que los datos obtenidos son comparables con los obtenidos en otros laboratorios. Entre estas normas cabe mencionar las de la Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales (American Society for Testing Materials, o ASTM), las de grupo italiano para la Normativa de Productos Pétreos (NormativaManuffati Lapidei, o NORMAL) del Consiglio Nazionale delle Ricerche-Istituto Centrale per il Restauro (CNR-ICR) y las de la Reunión Internacional de Laboratorios deEnsayos de Materiales (RILEM), incluyendo las de la Comisión 25 para la Protección y Erosión de los Monumentos (25 Protection and Erosion des Monuments, o PEM) de la RILEM.

1.PROPIEDADES FISICAS

1.1.ISOTROPÍA Y ANISOTROPÍA

Estos conceptos se utilizan para calificar el comportamiento de los materiales respecto de las direcciones del espacio. Así, un material es isótropo respecto de una propiedad determinada cuando esa propiedad no varia al variar la dirección en la que se mida la propiedad. En este caso, se dice que la propiedad es escalar. Por el contrario, un material es anisótropo cuando la propiedad varía según la dirección considerada. En este caso, la propiedad es vectorial.

1.2.DENSIDAD Y PESO ESPECIFICO (ASTM #12-70)

Tanto la densidad como el peso específico son propiedades que no dependen de la dirección de medida, esto es, son propiedades escalares

Aunque se utilizan indistintamente, los términos de densidad y peso específico no son idénticos. La densidad es la relación entre la masa y el volumen de la sustancia, midiéndose en unidades de masa/unidades de volumen (e.g., g/cc). El peso específico es la relación numérica entre el peso de un cuerpo y el peso de igual volumen de agua a 4°C, esto es la relación entre las densidades del cuerpo y la del agua. Esta propiedad es adimensional (no se expresa en términos de unidades determinadas) ya que es la relación entre dos cantidades con la misma dimensión. Dado que el volumen del agua varía con la temperatura, se toma como referencia la densidad del agua a 4°C.

Densidad = masa/volumen (gr/cc)

Peso específico = Densidad cuerpo/Densidad agua a 4°C

En los minerales, ambas magnitudes son función de la estructura cristalina y la composición del mineral, así como de la temperatura y presión, ya que los cambios de estos factores provocan contracciones (descenso de T y/o aumentos de P) o expansiones (aumento de T y/o descenso de P) de las estructuras. Los cambios de estructura afectan a estas magnitudes; así por ejemplo, la calcita presenta un peso específico de 2.72 y el aragonito 2.94, y el cuarzo-a 2.65 y el cuarzo-b 2.40. La composición también afecta en el caso de los minerales solución sólida; así por ejemplo, el peso específico del olivino aumenta a medida que los átomos de Fe (más pesados) sustituyen a los de Mg (más ligeros), pasando de 3.22 para el Mg₂[SiO₄] (forsterita pura) a 4.41 para el Fe₂[SiO₄] (fayalita pura).

Cuando se consideran otro tipo de sustancias (por ejemplo, rocas), la densidad o densidad real se define como la masa por unidad de volumen de una sustancia, esto es la razón entre la masa en reposo y su volumen, considerando sólo la parte impermeable (esto es, excluyendo el volumen ocupado por los poros):

donde: r es la densidad (kg/m³)

M es la masa (kg) de la sustancia y

V es el volumen (m³) de la parte impermeable de la sustancia.

La densidad de algunos materiales de construcción se presenta en la Tabla 1.

Tabla 1. Densidad (kg/m³) de algunos materiales de construcción (de Komar, 1987).

Acero 7800-7900

Cemento Portland 2900-3100

Granito 2700-2800

Arena cuarzosa 2600-2700

Ladrillo 2500-2800

Vidrio 2500-3000

Caliza 2400-2600

Madera 1500-1600

La densidad global (a veces también denominada densidad aparente) es la masa por unidad de volumen de un material en su estado natural, incluyendo poros y todo tipo de espacios abiertos:

donde: r_o es la densidad global del material (kg/m³)

M₁ es la masa global (kg) del material y

V₁ es el volumen global (m³) del material.

La densidad global de los materiales depende de su porosidad y contenido de espacios abiertos. Materiales sueltos como arena, piedra molida y cementos se caracterizan por su masa global. El volumen de estos materiales incluye tanto los poros y espacios abiertos existentes dentro de los granos como entre los granos. La densidad global de los materiales condiciona en gran medida sus propiedades fisico-mecánicas, tales como resistencia a la compresión y conductividad térmica, que a su vez son cruciales para cálculo de estructuras y diseño de edificios. Evidentemente, la densidad global de los materiales es fuertemente variable (Tabla 2).

El peso específico o peso específico verdadero de una sustancia es la razón entre la masa de una unidad de volumen de la sustancia y la masa de la misma unidad de volumen de agua destilada. Para los sólidos, el volumen considerado es el de la parte impermeable. El peso específico global se define de manera similar, aunque considera el volumen total del cuerpo, incluyendo los poros.

Tabla 2. Densidad global (kg/m³) y porosidad (%) de rocas y materiales de construcción (de Winkler, 1973 y Komar, 1987)

Densidad global Porosidad

Acero 7800-7850

Granito 2600-2800 0.15-1.5

Gabro 3000-3100 0.1-0.2

Riolita 2400-2600 4.0-6.0

Basalto 2800-2900 0.1-1.0

Arenisca 2000-2600 5.0-25.0

Lutita 2000-2400 10.0-30.0

Caliza 2200-2600 5.0-20.0

Dolomia 2500-2600 1.0-5.0

Gneiss 2900-3000 0.5-1.5

Mármol 2600-2700 0.5-2.0

Cuarcita 2650 0.1-0.5

Pizarra 2600-2700 0.1-0.5

Hormigón pesado 1800-2500

Hormigón ligero 500-1800

Ladrillo 1600-1800

Arena 1450-1650

Plástico poroso 20-100

1.3.POROSIDAD

La porosidad de un material es el volumen de espacios abiertos que contiene relativo a su volumen total. Los poros son pequeños espacios abiertos existentes en los materiales rellenos por soluciones acuosas y/o gaseosas (e.g., aire). Los poros pueden estar abiertos (i.e., intercomunicados) o cerrados, y ser grandes o pequeños. El tamaño de poro medio y el grado de intercomunicación entre los poros determinan el tipo y grado de movimiento de soluciones líquidas y gaseosas por el interior de los materiales. Esto controla en gran parte su durabilidad. Los poros pueden clasificarse en función de su tamaño en:

Ø Megaporos:_____________ 256-0.062 mm

Ø Macrocapilares:_________ 0.062-0.0001 mm

Ø Microcapilares:_________ <0.0001 mm

Existen distintos conceptos de porosidad. La porosidad teórica viene dada por la ecuación:

donde: P es la porosidad total (%)

V_p (m³) es el volumen de poros

V_sólidos (m³) es el volumen agregado de las partículas sólidas y

V_o (m³) es el volumen total de la muestra.

Teniendo en cuenta que la relación entre masa, volumen y densidad, y que la masa del material poroso es idéntica a la masa de la sustancia (sin poros) si los poros están ocupados por vacío, la expresión anterior queda:

donde: P es la porosidad total (%)

r_o es la densidad global del material (kg/m³) y

r es la densidad real de la sustancia (kg/m³), asumiéndola libre de poros.

La densidad de la sustancia libre de poros es difícil de estimar. Por ello se recurre a otro tipo de mediciones. La porosidad total efectiva es la porosidad mediblemediante intrusión de mercurio hasta una presión forzada de 1000 atmósferas, aunque se puede llegar hasta varios miles de atmósferas:

donde: P_t es la porosidad total efectiva (%)

V_p (m³) es el volumen de mercurio intuido y

V_o (m³) es el volumen de la muestra seca.

Mediante la técnica de intrusión forzada de mercurio puede estimarse no sólo la porosidad total efectiva, sino la porosidad media (%) comprendida entre un determinado rango de tamaño de poro, medido en términos de radio o diámetro de poro. En general, los aparatos (porosímetros de Hg) más comunes permiten evaluar los porcentajes de radios de poro menores de 1 mm de los materiales, por lo que no se obtiene información sobre la porosidad debida a megaporos, que en algunas rocas sedimentarias y materiales de construcción como morteros puede ser muy elevada. Las dimensiones de las probetas de muestra medidas en el porosímetro de Hgdependen del aparato utilizado, aunque es común que sean pequeñas, de unos mm de diámetro. Para asegurar que los análisis sean representativos, pueden seguirse las recomendaciones del Documento NORMAL 4/80.

Otra medida de la porosidad se puede obtener mediante pesada hidrostática, que define la porosidad abierta o accesible al agua. El material se sumerge en agua (u otro líquido de densidad conocida) hasta su saturación (ver más adelante), calculándose la porosidad a partir de la masa del material seco, saturado y saturado por pesada hidrostática (i.e., peso de la muestra saturada inmersa en un recipiente con agua) mediante la expresión:

donde: n_o es la porosidad abierta (%)

M_s (kg) es el peso medido en saturación

M_o (kg) es el peso seco de la muestra, y

M_h (kg) es el peso de la muestra saturada medida por pesada hidrostática.

Al contrario que la porosidad total efectiva medida por intrusión forzada, la porosidad abierta da información sobre la porosidad debida a los poros más gruesos por los que el agua puede circular. No obstante, no se pueden extraer valores de porosidad media para distintos rangos de tamaño de poro. Las dimensiones de las probetas de muestra son las mismas que las utilizadas para estimar la saturación de agua.

Figura 1. Porosidad total por intrusión de Hg y distribución de la porosidad en función del radio de poro (% volumen absoluto y acumulado) en biocalcarenita y mortero de cal de San Jerónimo, Granada (de Fernández-Cardell, 1998).

1.4.ADSORCION Y ABSORCION DE AGUA

Estas propiedades se relacionan con la movilidad de vapor de agua o agua líquida en los materiales, esto es con la permeabilidad del medio a estas sustancias:

· Adsorción es la adhesión de moléculas de gases o de moléculas en solución a las superficies de los cuerpos sólidos con los que están en contacto. Lahigroscopicidad es la propiedad de los materiales de adsorber vapor de agua de la atmósfera.

· Absorción es la incorporación o asimilación de líquidos en el interior del sistema poroso del material. La succión de agua es la propiedad de los materiales de absorber agua líquida en contacto con los mismos.

La higroscopicidad está controlada por la temperatura y humedad relativa del aire, por los tipos de poros, su número y tamaño, y por la naturaleza de la sustancia implicada. Debido a la naturaleza polar del agua, este último control se debe a la existencia o no de cargas residuales no compensadas en las superficies de las sustancias. Así, las superficies de algunas sustancias compuestas por átomos con enlaces iónicos atraen al agua (i.e., sustancias hidrófilas) mientras que las superficies de otros compuestos por átomos con enlaces covalentes la repelen (i.e., sustancias hidrófobas). Las sustancias hidrófilas tienen a disolverse en agua, mientras que las hidrófobas no, resistiendo la acción de los medios acuosos.

A igualdad de otros factores, la higroscopicidad de un material depende del área superficial expuesta, i.e., incluyendo la de los poros y canales capilares. Los materiales con idéntica porosidad total, pero con poros más finos (capilares) son más higroscópicos que los que presentan poros grandes, lo cual es debido a que los primeros presentan mayor superficie específica.

Figura 2. Adsorción de moléculas agua (polares) por partículas hidrófilas (con cargas electrostáticas residuales en su superficie) durante ciclos de mojado y secado.

La succión de agua en el interior de los sistemas porosos de los materiales incluye también la higroscopicidad. La saturación en agua afecta de forma sustancial a otras propiedades físicas y mecánicas de los materiales, tales como densidad global, conductividad térmica y resistencia mecánica, por lo que su medida es importante. La técnica es muy sencilla, y se basa en sumergir una probeta de muestra completamente en agua, a tiempos parciales, y medir el incremento de masa de las probetas en esos tiempos. Las recomendaciones del Documento NORMAL 7/81 indican utilizar probetas cúbicas de 5x5x5 cm. Los incrementos de masa permiten calcular la cantidad de agua absorbida:

donde: W_t (%) es el contenido de agua absorbida en el tiempo t (s)

M_t (kg) es el peso medido en el tiempo t (s) y

M_o (kg) es el peso seco de la muestra

Por lo tanto, W_t representa incrementos de masa en % relativos al material seco. Estos datos permiten construir curvas W_t-t (generalmente, el tiempo se expresa como ), que caracterizan el comportamiento del material.

La absorción de agua es función de la porosidad total, y del tamaño y forma de los poros. Así, la cantidad de agua absorbida es siempre menor que la porosidad total del material ya que parte de los poros se encuentran cerrados, i.e., aislados del medio exterior y no accesibles al agua. Dado que los porcentajes de agua absorbida son proporcionales a la porosidad del material, y esta puede variar entre distintos materiales, se recurre a una normalización ulterior para comparar materiales de porosidad variada. Esta normalización se lleva a cabo respecto del porcentaje en peso de agua bajo saturación forzada, esto es, bajo condiciones de presión mucho menores de la atmosférica, tendiendo al vacío, recalculando el incremento de masa en los distintos tiempos respecto de la cantidad máxima de agua absorbida (W_t,max), esto es, el porcentaje de peso de agua para el tiempo t. Esta normalización permite obtener el grado de saturación en función del tiempo:

donde: S_t es el grado de saturación (%)

W_t (%) es el porcentaje de peso de agua en el tiempo t (s) y

W_s (%) es el porcentaje en peso de agua bajo la saturación forzada.

1.5.DESORCION DE AGUA

Los materiales localizados en contacto con el aire retienen cierta cantidad de humedad. La cantidad de agua retenida es función de las condiciones ambientas (temperatura y humedad relativa), así como de la naturaleza de las sustancias (hidrófilas o hidrófobas) y de la composición de la solución acuosa (agua pura vs. soluciones salinas). Si las condiciones ambientales cambian, por ejemplo, descendiendo la humedad relativa, el material tiende a ceder vapor de agua al medio aéreo, secándose. Este proceso de desorción de agua es inverso al de adsorción, aunque si la muestra se encuentra saturada en agua, es inverso al de absorción.

La tasa de desorción o secado depende de la diferencia entre la humedad del material y la del medio ambiente (a mayor diferencia, mayor tasa de secado), de la naturaleza del material y de la naturaleza de la porosidad (sustancias hidrorepelentes con poros grandes tienden a eliminar más rápidamente la humedad).

La técnica de medición de la desorción de agua es similar a la de saturación de agua, y persigue evaluar la facilidad de los materiales para eliminar el agua absorbida en el interior de su sistema poroso. El ensayo se realiza con el mismo material utilizado en el de saturación, y se basa en medir las pérdidas de masa, a tiempos parciales, respecto del peso de la muestra saturada en agua. Este ensayo debe realizarse en un ambiente con temperatura (20 ºC) y humedad relativa (60 %) constantes para asegurar la comparación de muestras distintas. Las pérdidas de masa permiten calcular la cantidad de agua desorbida:

donde: W_e (%) es la cantidad de agua perdida

M_t (kg) es la masa medida en el tiempo t (s) y

M_o (kg) es el peso de la muestra saturada en agua.

Por lo tanto, W_e representa pérdidas de masa en % relativos al material saturado. Igualmente, estos datos permiten construir curvas W_e-t (generalmente, el tiempo se expresa como ), que caracterizan el comportamiento del material.

Al igual que en el caso de absorción, se calcula el grado de saturación en función del tiempo con el fin de comparar muestras de porosidad muy variada:

donde: S_e (%) es el grado de saturación

W_e es el porcentaje de peso de agua en el tiempo t (seg) y

W_s es el porcentaje en peso de agua bajo la saturación forzada.

Las tasas de saturación observadas en los ensayos de absorción y desorción, evaluadas mediante las curvas respectivas S_t-t y S_e-t no tienen porque coincidir. Esto se debe a que los procesos físicos involucrados en ambos procesos son distintos.

Como se ha indicado más arriba, la humedad en los materiales de construcción afecta a sus propiedades físicas y mecánicas. El principal efecto es un cambio de volumen: los materiales se hinchan cuando absorben agua y se contraen al evacuarla. Dado que los cambios de volumen generan tensiones internas en los materiales, ciclos continuados a escala diaria y estacional de mojado-secado inducen esfuerzos alternantes en el material que, aunque poco significativos en términos absolutos para materiales pétreos, generan pérdida de resistencia mecánica por fatiga (ver más adelante). Un ejemplo claro son los morteros, cuyo aglomerante (cal, cemento) sufre contracción durante el secado mientras el árido no, lo que genera esfuerzos tensionales que conllevan la pérdida de cohesión del agregado pormicrofracturación del aglomerante. Ensayos de ciclos de secado-mojado durante largos periodos de tiempo permiten calificar la resistencia al deterioro por esta causa.

1.6.CAPILARIDAD

El fenómeno de la capilaridad, cuyo resultado es el movimiento ascendente o descendente de un líquido en el interior de un tubo fino de un material sólido cuando éste es sumergido en el líquido, es debido a la existencias de fuerzas en la superficie de las sustancias sólida (e.g., vidrio), líquida (e.g., agua) y gaseosa (e.g., aire) en contacto. Estas fuerzas se denominan de tensión superficial. La conjunción de estas fuerzas hace que las gotas de un líquido depositadas sobre la superficie de un material sólido presenten ángulos de contacto sólido-líquido variados en función de la naturaleza de los sólidos y líquidos. Así, los líquidos “mojan” a los sólidos cuando el ángulo de contacto está comprendido entre 0 y 90º, en cuyo caso el líquido asciende por el capilar. Si por el contrario la conjunción de fuerzas mencionada anteriormente condicionan que el ángulo de contacto sólido-líquido esté comprendido entre 90 y 180, el líquido no moja al material y desciende por el capilar. Estas relaciones se ilustran en las Figuras 3 y 4. En consecuencia, el efecto que debe producir un material hidrofugante (protectivo o consolidante) aplicado sobre un material debe ser el de incrementar el ángulo de contacto del material pétreo, y obstaculizar el ascenso del agua por su sistema poroso. El efecto contrario es el obtenido por los agentes detergentes o jabones (i.e., tensoactivos).

La altura a la que asciende (o desciende) un líquido en un capilar no es sólo función del ángulo de contacto, sino que depende también del radio del capilar. La ecuación que permite calcular la altura alcanzada es:

donde: h es la altura (m)

S_LV es la tensión superficial líquido-vapor (0.0728 N/m para el agua-aire, a 20 ºC)

q es el ángulo de contacto (en radianes, = grados·p/180)

r es la densidad del líquido (1000 kg/m³ para el caso del agua)

g es la aceleración de la gravedad (9.8 m/seg²) y

r es el radio de poro (m)

Figura 3. Variación en el ángulo de contacto sólido-líquido. En (a) el líquido (e.g., agua) moja al sólido (e.g., piedra), y q < 90º, mientras que en (b) el líquido (e.g., mercurio) no moja al sólido y q > 90º.

Figura 4. Fuerzas resultantes (F) de la conjunción de las tensiones superficiales en un sistema sólido-líquido-gas en un tubo capilar (w es el peso de la columna de agua para el caso a). El líquido se eleva una altura h si (a) q < 90º, y desciende si (b) q > 90º.

La Figura 5 muestra las curvas altura-radio de capilar calculadas para el sistema agua-aire y distintos valores de q. Nótese que valores de altura negativos se obtienen para ángulos q > 90º, lo que implica que el agua descenderá en el capilar, y que la altura ascendida (o descendida) es del orden de varios metros para radios de poro muy pequeños, como los que generalmente presentan rocas y morteros.

Figura 5. Curvas altura-radio de capilar calculadas para el sistema agua-aire.

La rutina de trabajo (recomendaciones RILEM y NORMAL 11/85) consiste en la colocación de las probetas (la relación de área/volumen de la probeta cúbica, prismática o cilíndrica debe estar comprendida entre 1 y 2 cm^-1) sobre una superficie mojada, dentro de una cubeta de material plástico con agua destilada e interfase de papel absorbente para asegurar un flujo de humedad continua, sin llegar a mojar otra superficie que no sea la base de la probeta. Para evitar una rápida evaporación del agua de la cubeta, ésta se cubre con una tapadera de plástico protegida con papel absorbente para evitar el goteo de condensación sobre las probetas junto con las paredes laterales de la cubeta. El recipiente debe colocarse dentro de una campana aislante con unos valores de temperatura y de humedad relativa constantes.

El ensayo consiste en pesar y medir la altura del agua sobre las diferentes probetas a tiempos parciales. Las pesadas se realizan eliminando previamente el exceso de agua depositada sobre la base de las probetas con una bayeta absorbente ligeramente humedecida; de esta forma se retiran los excesos de agua sin llegar a restar parte de la contenida en la probeta. Los resultados que se obtienen con el ensayo son los siguientes: peso en función del tiempo (M_t) expresado en gramos y altura ascendida en función del tiempo (h_t) expresada en centímetros. La cantidad o incremento de agua absorbida de la muestra, por unidad de superficie en el tiempo se calcula con la siguiente ecuación:

donde: M/S es el incremento de masa por unidad de superficie (kg/m²)

M_t (kg) es el peso de la muestra en función del tiempo t (s)

M₀ (kg) es el peso de la muestra seca y

S es el área (m²) de la cara de la probeta en contacto con el agua.

Con los datos obtenidos es posible construir dos curvas, una de absorción capilar y otra de ascenso capilar, en función de (min^0.5). La primera se traza en función del incremento de peso experimentado por la probeta a lo largo del ensayo, la segunda curva representa la altura de agua ascendida en función del tiempo transcurrido. Además de observar el comportamiento del material, se pueden obtener el coeficiente de absorción capilar (con dimensiones kg/m²·s⁰^.5) y elcoeficiente de penetración capilar (con dimensiones m/s^0.5) obtenidos mediante cálculos de regresión en los tramo rectilíneos de las curvas.

2.PROPIEDADES MECANICAS

Las propiedades mecánicas definen la capacidad del material para resistir acciones externas o internas que implican la aplicación de fuerzas sobre el mismo. Esencialmente, estas fuerzas son de compresión, tensión (o extensión), flexión y de impacto.

2.1.RESISTENCIA A LA COMPRESION

La resistencia a la compresión es la carga (o peso) por unidad de área a la que el material falla (se rompe) por fracturación por cizalla o extensional (Figura 6). Esta propiedad es muy importante en la mecánica de materiales, tanto en situación no confinada (i.e., uniaxial) como confinada (i.e., triaxial). Dado que los materiales cerca de la superficie terrestre, incluyendo los edificios, suelen estar sometidos a condiciones no confinadas, consideraremos exclusivamente esta situación. En este caso, la resistencia a la compresión uniaxial (i.e., longitudinal) se mide en una prensa hidráulica que registra el esfuerzo compresor (s_l) aplicado sobre una probeta de material en una dirección del espacio, y la deformación lineal (e_l) inducida en esa misma dirección.

Figura 6. Desarrollo de fracturas extensionales y de cizalla como resultado de compresión.

Es importante indicar que los resultados obtenidos en los experimentos de resistencia a la compresión para un mismo material depende de la forma y tamaño de la probeta. Así, los prismas y cilindros largos presentan menores resistencias a la compresión que los cubos con la misma área de sección, y estos a su vez menores que los prismas y cilindros cortos (con alturas menores que sus lados o radios). Igualmente, la resistencia a la compresión depende de la tasa de aplicación de la carga, de forma que a mayores velocidades de compresión mayor es el valor de la resistencia. La metodología experimental puede seguir la norma ASTM D3148-86, según la cual las probetas de muestra serán cilíndricas, con una relación altura/diámetro comprendida entre 2.5 y 3 (e.g., 10 cm de altura por 4 cm de diámetro). Deben ensayarse al menos 5 probetas por cada tipo de material, manteniendo la tasa de aplicación de la carga constante (entre 0.5 y 1 MPa/s). Por otra parte, hay que evitar una mala colocación de la probeta en la prensa, para asegurar una distribución homogénea del esfuerzo compresor.

El esfuerzo es igual a la fuerza aplicada por sección o superficie:

donde: F_l es la fuerza aplicada longitudinalmente, expresada en newtons en el sistema mks (N=kg·m·s^-2), dinas en el sistema cgs o kilogramos-fuerza en el sistema técnico

S es la sección de la probeta (m²) y

s_l es el esfuerzo lineal expresado en Pa (N/m²), dinas/cm² o kg/m² (las dimensiones del esfuerzo son las mismas que las de presión).

Dado que la fuerza es un vector, también lo es el esfuerzo. Así, dado que el signo de la fuerza se toma negativo por convenio cuando es compresiva, y positivo cuando es tensional, el esfuerzo compresor es negativo y el tensor es positivo.

La deformación lineal es igual al cambio de longitud experimentado por la longitud original de la probeta:

donde: l₀ (m) es la longitud original

l₁ (m) es la longitud final

Dl (m) es el incremento de longitud de la probeta.

Puesto que al comprimir l₀ es siempre mayor que l₁, l y _l son negativos (positivos para el caso de tensión). El valor de e_l (que es adimensional) es generalmente muy pequeño para materiales pétreos (del orden de 0.01 y menores).

La deformación inducida sobre un cuerpo debida a la acción de un campo de fuerzas exteriores puede ser elástica o plástica. La deformación es elástica cuando el cuerpo recupera su forma y volumen iniciales una vez cesada la acción de las fuerzas externas. En caso contrario, la deformación es plástica (esto es, si la deformación persiste en parte). El que la deformación sea elástica o plástica depende de la naturaleza del cuerpo, de la temperatura, y del grado y tasa (velocidad) de deformación al que ha sido sometido. A temperatura constante, los materiales se comportan normalmente como elásticos cuando los esfuerzos aplicados son pequeños, si bien se tornan plásticos cuando los esfuerzos superan un cierto límite.

Para estudiar el comportamiento mecánico de los materiales, se recurre a la experimentación sometiendo a los mismos a esfuerzos progresivos y registrando la deformación resultante. Estos datos se expresan en diagramas s_l-e_l como los de la Figura 7, donde toma la forma de curvas similares (en forma) a las obtenidas en los ensayos de succión capilar. En la Figura 7 puede apreciarse un tramo de la curva s_l-e_l donde el esfuerzo es directamente proporcional a la deformación. Este comportamiento constituye la ley de Hooke, que aplica solo para pequeñas deformaciones, hasta un límite denominado límite de proporcionalidad, representado enla Figura 7 por el punto a. En este tramo, el comportamiento del material es elástico, esto es, si se disminuye el esfuerzo aplicado lentamente, se recorre el mismo tramo de la curva en sentido contrario, hasta alcanzar el punto de origen donde el esfuerzo y la deformación son nulos. La proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformación en el tramo de la ley de Hooke permite definir el módulo de Young o módulo de elasticidad (E). Este módulo es la constante de proporcionalidad, de manera que:

donde el módulo de elasticidad E es positivo (s_l y e_l son negativos) y presenta las mismas dimensiones que el esfuerzo ya que e_l es adimensional. El valor del módulo deYoung es característico para distintos materiales, por lo que puede utilizarse para comparar las características mecánicas de los mismos.

Figura 7. Curva esfuerzo-deformación para compresión, con ilustración de los tramos elástico y plástico.

Para deformaciones superiores al límite de proporcionalidad, existe un cierto tramo de la curva s_l-e_l donde el comportamiento del material es elástico, aunque no existe proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformación. El límite en el que el comportamiento del material deja de ser elástico se denomina límite elástico, representado por el punto b de la curva en la Figura 7.

Al aumentar el esfuerzo y superarse el límite elástico (punto b), la deformación aumenta rápidamente y es en parte permanente. Así, si se disminuye el esfuerzo aplicado lentamente a partir del punto c de la curva, se recorrerá el trayecto indicado por una flecha de puntos hasta alcanzar el punto donde el esfuerzo es nulo, pero existe una cierta deformación permanente (el cuerpo no recupera su longitud original). Al aumentar el esfuerzo se llega finalmente al punto d, denominado punto de ruptura, donde el cuerpo experimenta una fracturación catastrófica por cizalla o fisuración extensional. Este punto de ruptura define, en términos del esfuerzo compresivo, la resistencia a la compresión (R).

La resistencia a la compresión de los materiales de construcción es muy variable, oscilando desde materiales:

· muy débiles (<70 kg/cm²)

· débiles (70-200 kg/cm²)

· moderadamente resistentes (200-700 kg/cm²)

· fuertes (700-1400 kg/cm²) hasta

· muy fuertes (>1400 kg/cm²).

Las rocas naturales son relativamente resistentes a la compresión (no tanto a la tensión y flexión), aunque las rocas sedimentarias son las más débiles debido sobre todo a su mayor porosidad y variable grado de cementación, al igual que los hormigones (Tabla 3). Aunque no puede generalizarse el efecto del tamaño de grano, puede decirse que, en general, la resistencia a la compresión aumenta a medida que aumenta el tamaño de grano de los materiales, a igualdad de otras variables como composición mineral, estructura, porosidad, cementación, etc.

Tabla 3. Resistencia a la compresión de algunas rocas y materiales de construcción (modificado de Winkler, 1973).

(Mpa) kg/m²·10⁶ kg/cm²·10³

Granito 97 310 10 32 1.0 3.2

Sienita 186 434 19 44 1.9 4.4

Gabro, diabasa 124 303 13 31 1.3 3.1

Basalto 110 338 11 34 1.1 3.4

Caliza 14 255 1 26 0.1 2.6

Arenisca 34 248 4 25 0.4 2.5

Gneiss 152 248 15 25 1.5 2.5

Cuarcita 207 627 21 64 2.1 6.4

Mármol 69 241 7 25 0.7 2.5

Pizarra 138 207 14 21 1.4 2.1

Hormigón 5.5 69 1 7 0.1 0.7

La resitencia a la compresión de rocas utilizada en monumentos granadinos son (valores obtenidos en seco por Guardia Olmedo et al., 1986, Arte y Deterioro en los Monumentos Granadinos. Catedral, Chancillería y Palacio de Carlos V. Universidad de Granada, 140 p.)

Tabla 4. Resistencia a la compresión de rocas utilizadas en monumentos granadinos (Guardia Olmedo et al., (1986).

Calcarenita: 75-500 kg/cm²

Travertino: 400-700 kg/cm²

Conglomerados: 200 kg/cm²

Caliza de Sierra Elvira: 600-900 kg/cm²

Mármol de Macael: 680-980 kg/cm²

Serpentinita: 400-700 kg/cm²

Las relaciones entre esfuerzo y deformación ilustradas en la Figura 7 son ideales, ya que representan un comportamiento estrictamente elástico para el material en el tramo lineal de la curva correspondiente a la ley de Hooke. No obstante, los materiales reales muestran relaciones esfuerzo-deformación más complicadas, no siguiéndose estrictamente la relación de linearidad. Esto significa que las curvas esfuerzo-deformación pueden presentar tramos elásticos, casi-elásticos, semi-elásticos y no-elásticos (o plásticos). Los tipos de curvas para materiales casi-elásticos, semi-elásticos y no-elásticos se representan en la Figura 8.

Por otro lado, los materiales pueden clasificarse como frágiles y dúctiles (Figura 9). Los materiales frágiles (como el vidrio) se rompen cuando se supera el límite elástico, (b y d son muy cercanos), mientras que los materiales dúctiles (como el acero o el cobre) presentan un tramo de comportamiento plástico amplio.

Los materiales pétreos pueden caracterizarse, en general, como frágiles bajo condiciones de temperatura ambiental (si bien a altas presiones y temperaturas presentan tramos plásticos más amplios, Figura 9). La deformación permanente entre el límite elástico y el punto de ruptura en los materiales heterogéneos como los pétreos se verifica a bajas temperaturas mediante una microfracturación frágil. Esta microfracturación se produce sobre todo en el interior de los minerales que forman las rocas, a favor de sus sistema de exfoliación, o entre microporos. El grado de microfracturación, que es controlado por las características texturales y estructurales de los materiales (e.g., tamaño de grano, porosidad, razón clastos/matriz, cementación, etc.), define en gran medida la forma de la curva esfuerzo-deformación. Así, puede generalizarse que los materiales pétreos con tamaño de grano fino tienden a ser casi-elásticos, mientras que los de grano grueso tienden a sersemi-elásticos, siempre a igualdad de otros factores. Respecto de la porosidad, materiales compactos y poco porosos tenderán a un comportamiento casi-elástico osemi-elástico, mientras los materiales muy porosos y poco o moderadamente coherentes (esto es, escasamente cementados, como las calcarenitas bioclásticasutilizadas en la construcción de edificios históricos de Granada o morteros de cal) tienden a un comportamiento semi-elástico o plástico. El comportamientosemi-elastico o plástico indica un rápido aumento de la deformación en los primeros incrementos de esfuerzo, lo cual se explica por acomodo de la carga por el movimiento relativo de los granos (gruesos) del entramado y/o deformación de los poros, pasándose a continuación a una situación en que la tasa de deformación es menor, esto es, de recuperación mecánica, en la que el esfuerzo y la deformación aumentan más o menos proporcionalmente una vez el entramado de granos ha adquirido cierta compactación (Figura 8).

Como puede deducirse de lo anterior, el módulo de Young sólo puede definirse en rigor cuando los materiales elásticos, ya que la proporcionalidad lineal entre esfuerzo y deformación no se verifica en los materiales casi-elásticos, semi-elásticos y plásticos. A pesar de ello, este módulo puede calcularse para partes determinadas de las curvas esfuerzo-deformación, aunque sin el conocimiento de sus formas este dato sirve de poco. No obstante, cuando los materiales son frágiles, y su comportamiento es elástico o casi elástico, el módulo de Young y la resistencia a la compresión nos permiten tener una idea bastante aproximada de las curvas esfuerzo-deformación, ya que en estos materiales el límite de proporcionalidad, el límite elástico y el punto de ruptura casi son coincidentes. En estos casos, el módulo de Young será muy util para evaluar el comportamiento mecánico de los materiales ante la acción de esfuerzos compresivos de tipo uniaxial.

Las anisotropías estructurales de los materiales, tales como superficies de estratificación o foliación, introducen lógicamente anisotropías mecánicas. Dado que estas superficies introducen debilidades mecáncias (i.e., los materiales se fracturan por extensión y cizalla más fácilmente a favor de las mismas), la resistencia a la compresión y el módulo de elasticidad disminuyen si el esfuerzo principal mayor (i.e., compresor, s₁) es paralelo u oblicuo (cercano a 45º) a tales superficies. La resistencia a la compresión de materiales anisótropos es máxima cuando las superficies están orientadas perpendicularmente al esfuerzo principal mayor. Esto es importante en la estabilidad de las estructuras en los edificios y en los trabajos de restauración que impliquen sustitución de piezas por materiales estructuralmente anisótropos.

Figura 8. Curvas esquemáticas esfuerzo-deformación para materiales casi-elásticos (e.g., basaltos, granitos de grano fino), semi-elásticos (e.g., calizas, areniscas, mármoles) y plásticos (morteros de cal, morteros de yeso).

Figura 9. Deformación frágil y dúctil bajo compresión, torsión y extensión (s₁, s₂ y s₃, son los esfuerzos principales mayor, intermedio y menor, respectivamente). Las flechas marcan las tendencias en el comportamiento de los materiales al variar la presión, la temperatura, la presión de fluidos localizados en los poros y la tasa de deformación.

Como se ha indicado más arriba, la presencia de agua en el interior del sistema poroso de un material altera sus propiedades mecánicas. Este efecto se debe dos causas: 1) al desarrollo de presiones hidráulicas en los poros rellenos de agua que afectan a los esfuerzos intergranulares (i.e., contactos de granos), y 2) a la alteración de las propiedades de superficie de los granos (minerales). Esto puede causar inestabilidad a lo largo de superficies más débiles y disminuir la resistencia a la cizalla o fricción, produciéndose una reducción más o menos significativa de su resistencia a la compresión.

La razón entre los coeficientes de resistencia a la compresión del material saturado en agua y seco, denominado coeficiente de ablandamiento, es una medida del efecto del agua sobre la resistencia a la compresión:

donde: K_s es el coeficiente de ablandamiento (adimensional)

R_s (Pa) es la resistencia a la compresión del material saturado en agua y

R_d (Pa) es la resistencia a la compresión del material seco.

Para algunos materiales muy porosos fácilmente empapables, este coeficiente tiende a 0, ya que R_s tiende a 0, mientras que otros materiales poco porosos como vidrios o aceros el coeficiente de ablandamiento tiende a 1, esto es, retienen sus propiedades mecánicas ante la presencia de agua. Los materiales con coefientes de ablandamiento mayores de 0.8 se califican de resistentes mecánicamente respecto de la acción del agua. Los materiales con coeficientes menores de 0.8 nunca deben exponerse a la acción de la humedad (e.g., zócalos de elementos constructivos que sufren infiltración capilar), y en caso de exponerse, deben aislarse de la humedad con barreras impermeables o tratarse con productos hidrofugantes.

2.2.RESISTENCIA A LA TENSION

La resistencia a la tensión es el esfuerzo tensional por unidad de área a la que el material falla (se rompe) por fracturación extensional. Esta propiedad, que es una indicación del grado de coherencia del material para resistir fuerzas “tirantes”, depende de la resistencia de los minerales, del área interfacial entre granos en contacto y del cemento intergranular e intragranular.

Existen distintas técnicas para medir la resistencia a la tensión, tanto en materiales pétreos como en morteros, cementos y hormigones. En el ensayo de tracción directa, quizás el más apropiado, se utilizan probetas cilíndricas con una razón longitud/diámetro de 2 a 2.5. Los extremos de las probetas se introducen (y pegan con resina epoxi) en unas cápsulas que están unidas a cadenas que transmiten el esfuerzo tensional sin introducir componentes de torsión. La norma ASTM D2936 regula los métodos y condiciones experimentales este ensayo.

Los conceptos, definiciones y controles de la deformación introducidos anteriormente para la resistencia a la compresión pueden ser extendidos sin más problema a la resistencia a la tensión. Respecto de los materiales pétreos de construcción, puede generalizarse que, para un material dado, la magnitud de la resistencia a la tensión suele ser de un orden de magnitud menor que la resistencia a la compresión. En la Tabla 5 se presentan valores de resistencia a la tensión para algunas rocas medidos con la técnica de tracción directa.

Tabla 5. Resistencia a la tensión (Mpa) de algunas rocas (deTouloukian y Ho, 1981).

Basalto 8.6

Conglomerado 29.7

Calizas 4.2 5.8

Arenisca 1.1 1.7

Arenisca calcárea 4.3

Esquistos 3.1

2.3.RESISTENCIA A LA FLEXION

La resistencia a la flexión, o módulo de ruptura, es la resistencia de un material a ser doblado (plegado) o flexurado. La medida de esta propiedad se realiza con barras de material asentadas sobre dos pivotes y aplicando carga sobre el centro de la barra (norma ASTM C99-52). La resistencia a la flexión (S_m) viene dada por la expresión:

donde: P (Pa) es la carga aplicada

l (m) es la distancia entre los pivotes y

d³ (m) es el diámetro de la probeta

si la probeta es cilíndrica, y por la expresión:

donde: b (m) es el ancho de la sección de la probeta y

h (m) es el largo de la probeta

si la probeta es prismática.

Para un material pétreo dado, el valor de resistencia a la flexión es cercano al doble de su resistencia a la tensión medida con el método de tracción directa.

2.4.FATIGA

Cuando los materiales sufren esfuerzos de forma cíclica sin llegar al punto de ruptura, se observa un debilitamiento mecánico de los mismos con el tiempo. Esto implica una pérdida de sus propiedades mecánicas, que puede dar lugar a la fracturación bajo esfuerzos mucho menores que los apropiados para los materiales “frescos” que no han sido sometidos a esfuerzos. A esta característica de los materiales se le denomina fatiga.

Se ha encontrado que la causa fundamental del fallo por fatiga de los materiales pétreos es la microfracturación. Los experimentos llevados a cabo sugieren una evolución episódica para la fatiga. Inicialmente, se produce una microfracturación entre los contactos de grano y en el interior de los cristales a favor de los planos de exfoliación y superficies de partición de los mismos. A continuación, existe un periodo de aquiescencia, con escasa deformación adicional. En el último estadio, lasmicrofracturas coalescen, perdiéndose coherencia e iniciándose el fallo (fracturación) del material. No obstante, también parece que la fatiga es un proceso continuo, disipándose la energía en forma de microfracturas hasta el punto en que se supera un nivel crítico en el que ocurre el fallo.

La mayor parte de los procesos de deterioro de tipo mecánico que sufren los materiales pétreos en los edificios se deben al fallo por fatiga, ya que los esfuerzos generados no suelen superar la resistencia a la compresión, tensión o flexión de los materiales “frescos”. No obstante, también hay que tener en cuenta el efecto de otros procesos físicos y químicos de alteración, que modifican las propiedades mecánicas originales de los materiales, generalmente reduciendo sus propiedades mecánicas.

Las rocas son materiales con elevada resistencia a la compresión y en menor medida a la flexión y la tensión. Por esta razón son materiales apropiados para elementos constructivos tales como muros, paramentos, columnas, etc., que sufren importantes cargas compresivas, y no tanto para elementos constructivos que sufren importantes esfuerzos tensionales y de flexión, como los generados en estructuras adinteladas o arquitrabadas. Por esta razón, la luz de los arquitrabes no puede ser elevada.

La resistencia a la tensión es una propiedad particularmente importante desde el punto de vista de los procesos de alteración de materiales pétreos de construcción. Esto es debido tanto a la existencia de procesos de alteración cíclicos que generan importantes esfuerzos tensionales capaces de producir fallos mecánicos (fracturación) por fatiga en los materiales, como al hecho de ser la propiedad mecánica cuantitativamente más deficiente en los mismos. Entre los procesos de deterioro mecánico por generación de esfuerzos tensionales cabe destacar los cambios volumétricos que sufren los materiales al sufrir variaciones de temperatura, la formación de hielo y la cristalización e hidratación/deshidratación de sales solubles en el interior del sistema poroso de los materiales.

Figura 10. Acciones mecánicas en el sistema adintelado (modificado de Ortega Andrade, 1993)

2.5.DUREZA

La dureza es la resistencia de los materiales para resistir la penetración de otro cuerpo. Para el caso de minerales, la dureza se ha considerado clásicamente como la resistencia que presenta un mineral a ser rayado por otro mineral o material. F. Mohs dedujo empíricamente una escala cualitativa basada en las durezas relativas de distintos minerales que ha sido muy utilizada como criterio de clasificación y de determinación. Esta escala es como sigue:

Dureza Mineral Dureza Mineral

1__________ Talco 6__________ Ortosa

2__________ Yeso 7__________ Cuarzo

3__________ Calcita 8__________ Topacio

4__________ Fluorita 9__________ Corindón

5__________ Apatito 10_________ Diamante

Cada uno de estos minerales es capaz de rayar a los situados antes que él en la escala, y a su vez es rayado por los que vienen después. La medida de la dureza suele ser cualitativa (aunque hay métodos de determinación precisa) estableciéndose en una primera aproximación en base a los siguientes criterios: si la uña raya al mineral la dureza es menor de 2.5; si una navaja raya al mineral la dureza es menor de 5.5; si el mineral raya al vidrio la dureza es igual o mayor de 7. Así, el cuarzo se diferencia de la calcita en que aquel raya al vidrio y ésta no.

Esta propiedad es vectorial, es decir, depende de la dirección en que se aplique en un mineral, debido a la diferente distribución de enlaces cristalinos en las estructuras minerales. Así por ejemplo, la distena (Al₂SiO₅) es un mineral de hábito prismático que presenta una dureza de 4 a lo largo de su elongación mayor y de 6.5 perpendicularmente a la misma. En general, los minerales presentan durezas más bajas en superficies de exfoliación respecto de otras direcciones. En cualquier caso, la dureza depende del tipo de enlaces atómicos presentes, de la estructura y de la composición. A igualdad de otros factores, los minerales con estructuras más densas son más duros (e.g. el aragonito tiene una dureza de 4 y la calcita de 3), y los que presentan elementos más pequeños son más duros (e.g. el corindón (Al₂O₃) tiene una dureza de 9 y la hematites (Fe2O3) de 6, presentando el Al⁺³ un radio iónico de 0.57 Å y el Fe⁺³ de 0.67 Å). En general, los minerales que presentan moléculas de (OH) o de agua (H₂O) tienen durezas bajas, lo cual es debido a que en las estructuras hidratadas existen enlaces débiles entre estas moléculas y el resto de los átomos, como en el caso del yeso (CaSO₄·2H₂O) y el talco (Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂).

Aplicadas a los materiales pétreos, esta propiedad es importante para evaluar la trabajabilidad, con utensilios de impacto y abrasivos, de los materiales en la cantera y en la obra. Existen muchos métodos de evaluar la dureza: la resistencia al rayado, a la indentación, a la abrasión, al rebote y al impacto. La gran complejidad de los materiales pétreos no permite una correlación clara entre los distintos parámetros de resistencia mecánica y de dureza, aunque en general, la dureza de los materiales aumenta a medida que la resistencia a la compresión aumenta. Dado que las rocas son materiales frágiles, presenta débil o moderada resistencia al impacto, por lo que son materiales trabajables con herramientas de impacto. Esto permite en la mayor parte de los casos un buen acabado. Lo mismo puede decirse de su buena trabajabilidad por pulido, particularmente en rocas como calizas y mármoles, aunque existen rocas relativamente duras (i.e., aquellas que presentan abundante cuarzo, como cuarcitas y granitos) que resisten bien la raya y la abrasión.

3.EXPANSIÓN TÉRMICA

En general, el incremento de la temperatura de cualquier material produce un aumento de su volumen. Esto se debe a que la energía térmica absorbida induce un incremento en las vibraciones de los átomos constitutivos de la materia, agrandando las distancias interatómicas. Este fenómeno se describe como expansión volumétrica de origen térmico a presión constante, o simplemente expansión térmica, y su medida se realiza en términos del coeficiente de expansión térmica(a). Este coeficiente representa el incremento relativo de volumen producido al aumentar la temperatura en un grado a presión constante, y puede escribirse como:

a = 1/V*(DV/DT)

cuando el incremento de volumen no depende de la temperatura a la que se mida. Las dimensiones de a son ºC^-1, y sus valores son positivos en la mayor parte de los casos ya que, como se ha indicado anteriormente, las sustancias suelen aumentar de volumen al aumentar la temperatura. No obstante, existen algunos sustancias que disminuyen su volumen al aumentar la temperatura en determinados rangos de esta última, como es el caso del cuarzo-b (y el agua).

Por lo que se refiere a los minerales cuya estructura cristalina no es cúbica, como es el caso de la mayoría de los minerales que constituyen las rocas comunes, sus coeficientes de expansión térmica dependen de la dirección cristalina en la que se mida (esto es, los minerales son anisótropos respecto de esta propiedad). Así, el cuarzo-a se expande más perpendicularmente a su eje c (eje principal de simetría y de elongación) que paralelamente a él. Este comportamiento se denominaexpansión térmica diferencial, y su medida se realiza en términos de coeficientes de expansión térmica lineal (l), que representan los incrementos relativos de longitud producidos al aumentar la temperatura en un grado a presión constante:

l = 1/l*(Dl/DT)

La dimensión de este coeficiente es también ºC^-1, y sus valores son positivos en la mayor parte de los casos por la misma causa que se ha indicado más arriba. No obstante, existen algunas sustancias que disminuyen su longitud en direcciones determinadas al aumentar la temperatura, como en el caso de la calcita, que se expande paralelamente a su eje c y se contrae perpendicularmente a él. No obstante, el coeficiente de expansión térmica de la calcita en términos de volumen es positivo, ya que la contracción que sufre perpendicularmente al eje c es proporcionalmente menor a la expansión que sufre paralelamente al mismo. En el caso del cuarzo-b, el incremento de temperatura supone contracciones en todas las direcciones cristalográficas, por lo que el resultado neto es un descenso de volúmen (o aumento de densidad).

Figura 11. Expansión térmica volumétrica y lineal de algunos minerales formadores de rocas (tomado de Winkler, 1973).

Tabla 6. Expansión térmica lineal y volumétrica del cuarzo desde 0 a 1000 ºC a 1 bar de presión (tomado de Winkler, 1973).

Temperatura ( ºC) Incremento de l (%) Incremento de volumen (%)

^ c // c

50________________ 0.07____________ 0.03_____________________ 0.17

100________________ 0.14____________ 0.08_____________________ 0.36

200________________ 0.30____________ 0.18_____________________ 0.78

300________________ 0.49____________ 0.29_____________________ 1.27

400________________ 0.72____________ 0.43_____________________ 1.87

500________________ 1.04____________ 0.62_____________________ 2.70

570________________ 1.46____________ 0.84_____________________ 3.76

573 Transición de cuarzo-a a cuarzo-b

580________________ 1.76____________ 1.03_____________________ 4.55

600________________ 1.76____________ 1.02_____________________ 4.54

700________________ 1.75____________ 1.01_____________________ 4.51

800________________ 1.73____________ 0.97_____________________ 4.43

900________________ 1.71____________ 0.92_____________________ 4.34

1000________________ 1.69____________ 0.88_____________________ 4.26

4.MORTEROS DE REINTEGRACION EN PILARES DE TRAVERTINO DE LA COLEGIATA DEL SALVADOR (ALBAYCIN)

Los morteros de reintegración que han sido utilizados en la obra de restauración realizada en el curso 1993/94 fueron fabricados específicamente para reintegrar las faltas en los pilares de travertino. Los criterios fundamentales para la elaboración de estos morteros fueron los siguientes:

· Que presentasen una elevada porosidad, además de un tamaño de macroporos elevado, similar al del travertino.

· Que la proporción de poros de dimensiones menores de 1 mm no fuese elevada, o en cualquier caso similar a la del travertino, para evitar problemas de infiltración capilar preferente a través de los morteros.

· Que el aglomerante presentase cierta hidraulicidad, utilizando para ello mezclas de cal aérea, cal hidráulica y/o cemento portland.

· Que contuviesen la menor proporción posible de cemento portland (que incluye en torno a 2-5% de yeso), para evitar problemas ulteriores como presencia de sales y ataque químico.

· Que presentasen una resistencia mecánica inferior a la del travertino, lo que garantiza su degradación preferencial respecto a la del mismo.

En total, se diseñaron 12 mezclas, cuya composición se expresa en la Tabla 4 en partes de cada componente en volumen. En estas mezclas, el aireante utilizado consistió en poliestireno expandido (poliespán), ya que es soluble en acetona y puede retirarse una vez fraguado el mortero. La proporción de aireante fue elevada en todos los casos (50% en volumen), para conseguir una porosidad elevada en los morteros, similar o mayor que la del travertino (ver más adelante). La adición de tal cantidad de poliestireno expandido confirió unas propiedades mecánicas deficientes en la mayoría de los morteros, que resultaron ser demasiado frágiles una vez fraguados y retirado el poliestireno con acetona a pesar de que en algunos morteros se añadió acetato de polivinilo (de acción aglomerante).

Las únicas mezclas que resultaron factibles para su utilización como morteros de reintegración desde el punto de vista mecánico fueron las M3 y M4, ambas a base de cal hidráulica y sin cemento portland. Paralelamente a los trabajos de restauración, se llevó a cabo una serie de trabajos de control sobre las propiedades mecánicas y el comportamiento de los morteros de restauración M3 y M4 y el travertino. A continuación se describen los ensayos efectuados y los resultados obtenidos.

Tabla 4. Composición (partes en volumen) de los morteros de reintegración diseñados para reintegrar los pilares de travertinodel patio de la Iglesia del Salvador (Albaycin).

Cal Cal Cemento Arido Aireantes Acetato

aérea hidráulica Portland de polivinilo

m1 1 - - 3 4 0.5

m2 1 - - 2 3 0.5

m3 - 1 - 3 4 -

m4 - 1 - 2 3 -

m5 1 2/3 - 4 6 -

m6 1 1/3 - 4 5 -

m7 1 1/15 - 4 5 0.3

m8 1 1/30 - 4 5 0.3

m9 1 - 2/3 4 6 -

m10 1 - 1/3 4 5 -

m11 1 - 1/15 4 5 0.3

m12 1 - 1/30 4 5 0.3

4.1.RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN UNIAXIAL

Las probetas utilizadas fueron cilíndricas de 4 cm de diámetro por 10 cm de alto. Se ensayaron 4 probetas de travertino y 3 probetas por cada tipo de mortero de restauración. Los resultados obtenidos se presentan en los diagramas s_l-e_l de la Figura 12. En esta figura pueden apreciarse los tramos elásticos de las curvas s_l-e_ldonde el esfuerzo es directamente proporcional a la deformación (i.e., ley de Hooke). Es en estos tramos donde se han medido las constantes de proporcionalidad (i.e., módulo de Young), que se indican en los diagramas (expresados en Mpa). Puede apreciarse que los valores de los módulos de Young para los travertinos son bastante mayores que para los morteros de restauración M3 y M4, lo que garantiza una mayor debilidad mecánica de estos últimos. Esto es importante ya que cualquier mortero de reintegración debe responder con menor efectividad que el material pétreo original ante cualquier esfuerzo aplicado, como esfuerzos derivados de cambios volumétricos debidos a cambios de temperatura, de cristalización de sales o de la transición hielo-deshielo en el interior del sistema poroso, etc. No obstante, el mortero M4 es preferible al M3, ya que el primero presenta mayores valores de E y las diferencias respecto de los valores de E del travertino son de un orden de magnitud.

Figura 12.- Diagramas esfuerzo-deformación para las muestras de travertino y morteros M3 y M4. Las cifras que aparecen en los diagramas son los módulos de Youngrespectivos calculados mediante regresión lineal sobre los tramos rectos de las curvas.

Por otra parte, el comportamiento mecánico de los morteros de restauración M3 y M4 es esencialmente plástico, lo cual permite suponer que la deformación se acomodará por deformaciones permanentes, y no por fracturación.

4.2.POROSIDAD

La porosidad se ha obtenido con un porosímetro de inyección de mercurio sobre pequeñas muestras de unos mm de diámetro. Los resultados obtenidos se muestran en la Figura 13, que permite apreciar la gran heterogeneidad en la distribución de poros del travertino y la homogeneidad de la porosidad de los morteros. No obstante, los mayores porcentajes de porosidad se localizan en ambos tipos de materiales en el rango de 0.001 y 0.01 milímetros (1-10 micras). En términos generales, puede concluirse que la porosidad de los morteros no difiere excesivamente de la de los travertinos.

Figura 13.- Distribución de la porosidad en función del tamaño de poro en los travertinos y morteros M3 y M4.

Aunque este tipo de ensayo no permite evaluar los porcentajes de radios de poro mayores de 1 mm, no se dispone de información sobre la porosidad macroscópica tan elevada que presentan tanto los travertinos como los morteros de restauración fabricados. No obstante, los ensayos de saturación libre en agua ydesorción permiten especular con una macroporosidad similar en ambos materiales.

4.3.SATURACION Y DESORCION DE AGUA

Se utilizaron 3 probetas cúbicas de dimensiones 3 x 3 x 3 cm por cada tipo de material. El ensayo de desorción se realizó bajo condiciones de temperatura (ca. 20ºC) y humedad relativa (40-50 %) controladas. Las curvas W_t- que caracterizan el comportamiento del material se representan en la Figura 14.

Los resultados obtenidos permiten concluir que los morteros de restauración absorben mayores cantidades de agua que el travertino. Esta característica no debe ser interpretada necesariamente como negativa, ya que debe tenerse en cuenta que los pilares de travertino rara vez se encontrarán inmersos en agua (sólo una gran inundación daría las condiciones apropiadas). Además, una mayor absorción de agua supone que los morteros actuarán como “esponjas” por comparación con eltravertino, lo que garantiza su alteración preferente de los morteros. Por otro lado, las curvas de desorción indican que los morteros expulsan mayores cantidades de agua que el travertino en rangos de tiempo similares, lo cual es claramente una ventaja adicional de estos morteros de restauración.

Figura 14.- Curvas de saturación libre (diagramas de la derecha) y desorción (diagramas de la izquierda) en las muestras de travertino y morteros M3 y M4. C.A y C.S son los coeficientes de absorción y desorción, respectivamente. Las curvas se han construido sobre los valores medios respectivos obtenidos para cada tiempo. Se indican además las barras de error sobre las medias para cada tiempo y el error en las regresiones lineales con las que se han estimado los coeficientes

4.4.CAPILARIDAD

Se han utilizado probetas prismáticas de dimensiones 3 x 3 x 10 cm (3 probetas por tipo de material). Las curvas de succión y penetración capilar (Figura 15) muestra que los coeficientes de absorción y penetración capilar son algo mayores en los morteros que en el travertino, aunque las diferencias son mínimas y las formas de las curvas son similares para todos los materiales. En consecuencia, la succión capilar en los morteros de restauración fabricados será algo mayor que en eltravertino. La importancia de esta característica negativa puede minimizarse a nuestro juicio, ya que los arriates que anteriormente existían adyacentes a los pilares, y que eran una fuente importante de agua en el subsuelo que ascendía por capilaridad, han sido eliminados. Aunque el ascenso capilar no debe una fuente importante de degradación en los pilares, ante la ausencia de un reservorio de agua de riego, se recurrió a hidrofugarlos con un protectivo hidrorrepelente.

5.- Evaluación de la actividad.

(herramienta de evaluación)

1.- ¿Cuál es la composición química de una roca?

2.- ¿Cuál es la estructura de una roca?

3.- ¿Cuál es la textura de una roca?

4.- ¿Cuál es la resistencia a la compresión simple de una roca?

5.- Realice un listado de las propiedades fñisicas de las rocas.

Situación de enseñanza con uso de TIC

Módulo 3. Uso estratégico de medios en situaciones de enseñanza.

Título de la situación de enseñanza

Video sobre las propiedades físicas, químicas, hidráulicas y mecánicas de los macizos rocosos.

Unidad y Tema elegido en el que se inserta la situación de enseñanza

Tema II. PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE MUESTRAS DE ROCA.

II.1 Propiedades físicas.

II.1.1 Composición mineralógica, estructura y textura.

II.1.2 Peso específico, peso volumétrico, porosidad, relación de vacíos, contenido de agua, grado de saturación, permeabilidad al agua, resistencia a efectos químicos, alterabilidad, durabilidad, transmisibilidad térmica, transmisibilidad eléctrica y transmisibilidad sísmica.

II.2 Propiedades mecánicas.

II.2.1 Permeabilidad.

II.2.2 Deformabilidad.

II.2.3 Resistencia al esfuerzo cortante.

II.2.4 Durabilidad.

Selección y Justificación del recurso (Foto fija, Video o Podcast).

Video.

La creación de un video es más difícil de elaborar, pero pone en juego las habilidades cognoscitivas de los alumnos en general, es decir, proporciona imágenes (alumnos visuales), audio (alumnos auditivos) y manejo de elementos (alumnos kinestésicos); lo cual representa que la gran mayoría de los alumnos obtengan un aprendizaje más significativo que con la elaboración de solo FOTO o PODCAST. Además de que se haría más divertido en el manejo de elementos. Nota: En lo particular se me hizo más difícil de elaborar pero me gusto más.

Momento en que se empleará el recurso: Inicio, desarrollo o cierre del tema dentro de su proyecto inicial.

Cierre del tema.

Servirá como una buena retroalimentación del tema, con la finalidad de que quede más claro lo aprendido durante la sesión. El hecho de ver el resto de los videos por parte del grupo, dará mejores ideas de cómo mejorar su trabajo final en algún futuro.

Mencione y justifique las habilidades digitales

Habilidad:

A. Uso de Internet

a. Como fuente de información y recursos.

Aa2.1 Búsqueda eficiente de información en Internet. Definición de palabras clave para la búsqueda. Análisis de los resultados, selección de sitios, exploración, selección y valoración de la información obtenida.

Justificación: El alumno, consultará y recabará en forma individual, información textual acerca de las propiedades de los macizos rocosos (de acuerdo a los subtemas) de por lo menos cinco fuentes distintas, haciendo uso de los buscadores (google, unam, yahoo y altavista) y de los metabuscadores (Mamma, Dogpile e Ixquick). Revisará y sintetizará la información. Recabará las fuentes de información de acuerdo al formato APA.

Habilidad:

D. Manejo de medios

(imagen, audio, video)

a. Imagen

Da.2.2 Emplea dispositivos móviles para generar sus propias imágenes: celular iPod o cámara digital.

Justificación: El alumno tomará con su cámara digital o de celular las fotografías que se incluirán en el video. Colocando como referencia (de su autoría) conforme al formato APA. Cuidará aspectos de presentación en la toma (evitar fotografías chuecas, luminosas, oscuras, etc.).

Habilidad:

D. Manejo de medios

(imagen, audio, video)

a. Imagen

Da.2.3 Hace uso de Bluetooth para transferir o descargar imágenes.

Justificación: El alumno descargará las fotografías a su computadora mediante bluetooth, con el fin de incluirlas posteriormente dentro de la creación del video.

Habilidad:

D. Manejo de medios

(imagen, audio, video)

b. Audio

Db.3.1 Hace uso de Software para la creación y edición de audio (Audacity, WavePad, Goldwave, entre otros).

Justificación: El alumno, de acuerdo a las fotografías, las ordenará de forma secuencial (orden previsto de los subtemas); y posteriormente, haciendo uso de Audacity (descargado e instalado previamente), grabará en formato mp3, la narración del contenido temático cuidando la secuencia preestablecida.

Habilidad:

D. Manejo de medios

(imagen, audio, video)

c. Video

Dc.3.1 Hace uso de Software para la creación y edición de video (Movie Maker, Camtasia, iMovie, Kino, entre otros).

Justificación: El alumno creará y editará un video en movie maker (descargado e instalado previamente) que incluya las fotografías tomadas de su autoría y la grabación de la narración en audacity, conformando como producto final su video personalizado a su creatividad e imaginación.

Duración

En el salón de clase

En extra clase

5.0 hrs.

8.0 hrs.

Recursos

Ø Laptop con servicio de internet.

Ø USB.

Ø Programa Audacity.

Ø Programa Movie maker.

Ø Videoproyector.

Ø Sala audiovisual o salón de clase.

Descripción de las actividades

Actividades en el salón de clase

(5.0 hrs.)

Para el profesor:

1. Presentación de la actividad a realizar, así como los requerimientos y los criterios a manejar y evaluar.

(0.5 hrs.)

2. Proporcionar los sitios de donde obtener los recursos para grabación y edición de audio (audacity) y para la creación y edición de video (movie maker).

(0.5 hrs.)

3. Orientación en cuanto a los contenidos temáticos y los procedimientos de elaboración de audio y video.

(2.0 hrs.)

4. Revisión de productos preliminares y finales.

(2.0 hrs.)

Para el alumno:

1. Toma nota de los requerimientos y recursos necesarios para
elaborar el producto final.
(1.0 hrs.)

2. Procedimientos de prueba de grabación de audio con audacity.
(1.0 hrs.)

3. Procedimientos de prueba de creación de video con
movie maker.

(1.0 hrs.)

4. Presentación de productos preliminares y finales.

(2.0 hrs.)

Actividades extra clase

(8.0 hrs.)

Para el profesor:

1. Revisión de productos preliminares.

(8.0 hrs.)

Para el alumno:

1. Investigación en buscadores y metabuscadores.

(1.0 hrs.)

2. Toma de fotografías con cámara digital o celular

(1.5 hrs.)

3. Descarga de fotografías vía bluetooth a la PC.

(0.5 hrs.)

4. Grabación de audio con Audacity.

(2.0 hrs.)

5. Creación de video con Movie maker.

(3.0 hrs.)

Evidencias de la situación de enseñanza

Presentación de los videos finales en la sala audiovisual o en el salón de clase ante el grupo
(2.0 hrs.)

TIC 4

CURSO

Regresar...

Nombre del profesor

Nivel académico y subsistema o disciplina

Asignatura

Unidad temática y contenidos

Población

Duración

Situaciones de enseñanza

ANEXOS:

Composición mineralógica de las rocas

Clasificación química

1.PROPIEDADES FISICAS

1.1.ISOTROPÍA Y ANISOTROPÍA

1.2.DENSIDAD Y PESO ESPECIFICO (ASTM #12-70)

1.3.POROSIDAD

1.4.ADSORCION Y ABSORCION DE AGUA

1.5.DESORCION DE AGUA

1.6.CAPILARIDAD

2.PROPIEDADES MECANICAS

2.1.RESISTENCIA A LA COMPRESION

2.2.RESISTENCIA A LA TENSION

2.3.RESISTENCIA A LA FLEXION

2.4.FATIGA

2.5.DUREZA

3.EXPANSIÓN TÉRMICA

4.MORTEROS DE REINTEGRACION EN PILARES DE TRAVERTINO DE LA COLEGIATA DEL SALVADOR (ALBAYCIN)

4.1.RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN UNIAXIAL

4.2.POROSIDAD

4.3.SATURACION Y DESORCION DE AGUA

4.4.CAPILARIDAD

Situación de enseñanza con uso de TIC

Módulo 3. Uso estratégico de medios en situaciones de enseñanza.