III. CONOCIMIENTO EXPERIMENTAL DE LOS MATERIALES: Ensayo y selección de materiales
ESCALA : Influencia en el estudio de materiales
Es la proporción de aumento o disminución que existe entre las dimensiones reales y las dimensiones representadas de un objeto. En efecto, para representar un objeto de grandes dimensiones, deben dividirse todas sus medidas por un factor mayor que uno, en este caso denominado escala de reducción; y para representar objetos de pequeñas dimensiones, todas sus medidas se multiplican por un factor mayor que uno, denominado escala de ampliación. La escala a utilizar se determina entonces en función de las medidas del objeto y las medidas del papel en el cual será representado. El dibujo hecho a escala mantendrá de esta forma todas las proporciones del objeto representado, y mostrará una imagen de la apariencia real del mismo. Finalmente, deben indicarse sobre el dibujo las dimensiones del objeto real, y la escala en que ha sido elaborado.
OBSERVACIÓN DIRECTA DE MATERIALES
OBSERVACIONES EXPERIMENTALES
La observación experimental, también llamada estudio de intervención o estudio experimental, es un análisis prospectivo, el cual se caracteriza por la manipulación indirecta, superficial de un factor de estudio por el investigador. Esta observación es estudiada y dividida por los casos o sujetos en dos grupos llamados control y experimental. La característica de la aleatorización no es imprescindible en el estudio experimental, llamándose entonces estudio cuasi experimental.
a) La observación de hechos: Consiste en seleccionar hechos e intentar explicarlos y comprenderlos a través de la observación.
b) La creación de hipótesis: Son las suposiciones razonadas obtenidas a partir de los datos observados. Las explicaciones de los hechos no se encuentran a la vista; es necesario imaginarlas, suponerlas, antes de descubrirlas.
c) La explicación de sistemas matemáticos a la hipótesis obtenida: Había dos formas comprobar los sistemas matemáticos, compara que los hechos observados quedan explicados por las hipótesis, al introducir en la comparación conclusiones lógicas.
d) La experimentación: Al contrastar las consecuencias de las hipótesis con lo que ocurre en la realidad se pueden plantear tres posibilidades:
- La experimentación confirma la hipótesis: los hechos obtenidos se dan en la realidad por lo tanto se verifican las hipótesis.
- La experimentación refuta esos hechos: los hechos no tienen sentido respecto a la realidad por lo tanto se anulan las hipótesis.
- Las consecuencias de las hipótesis no pueden obtenerse directamente ni indirectamente, por carecer de medios técnicos.
ENSAYO DE MATERIALES
La elección del material más adecuado, exige el conocimiento previo de sus propiedades técnicas: físicas, químicas y mecánicas. Toda esta información, la ofrecen los ensayos de materiales, realizados generalmente sobre probetas normalizadas y en ocasiones en elementos de la propia obra.
Por lo tanto, el fundamento de la realización de un ensayo, será la medida de una determinada propiedad que deseamos exigirle a un material para su utilización.
Según el fin que se persiga, se distinguen los siguientes tipos de ensayos:
1. Los ensayos cualitativos : Son, normalmente, los destinados a controlar la producción, de forma que satisfagan ciertas normas perfectamente definidas. Deben ser rápidos y simples, a la vez que exactos, fiables y sensibles.
2. Los ensayos cuantitativos : Son los más utilizados, exigiéndoles una gran precisión y fiabilidad, destinando en su realización mayor cantidad de tiempo que los anteriores. Entre otros, los objetivos de este tipo de ensayos son los siguientes:
- Conocer y estudiar las propiedades de un material y la influencia que sobre la mismas ejerce su composición química, los procesos en su fabricación y las transformaciones en su estructura.
- Controlar y estudiar el comportamiento de los materiales en servicio.
- Ensayar piezas que han fallado en servicio, tratando de hallar sus causas y forma de evitarlas.
- Obtener valores de resistencia que sirvan de base al cálculo y elección de los materiales más adecuados para su utilización.
Todos estos objetivos se consiguen mediante el uso de ensayos de tipo destructivo y no destructivo basados en los siguientes métodos:
Químicos: Su finalidad es conocer la composición química del material y su resistencia a los agentes químicos. Se realizan ensayos cualitativos y cuantitativos, siendo en general, no destructivos.
Físicos: Destinados a conocer las propiedades físicas (densidad, porosidad, propiedades térmicas, eléctricas, etc.), así como observar y medir defectos internos como grietas, coqueras, etc. Para la obtención de estas propiedades, son utilizados tanto los ensayos destructivos como los no destructivos.
Mecánicos: Son en general, destructivos y tienen por objeto:
- Determinar las características elásticas y de resistencia, según el comportamiento de probetas normalizadas sometidas a determinados esfuerzos.
- Ensayos estáticos (tracción, compresión, flexión...).
- Ensayos con tensiones múltiples.
- Ensayos de dureza.
- Ensayos dinámicos (con cargas bruscas o variables).
- Ensayos de duración (fatiga y fluencia).
- Ensayos tecnológicos (plegado, doblado, de forjado, de tubos...).
- Determinar experimentalmente las tensiones que se desarrollan en materiales o elementos constructivos, cuando se someten a esfuerzos análogos a los que tiene que soportar en servicio. Por este procedimiento, es fácil decidir el diseño más adecuado, el material o sus tratamientos.
1. ENSAYOS DESTRUCTIVOS :
Son pruebas que se les hacen a algunos materiales como el acero por ejemplo. Algunas de ellas son ensayo de tensión, flexión, compresión, etc. Se les llama destructivos porque deforman al material.
Entre los ensayos destructivos más comunes se encuentran los siguientes:
ENSAYO DE TRACCIÓN:
El ensayo consiste en someter una pieza de forma cilíndrica o prismática de dimensiones normalizadas (probeta) a una fuerza normal de tracción que crece con el tiempo de una forma lenta y continua, para que no influya en el ensayo, el cual finaliza, por lo general, con la rotura de la probeta.
ENSAYO DE COMPREPRESIÓN :
Estudia el comportamiento de un material al ser sometido a una carga progresivamente creciente de compresión. Se realiza en una máquina universal de ensayos.
ENSAYO DE FATIGA
Permite medir la resistencia que presenta un material a esfuerzos que, siendo variables en sentido y magnitud, e inferiores a los de rotura o límite elástico, puede provocar su rotura.
LÍMITE DE FATIGA: es el máximo valor de tensión al que podemos someter un material sin romperse, independientemente del número de veces que se repita la acción.
ENSAYO DE TORCIÓN
- Los ensayos de torsión resultan útiles para probar la resistencia de ejes y otras piezas que deben trabajar a torsión.
- No existen normas ni para probetas ni para los ensayos.
- La resistencia a la torsión se admite que es del 0,6 al 0,8 de la resistencia a la tracción
ENSAYO DE PLEGADO SIMPLE
Se realiza este ensayo apoyando las probetas sobre 2 puntos fijos, generalmente rodillos, y ejerciendo una presión mediante un mandril curvo u otro rodillo, hasta que la probeta se doble el ángulo deseado.
ENSAYO DE FLEXIÓN
2. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS :
Son métodos para evaluar un material, sin afectar o alterar sus características de servicio.
Por dureza se suele entender la resistencia que ofrece un material al ser rayado o penetrado por una pieza de otro material diferente.
ENSAYO POR LÍQUIDOS PENETRANTES
El ensayo por líquidos penetrantes permiten detectar imperfecciones y defectos no perceptibles mediante la inspección visual.
Nuestro personal de ensayos no destructivos por líquidos penetrantes le ayuda a detectar las discontinuidades superficiales en cualquier material no poroso. Los ensayos por líquidos penetrantes son frecuentemente aplicados en los procesos de fabricación y en la inspección en servicio:
- Inspección de soldaduras y recargues de distintos aceros.
- Inspección de preparaciones de bordes para soldadura.
- Inspección de componentes metálicos.
- Inspección de materiales plásticos no porosos.
SELECCION DE MATERIALES
Una adecuada evaluación y selección de insumos, de manera correcta y anticipada, es importante debido a que evitará que durante la fase de construcción se generen pérdidas
Construcción es el arte de construir, es decir, realizar con los elementos y maquinaria necesarios, y siguiendo un plan previamente establecido, las obras requeridas para la ejecución de una edificación, una infraestructura (puente, presa, etc), una máquina, etc, empleando los materiales adecuados y las correspondientes normas técnicas según el caso.
Partiendo de elementos simples como ladrillos, cemento, áridos, vidrio, madera, acero, plásticos, etc, y utilizando combinaciones adecuadas de los mismos.
Clasificación de los materiales.
Los materiales utilizados en construcción en una primera clasificación se pueden dividir en dos tipos generales atendiendo a su origen (Clasificación genética): naturales y artificiales.
Los materiales naturales, son aquellos que pueden ser empleados tal como se hallan en la naturaleza, labrándolos para darles la forma y dimensiones adecuadas, pero sin realizar en ellos transformación físico-química alguna.
Los materiales artificiales, son aquellos que, tras un proceso de elaboración y transformación de su composición, adquieren las características apropiadas a su uso. Se utilizan como materias primas para su obtención los materiales naturales, que modificados a base de los distintos procesos de fabricación, dan como resultado el material artificial.
Esta primera gran clasificación, se divide a su vez en dos grupos de acuerdo con la naturaleza del material, pudiendo ser de carácter orgánico o inorgánico.
Los materiales orgánicos, proceden de animales o vegetales, crecen y mueren de acuerdo a las leyes biológicas, con una forma propia definida, reproduciéndose y siendo perecederos, por lo que son necesarios tratamientos que impidan su alteración. Como ejemplo de material natural orgánico, tenemos las maderas y como artificial orgánico los plásticos.
Los materiales inorgánicos, están formados por yuxtaposición de sus moléculas, y pueden adoptar estructura vítrea o cristalina. Forman parte de este grupo las rocas y minerales utilizados vara la obtención de la mayoría de materiales artificiales. Pertenecientes a este grupo, son los materiales más importantes utilizados en construcción.
Como ejemplo de material natural inorgánico, todos los pétreos naturales y como artificial inorgánico: los cerámicos, los aglomerantes, los metales, etc.
De lo anteriormente expresado, podemos establecer clasificación de los materiales según como se indica en el cuadro, sí parece la más indicada para el estudio de los materiales de construcción.
Como ejemplo de material natural inorgánico, todos los pétreos naturales y como artificial inorgánico: los cerámicos, los aglomerantes, los metales, etc.
De lo anteriormente expresado, podemos establecer clasificación de los materiales según como se indica en el cuadro, sí parece la más indicada para el estudio de los materiales de construcción.
CLASIFICACION DE MATERIALES :
A la hora de diseñar una estructura o dispositivo, el ingeniero dispone de una amplia gama de materiales a su disposición (de 40000 a 80000), por lo que debe conocer como seleccionar los materiales o combinación de ellos, que mejor se ajusten a las demandas de su diseño o a su propósito, proporcionándole las propiedades que el requiere. Los errores pueden causar desastres.
Por tanto, el ingeniero de diseño debe:
1.- Conocer como seleccionar los materiales que mejor se ajusten a las demandas de su diseño (Económicas, estéticas, resistencia, durabilidad, etc.).
2.- Conocer las propiedades y limitaciones de los distintos tipos de materiales y seleccionar aquellos que le proporcionen valores adecuados de las propiedades que el requiere. Para ellos existen ensayos normalizados para su determinación.
A la hora de diseñar una estructura o dispositivo, el ingeniero dispone de una amplia gama de materiales a su disposición (de 40000 a 80000), por lo que debe conocer como seleccionar los materiales o combinación de ellos, que mejor se ajusten a las demandas de su diseño o a su propósito, proporcionándole las propiedades que el requiere. Los errores pueden causar desastres.
Por tanto, el ingeniero de diseño debe:
1.- Conocer como seleccionar los materiales que mejor se ajusten a las demandas de su diseño (Económicas, estéticas, resistencia, durabilidad, etc.).
2.- Conocer las propiedades y limitaciones de los distintos tipos de materiales y seleccionar aquellos que le proporcionen valores adecuados de las propiedades que el requiere. Para ellos existen ensayos normalizados para su determinación.
