Propiedades de los Materiales PDF

Propiedades generales de los materiales TECNOLOGÍA 1 – UNLAM - 2024 1 Dentro de la técnica se denominan materiales de construcción al conjunto de sustancias o materias primas utilizadas para construir con ellas. Estas sustancias pueden emplearse en la forma e...

Propiedades generales de los materiales TECNOLOGÍA 1 – UNLAM - 2024 1 Dentro de la técnica se denominan materiales de construcción al conjunto de sustancias o materias primas utilizadas para construir con ellas. Estas sustancias pueden emplearse en la forma en que se encuentran en la naturaleza, sin procesos que modifiquen sus cualidades (salvo operaciones menores de extracción, conformación o depuración), en cuyo caso las denominaremos materiales naturales, o bien, otras veces los materiales deben ser tratados previamente para modificar sus propiedades a fin de hacerlos adecuados a su destino, entonces se los denomina elaborados o artificiales. Entonces, como criterio general de clasificación, podría establecerse que son materiales naturales todos aquellos que no alteran sus propiedades a través de las operaciones previas al uso y que son materiales artificiales los que las han modificado. 2 Los materiales naturales se clasifican según su origen: animal, vegetal o mineral. Madera / Piedra / Algodón / Lana / Carbón Cobre / Arena / Petróleo / Mármol 3 Materiales artificiales. Cemento / Plásticos / Metales / Vidrio / Goma / Porcelana / Papel / Cartón 4 El conocimiento de los materiales implica el estudio de sus propiedades. Para el caso que nos atañe, que son las construcciones, una clasificación de las propiedades puede ser la siguiente: Físicas Térmicas Acústicas Ópticas Eléctricas Químicas Mecánicas Tecnológicas Ecológicas El estudio de las propiedades de cada material es imprescindible para fijar criterios para su empleo en la obra. Qué material utilizar, cuándo utilizarlo y cómo hacerlo son las tres cuestiones fundamentales a resolver en cuanto a materialidad de la misma. A continuación definiremos y ampliaremos los conjuntos de estas propiedades: 5  Propiedades Físicas Una propiedad física es aquella que se basa principalmente en la estructura del objeto, estructura que es visible y mensurable. 1- Forma y dimensiones en que puede obtenerse cada material. Esto puede limitarnos a la hora de necesitar determinadas longitudes o secciones de un elemento o que, para obtener la dimensión deseada, haya que unir piezas. También puede darse que el material se consiga en dimensiones superiores y haya que fraccionarlo. La forma es la apariencia externa que presenta un material. Las dimensiones varían de acuerdo al uso que se le dará. 6 2- Peso específico es la relación entre el peso de un material y su volumen. Ɣ: P V Donde Ɣ es el peso específico, P el peso del cuerpo y V el volumen. Este volumen podrá ser el del material compacto, sin poros, en ese caso se llama volumen real, o Vr. Cuando el volumen que se considera es el de un sólido con poros se llama volumen aparente, o Va. Cuando el cuerpo está en forma granulada o pulvurenta se lo denomina volumen a granel, o Vg. El peso específico se mide en unidades compuestas, que varían según las que sean utilizadas para el peso y el volumen: t/m3, Kg/m3, Kg/dm3 Ejemplo: para una misma unidad de volumen, un metro cúbico de piedra, un metro cúbico de acero o un metro cúbico de madera, su peso será distinto, por ser distinto el peso específico de cada unos de los tres materiales. Ɣ granito: 2700 kg / m3 - Ɣ Acero: 7850 kg / m3 - Ɣ Algarrobo: 810 Kg/m3 (el peso específico varía según cada tipo de piedra y de madera) 7 3- Porosidad Cuando el volumen real de un material es inferior al volumen aparente del mismo es porque quedan dentro de la masa poros o alvéolos. Llamamos E a este volumen de poros, Va al volumen aparente. La porosidad del material se define entonces como P. P=E Va La porosidad se mide en valor absoluto, pues tanto el volumen de poros como el volumen aparente se miden en la misma unidad. La porosidad será 0 cuando el material no tenga poros y tenderá a valer 1 como máximo, cuando los tenga. 8 4- Compacidad O grado de densidad de un material C, es el cociente del volumen real Vr con el volumen aparente Va C = Vr Va La compacidad, como la porosidad, se mide en valor absoluto, pues tanto el volumen real como el volumen aparente se miden en la misma unidad. La compacidad será 1 como máximo y tenderá a valer 0 cuando disminuya el volumen real, es decir, aumenten los vacíos. mayor compacidad menor compacidad 9 5- Higroscopicidad Es la propiedad de los materiales de absorber agua y variar su peso. Se expresa mediante un coeficiente porcentual cuyo valor está dado por la expresión ƔH +1. 100 ƔH Donde ƔH es el peso específico del material con un grado de humedad H y ƔH +1 el peso específico con un grado de humedad H+1. Es decir que la higroscopicidad expresa la relación de los distintos pesos específicos que adquiere un material al variar su nivel de humedad. El valor máximo de H será cuando el agua llena todos los poros, se lo denomina valor de saturación. El valor mínimo de H será lógicamente 0, cuando el material está completamente seco o en su defecto, cuando es absolutamente compacto y no puede retener agua en su interior. La madera es Higroscópica. Esta propiedad hace que la madera se contraiga o se expanda, por lo que todas las propiedades físicas y mecánicas de la madera estarán definidas por el porcentaje de contracción o expansión en que se encuentre. 10 6- Permeabilidad Es una propiedad vinculada a la porosidad pero que no debe confundirse con ella. La permeabilidad es la capacidad de ciertos materiales de dejarse atravesar por los líquidos. El paso de los líquidos a través del mismo puede hacerse por capilaridad, por presión o por ambas cosas a la vez. Si los poros de un material no está conectados con su superficie, entonces este material será poroso pero no permeable. 11 7- Homogeneidad / Heterogeneidad Si un cuerpo tiene igual estructura molecular o idénticas propiedades físicas en todos sus puntos se lo denominará homogéneo. Inversamente, si en distintos puntos del elemento varían su características físicas, es decir su composición molecular, lo denominamos heterogéneo. Materiales heterogéneos Materiales homogéneos 12  Propiedades Térmicas. 1- Calor específico o capacidad calorífica es la cantidad de calor que necesita cada material o sustancia para elevar en un grado centígrado la temperatura de un kilogramo de dicho material. El calor específico de cada material varía según la temperatura existente, pero para los fines prácticos se opera con valores medios, prefijados. El calor específico se expresa en kilocalorías. 13 2- Dilatabilidad es la propiedad que tienen los cuerpos de modificar sus dimensiones ante los cambios de temperatura. La dilatación puede ser lineal, superficial y cúbica. Poseer la información adecuada acerca de la magnitud de dilatación de los materiales dilatables. En construcciones, es fundamental conocer esta propiedad, para evitar variaciones dimensionales que pueden provocar fisuras, grietas o colapso. 14 2- Transmisión del calor El calor se transmite desde los cuerpos más calientes hacia los cuerpos más fríos. Ese traspaso se produce en el interior de los cuerpos, se trasmite de molécula a molécula. La conductibilidad térmica o conducción del calor se expresa por un coeficiente que le es propio a cada material. Es determinada a partir de la cantidad de calor que un cuerpo de 1m2 y de 1m de espesor es capaz de transmitir por hora transcurrida y por cada grado centígrado de diferencia ente ambas caras de dicho cuerpo. Kcal m.H.ºC Se denomina convección cuando la propagación de calor se realiza a través de un fluido. El movimiento del fluidos es debido a las diferencias de temperatura, dado que se forman corrientes convectoras. La transmisión por radiación se produce sin intervención de los medios materiales. Se trata de propagación de radiaciones del mismo tipo que las luminosas y se denominan rayos infrarrojos. Así es el calor del sol que llega a la Tierra. 15 Transmisión del calor 16 3- Reflexión del calor Los cuerpos puede ser atérmanos, o sea más o menos impermeables a las radiaciones caloríficas, o diatérmanos, cuando son permeables a dichas radiaciones. La energía absorbida se transforma en calor y entonces aumenta la temperatura del cuerpo, mientras que la parte de energía reflejada se convierte en un foco de radiación calorífica. El conocimiento del poder reflejante o de absorción del calor que tiene un determinado material o estructura es sumamente importante a la hora de diseñar una construcción, para poder regular la cantidad de calor que absorberá o no dicho elemento. 17  Propiedades Acústicas 1- Transmisión y reflexión del sonido El sonido es originado por vibraciones de frecuencia relativamente bajas. Se propaga a través del aire o a través de los cuerpos. El sonido, al chocar con un cuerpo puede ser reflejado, absorbido, o ambas cosas a la vez, lo mismo que la radiación del calor. De la proporción que es absorbida, una parte se disipa bajo otras formas de energía y el resto se transmite.. 18  Propiedades Ópticas 1- Color 2- Reflexión de la luz 3- Transmisión de la luz 19  Propiedades Eléctricas 1- Conductibilidad Los materiales pueden poseer mayor o menor capacidad para conducir energía eléctrica a través de su masa. Esto es importante para saber si podemos utilizarlos como conductores cuando su resistencia al paso de la corriente es baja, o como aislantes cuando es muy grande.. ejemplos de materiales conductores ejemplos de materiales aislantes 20  Propiedades Químicas Son aquellas características íntimas de un material, donde los átomos se enlazan según la estructura que poseen generando fuerzas de cohesión ó repulsión, además la distribución molecular que permite su organización física. 1- Composición química: Es importante saber la composición de los materiales, para conocer qué compuestos tienen. Ya que la exposición o vínculo de ciertos materiales entre sí puede generar comportamientos no deseados. 2- Estabilidad química: Es una de las propiedades más importantes de los materiales ya que interesa la resistencia del material al ataque de agentes agresores que pueden alterar sus propiedades: resistencia, dureza, desgaste, color, etc. Es necesario saber cuales son inestables químicamente (ej: materiales aglomerantes) 21  Propiedades Mecánicas 1- Resistencia Es el grado de resistencia que presenta un material ante las fuerzas que pretenden deformarlo. Las moléculas de los cuerpos tienden a mantenerse unidas, en virtud de la cohesión que existe entre ellas y que se opone a su separación. Aún así ante determinados esfuerzos los materiales pueden presentar distintos tipos de deformaciones. El grado de resistencia para cada material se define como el cociente entre la fuerza que se ejerce sobre el cuerpo y la sección transversal del mismo. T etc Kg cm2 mm2 Imagen de un ensayo de resistencia de material 22 2- Tenacidad La tenacidad es la propiedad de los materiales de admitir una deformación considerable antes de romperse. Por el contrario llamamos fragilidad a la propiedad de los materiales de romperse con poca deformación. tenacidad fragilidad 23 2- Elasticidad / plasticidad Si al suprimirse la carga que produjo una deformación en el elemento esta deformación desaparece, se dice que el material ha tenido un comportamiento elástico. Por el contrario diremos que un elemento es plástico cuando se mantiene la deformación después de haber desaparecido la carga. elástico plástico 24 3- Rigidez Los materiales son más rígidos cuanto mayores son los esfuerzos necesarios para producir una deformación dada. 4- Dureza Es la resistencia de un sólido a dejarse penetrar por otro o por acción de una fuerza. 25 5- Isotropía / anisotropía Si, en un determinado material o sustancia, las condiciones de elasticidad (ver definición de elasticidad) son las mismas para cualquier dirección en que se produzca la deformación, entonces se considera que el material es isótropo. Inversamente, si las condiciones de elasticidad varían según la dirección en que se producen las deformaciones, estaríamos en presencia de un material anisótropo. Ejemplos de materiales isótropos: metales fundidos, vidrios, plásticos Ejemplos de materiales anisótropos: maderas, materiales con fibras en una dirección. isótropo anisótropo 26  Propiedades Tecnológicas Son las que permiten a los materiales obtener las formas requeridas para su empleo en la construcción. 1- Separación Son las que se efectúan para dar la forma y tamaño deseado a un material cortándolo, separándolo o dividiéndolo. 27 2- Agregación Consisten en la unión de materiales de igual o distinta especie, ya sea por medios físicos, químicos o mecánicos. 3- Transformación Son las que modifican la forma de un material sin necesidad de agregados ni supresiones. 28 4- Forjabilidad Es la facilidad de dar forma por golpes. 5- Maleabilidad De reducir el material a láminas delgadas. 29 6- Ductibilidad Permite a los materiales que la poseen estirarse, reduciéndose a hilos. 7- Soldabilidad Permite unir ciertos materiales por soldadura. 30  Propiedades Ecológicas Costo e Impacto Ambiental en la Producción de Materiales: Los productos que se emplean en la construcción de edificios e infraestructura, se fabrican a partir de materia prima extraída de la naturaleza, en general de fuentes no renovables. En dicha fabricación, además, se utilizan combustibles de tipo fósiles, como ser carbón o petróleo, con un alto impacto ambiental. Las propiedades ecológicas nos hablan del impacto que producen la extracción o producción de un material en el medio ambiente. Estas propiedades deben ser tenidas cada vez más en cuenta, ya que la explotación ilimitada de los recursos naturales del planeta conduce a daños irreparables en el mismo y en la salud de sus habitantes. 31  ¿Qué propiedades básicas debemos evaluar en los materiales para determinar que costo genera producir los mismos en relación al impacto ambiental? 1-Biodegradabilidad Un material es biodegradable cuando la naturaleza puede descomponerlo, en poco tiempo y de forma natural, en otras sustancias naturales. 32 2- Toxicidad Un material tóxico es el que produce gran impacto en el medio ambiente, no es biodegradable, puede resultar venenoso para los seres vivos, y contamina el agua, el suelo o la atmósfera. Cemento / PVC / algunos metales pesados 3- Reutilizabilidad Un material reutilizable es todo material que puede volver a utilizarse, pero para el mismo uso que tenía. 33 4- Reciclabilidad Un material reciclable es aquél que se puede reciclar para fabricar con él otro material diferente. 34  10/04/2024 Clase 2 – T1- SC_ Propiedades de los Materiales