CAPITULO 1 : Propiedades Generales de los Materiales

I. PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES

1.1. Generalidades

Los materiales es una materia prima o con más frecuencia un producto manufacturado, empleado en la construcción de edificios u obras de ingeniería civil.

 

 

 

 

1.2. Propiedades físicas

 

Pueden agruparse bajo esta denominación genérica aquellas propiedades cuya variación no va acompañada de una alteración del material.

 

Formas y dimensiones  

Con el término dimensiones nos referimos a las medidas que definen el tamaño de un cuerpo (por ejemplo: largo, ancho, espesor, etc.). En este aspecto suele tener importancia no sólo el valor mismo de estas dimensiones sino también la regularidad con que se presentan en un grupo de elementos supuestamente iguales.

Por ejemplo, es importante especificar las dimensiones de una serie de piezas iguales a producir, pero también lo es la tolerancia que puede admitirse en las desviaciones con respecto a las dimensiones establecidas.

La determinación de la forma implica la comprobación de que un cuerpo responde a un determinado modelo. Por ejemplo la planaridad de una superficie puede verse afectada por depresiones o protuberancias; la forma rectilínea, la perpendicularidad o el paralelismo pueden estar alterados por desviaciones, etc.

 

 

Peso específico   

 

 

 

 

 

Estrictamente densidad es el cociente entre masa y volumen del cuerpo. El peso específico se expresa en unidades de peso por unidad de volumen, por ejemplo: kg/m3, ton/m3, kg/dm3, kg/lt, g/cm3, etc.

 

Es importante destacar que cuando el volumen es el de un material compacto, sin poros o vacíos (ej. aceros, vidrios, etc.) al mismo se lo llama volumen absoluto o real (Vabs), mientras que si se trata de un material poroso (ej. maderas, hormigones celulares, etc.) o materiales pulverulentos o disgregados ( ej. cementos, cales, arenas, piedra partida, etc.) se considera además del volumen absoluto, el volumen aparente o relativo (Vap) que es el que incluye a los poros o vacíos.

 

 

Densidad

 Es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen.

 

 

 

 

 

Porosidad 

 

 

 

Es el cociente entre el volumen de poros de un sólido y su volumen aparente total. Los poros contenidos en un material son de dos clases: externos (en comunicación con el exterior) o internos (inaccesibles desde el exterior). En consecuencia pueden definirse dos tipos de porosidad: la aparente y la absoluta. 

 

 

 

 

La porosidad se expresa generalmente en forma porcentual.

 

 

Permeabilidad 

Indica la facilidad con que un material puede ser atravesado por los fluidos (líquidos y gases); siendo usual considerar, en el caso de materiales de construcción, la permeabilidad al agua y al vapor de agua.

 

 

El concepto de permeabilidad no debe confundirse con el de porosidad, ya que un material puede ser muy poroso y no ser permeable, la condición para que un material poroso sea permeable es que los poros tengan comunicación entre sí.  

 

 

 

 

 Capilaridad

 

Propiedad de atraer un cuerpo sólido y hacer subir por sus paredes hasta cierto límite el líquido que las moja, como el agua, y de repeler y formar a su alrededor un hueco o vacío con el líquido que no las moja, como el mercurio.

 

 

Higroscopia

  

Es la propiedad que tienen algunos materiales de absorber agua (generalmente en forma de vapor) del medio que los rodea y modificar su volumen.

 

 

1.3. Propiedades térmicas

Calor específico 


El calor específico es la cantidad de calor que se necesita por unidad de masa para elevar la temperatura un grado Celsius. La relación entre calor y cambio de temperatura, se expresa normalmente en la forma que se muestra abajo, donde c es el calor específico.

 

 

Dilatación 

 

 

La experiencia muestra que los sólidos se dilatan cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. La dilatación y la contracción ocurren en tres (3) dimensiones: largo, ancho y alto.

 

A la variación en las dimensiones de un sólido causada por calentamiento (se dilata) o enfriamiento (se contrae) se denomina Dilatación térmica.

 

 

Dilatación Lineal

 

Es aquella en la que predomina la variación en una (1) dimensión de un cuerpo, es decir: el largo. Ejemplo : Dilatación en hilos, cabos y barras.

 

 

Dilatación Superficial

 

Es aquella en la que predomina la variación en dos (2) dimensiones de un cuerpo, es decir: el largo y el ancho.

 

 

Dilatación Volumétrica

Es aquella en la predomina la variación en tres (3) dimensiones de un cuerpo, es decir: el largo, el ancho y el alto.

 

 

Transmisión del calor  

 

El calor, que es una forma de energía, puede transmitirse por tres formas distintas:

• Conducción, intercambio a través del material.
• Convección, intercambio a través de los fluidos por diferencia de temperatura.
• Radiación, intercambio a través del vacío(radiación solar, ondas electromagnéticas)

 

 

 

 

 

Reflexión del calor

 

 

Los cuerpos pueden clasificarse según su permeabilidad al calor radiante, en atérmanos o sea impermeables en mayor o menor medida a las radiaciones caloríficas y en diatérmanos a los permeables al calor radiante. La energía absorbida se transforma en calory aumenta la temperatura en los cuerpos atérmanos. El conocimiento del poder reflejante o de absorción del calor de los diversos materiales tiene gran importancia en la construcción, sobre todo de aquellos que constituyen la envolvente de un edificio (muros, cerramientos y techos) ya que influyen sobre las condiciones de habitabilidad higrotérmica del mismo.

 

 

1.4. Propiedades acústicas

 

Estudian el comportamiento de los materiales ante el contacto con ondas sonoras.

  

El sonido que produce el 

impacto del martillo viajo 

por el material en todas 

direcciones y se propaga

luego por el aire.

 

Transmisión del sonido 

 

Es la propiedad de algunos materiales de transmitir las ondas sonoras a través de ellos. Los materiales rígidos transmiten el sonido con facilidad a través de ellos.

Los materiales blandos no transmiten el sonido a través de ellos, porque pueden amortiguar el golpe. Cuando más denso es el medio de propagación del sonido, mejor será la transmisión de éste.

 

Ejemplo: el sonido se propaga mejor en el agua que en el aire.

 

 

 

Reflexión del sonido

 

Es la propiedad de algunos materiales de reflejar las ondas sonoras que llegan a ellos.

 

Las ondas sonoras, al llegar a un objeto pueden rebotar contra los mismos y viajar en el sentido contrario. Para que esto ocurra, el objeto debe ser rígido, este efecto se le conoce como eco.

 

 

1.5. Propiedades ópticas

Color 

 

El concepto de color está conformado por la relación entre los aspectos físicos del mismo, su percepción por el ojo humano y por la interpretación psicológica propia de cada persona.

 

 

 

 

 

Reflexión de la luz

 

 

Es la propiedad de algunos materiales de reflejar la luz que llega a ellos. A más lisa la superficie, más reflejará la luz.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Transmisión de la luz 

 

Es la propiedad de algunos materiales de dejar pasar la luz a través de ellos.  

Transparentes, dejan pasar la luz y se puede ver a través de ellos, se puede ver las formas que están del otro lado del material con claridad. La superficie de estos materiales debe ser lisa, de lo contrario pierden transparencia.

Ejemplo: Vidrio, algunos plásticos, agua.

 

 

1.6. Propiedades químicas

 

Se observan cuando una sustancia sufre un cambio químico, es decir, una transformación de su estructura interna, convirtiéndose en otras sustancias nuevas. Dichos cambios químicos, pueden ser reversibles o irreversibles

 

Composición química

 

El conocimiento de la composición química de un determinado material tiene importancia ya que la presencia o ausencia de determinados compuestos, puede influir sobre sus propiedades o bien en su interrelación con otros materiales. Además de la composición cualitativa interesa en muchos casos conocer los porcentajes de cada elemento, ya que ello puede ser determinante para un uso específico.

 

Estabilidad química

 

Reacciones frente a agentes externos (alteraciones) .

 

Solubilidad

 

Cualidad de soluble cantidad máxima de un material que puede ser disuelto en un disolvente.

 

Solución ácida:  ph = 0-7

Solución neutra: ph = 7

Solución básica: ph > 7

  

Resistencia a la corrosión y a la oxidación

 

 

La oxidación es una reacción química, cuando un material se combina con el oxígeno, transformándose en óxidos más o menos complejos, se dice que experimenta una reacción de oxidación.

La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. Puede ser mediante una reacción química (oxidorreducción) en la que intervienen tres factores:

 

• La pieza manufacturada
• El ambiente
• El agua

 

1.7. Propiedades mecánicas

 

Resistencia

 

Capacidad de soportar una carga externa si el metal debe soportarla sin romperse se denomina carga de rotura y puede producirse por tracción, por compresión, por torsión, habrá una resistencia a la rotura (kg/mm²) para cada uno de estos esfuerzos.

 

Tenacidad

 

Es la resistencia que presenta un material a romperse cuando se golpea. Los materiales que, como el hierro, resisten los golpes sin romperse se llaman materiales tenaces. Por el contrario, los materiales que, como la porcelana, se rompen cuando se golpean se llaman materiales frágiles.
 

Elasticidad

Capacidad que tiene un material de recuperar su forma por sí solo, después de que se estira, se comprime o se retuerce.

Plasticidad

Es la propiedad de mantener la deformación una vez retirada la carga sin romperse ni agrietarse, retiene formas nuevas.

Maleabilidad

 

Es la capacidad que tienen algunos materiales para extenderse en láminas delgadas mediante esfuerzos de compresión debido al frío o calor. Por ejemplo: Oro, plata, estaño, cobre, cinc, plomo, aluminio, latón.

 

Ductibilidad

 

Capacidad que presenta un material para ser deformado por fuerzas de tracción, transformándose en hilos. Por ejemplo: Plata, cobre, hierro, plomo y aluminio

 

Fluencia

 

Propiedad de algunos metales de deformarse lenta y espontáneamente bajo la acción de su propio peso o de cargas muy pequeñas. Esta deformación lenta, se denomina también creep.

 

Rigidez

 

Es la propiedad de un cuerpo, elemento o estructura de oponerse a las deformaciones. También podría definirse como la capacidad de soportar cargas o tensiones sin deformarse o desplazarse excesivamente.

 

Dureza

 

Es la resistencia que presenta un material a ser rayado o cortado por otro.

 

 

 

 

Isotropía

 

Un material es isotrópico si sus propiedades mecánicas y térmicas son las mismas en todas las direcciones. Los materiales isotrópicos pueden tener estructuras microscópicas homogéneas o no homogéneas. Por ejemplo, el acero muestra un comportamiento isotrópico, aunque su estructura microscópica no es homogénea.