Los materiales sólidos se clasifican principalmente en tres grupos: metales, cerámicas y polímeros. Este esquema se basa en la composición química y en la estructura atómica. Por lo general, la mayoría de los materiales encajan en un grupo u otro, aunque hay materiales intermedios. Además, existen otros dos grupos de materiales técnicos importantes: materiales compuestos (composite) y semiconductores. A continuación, se definirán brevemente los tipos de materiales clasificados por su enlace atómico característico.

Metales

Son materiales de origen mineral que están compuestos por uno o más elementos metálicos, pudiendo contener elementos no metálicos en pequeñas proporciones. Dado que rara vez los metales pueden obtenerse directamente de la naturaleza, se requieren procesos de transformación complejos para aislarlos a partir de los minerales que los contienen. Los metales poseen enlaces atómicos metálicos. Si el metal está formado por un solo elemento químico se trata de un material metálico puro, en cambio, si está formado por más de un elemento químico se trata de una aleación. Las aleaciones se elaboran para mejorar las propiedades de los componentes originales. Por ejemplo, el hierro es un metal puro, en cambio, el acero común es una aleación de hierro y pequeñas cantidades de carbono que posee mayor resistencia mecánica que el hierro puro. Las aleaciones metálicas se suelen agrupar en función de la composición en férreas y no férreas. Las aleaciones férreas (o ferrosas), cuyo principal componente es el hierro, incluyen aceros y fundiciones, mientras que las aleaciones no férreas (o no ferrosas), no contienen hierro. Además de los elementos aleantes, para mejorar las propiedades finales de los metales, se suelen utilizar diversas combinaciones de técnicas de conformación y/o tratamientos térmicos.

Debido a su buena conducción eléctrica y térmica, elevada resistencia mecánica y muchas otras ventajas, el campo de aplicación de los metales es muy diverso. Se suelen utilizar en la elaboración de máquinas y herramientas, en estructuras de edificios, en la industria del transporte y electrónica, etc. En el Capítulo 4 se describirán con más detalle algunas aleaciones ferrosas empleadas en la construcción.

Cerámicos

Los materiales cerámicos son compuestos químicos o soluciones complejas, que contienen elementos metálicos y no metálicos. Por ejemplo la alúmina (Al₂O₃) es un cerámico que tiene átomos metálicos (aluminio) y no metálicos (oxígeno). Los materiales cerámicos tienen una amplia gama de propiedades mecánicas y físicas. Las aplicaciones varían desde productos de alfarería, fabricación de ladrillos y azulejos, utensilios de cocina, tubos de albañil, hasta vidrio, entre otros.

Debido a sus enlaces iónicos o covalente, los materiales cerámicos por lo general son duros, frágiles, con un alto punto de fusión, tienen baja conductividad eléctrica y térmica, buena estabilidad química y térmica, y elevada resistencia a la compresión. En el Capítulo 5 trataremos dos materiales cerámicos muy importantes en la construcción: el ladrillo de arcilla y el cemento.

Polímeros

Los polímeros, que abarcan materiales tan diversos como los plásticos, son moléculas orgánicas gigantes en cadena, con pesos moleculares desde 10.000 hasta más de 1.000.000 g/mol. Los polímeros se utilizan en un número sorprendente de aplicaciones, incluyendo juguetes, aparatos domésticos, elementos estructurales, pinturas, adhesivos, entre otros. Los polímeros son a menudo utilizados como fibras y como matriz en compuestos.

Los polímeros comerciales o estándar son materiales ligeros resistentes a la corrosión, de baja resistencia y rigidez, y no son adecuados para uso a temperaturas altas. Sin embargo, son relativamente económicos y fácilmente conformables en una diversidad de formas, desde bolsas  a engranes metálicos y tinas de baño. Los polímeros ingenieriles están diseñados para dar una mejor resistencia o mejor rendimiento a temperaturas elevadas. Estos últimos pueden funcionar a temperaturas tan altas como 350°C; otros, usualmente en forma de fibra, tienen resistencia superiores a las del acero.

Los polímeros también tienen muchas propiedades físicas útiles. Algunos como el plexiglás son transparentes y pueden remplazar a los vidrios cerámicos. El teflón tiene un bajo coeficiente de fricción y sirve de recubrimiento para utensilios de cocina antiadherente. Los polímeros son resistentes a la corrosión y al ataque químico. En el capítulo 6 describiremos con mayor profundidad estos materiales, haciendo hincapié en los empleados dentro del área de la construcción.

Compuestos

Los materiales compuestos se obtienen al unir dos o más materiales para conseguir una combinación de propiedades que no es posible obtener en los materiales originales. Estos compuestos pueden seleccionarse para lograr combinaciones poco usuales de rigidez, resistencia, peso, rendimiento a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, dureza, etc.

Los compuestos se pueden clasificar en tres categorías: con partículas, con fibras y laminares, dependiendo de la forma de los materiales (ver Figura 2.6). El hormigón, que es una mezcla de cemento y grava, es un compuesto particulado; la fibra de vidrio, que contiene fibras de vidrio incrustadas en un polímero, es un compuesto reforzado con fibras; y la madera contrachapada, que tiene capas alternas de chapa de madera, es un compuesto laminar. Si las partículas de refuerzo están distribuidas uniformemente, los compuestos particulados tendrán propiedades isotrópicas, es decir, sus propiedades son las mismas en sus tres ejes; los compuestos con fibras pueden ser isotrópicos o anisotrópicos (propiedades difieren entre un eje y otro); los laminares siempre tienen un comportamiento anisotrópico.

En la construcción de edificios, carreteras, puentes y de una gran parte de la infraestructura se utiliza un cierto número de materiales compuestos, siendo: la madera, el concreto y el asfalto los tres de mayor relevancia.

Figura Representaciones esquemáticas de los materiales compuestos reforzados con: a) partículas, b) fibras y c) láminas.

Semiconductores

Los materiales semiconductores se comportan como un conductor o como un aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. La conductividad eléctrica de estos materiales puede controlarse para su uso en dispositivos electrónicos como transistores, diodos y circuitos integrados. Los paneles fotovoltaicos que transforman la luz en energía eléctrica poseen semiconductores como componentes esenciales.