PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Propiedades de los materiales

Con objeto de utilizar y combinar adecuadamente los materiales de construcción los proyectistas deben conocer sus propiedades. Los fabricantes deben garantizar unos requisitos mínimos en sus productos, que se detallan en hojas de especificaciones. Entre las distintas propiedades de los materiales se encuentran:

• Densidad: relación entre la masa y el volumen

• Higroscopicidad: capacidad para absorber el agua

• Coeficiente de dilatación: variación de tamaño en función de la temperatura

• Conductividad térmica: facilidad con que un material permite el paso del calor

• Resistencia mecánica: capacidad de los materiales para soportar esfuerzos

• Elasticidad: capacidad para recuperar la forma original al desaparecer el esfuerzo

• Plasticidad: deformación permanente del material ante una carga o esfuerzo

• Rigidez: la resistencia de un material a la deformación

1.- Tipos de materiales

Los materiales son sustancias que, a causa de sus propiedades, resultan de utilidad para la fabricación de estructuras, maquinaria y otros productos.

Existen materiales de muy diversos tipos que, de forma muy regular, se pueden clasificar en cuatro grandes grupos:

Metales y aleaciones: hierro y acero, aluminio, cobre, níquel, titán, etc., y sus aleaciones.

Polímeros: gran desarrollo potencial. Comúnmente llamados plásticos.

Cerámicos y vidrios: vidrios, cementos, hormigones, etc.

Materiales compuestos: mezcla de materiales: madera, fibra de vidrio, fibra de carbono, polímeros rellenos.

2.- Propiedades de los materiales

Las propiedades de un material determinado se pueden clasificar en cinco grupos diferentes:

Propiedades químicas.

Propiedades físicas. Principales

Propiedades mecánicas

Propiedades estéticas y económicas

Propiedades de fabricación

Salvo las estéticas y económicas, las demás propiedades de un material dependen de su estructura interna y condicionan su comportamiento durante el proceso de fabricación, a la vez que le confieren utilidad para unas determinadas aplicaciones.

Ya que la estructura interna de un material define sus propiedades, si queremos modificar éstas habrá que variar de alguna manera su estructura interna; esto se consigue, en el caso de los metales, al alearlos entre sí o al someterlos a tratamientos térmicos, como se analiza más adelante.

3.- Propiedades químicas

Uno de los factores que limitan de forma notable la vida de un material es la alteración química que puede experimentar en procesos de oxidación o corrosión.

3.1.- Oxidación

Consiste en la cesión de electrones.

Cuando un material se combina con el oxígeno, transformándose en óxidos más o menos complejos, se dice que experimenta una reacción de oxidación. De esta forma esquemática se puede representar el proceso de oxidación de la siguiente manera:

Cuando un material se encuentra situado en una atmósfera oxidante, su superficie se oxida más o menos rápidamente; el óxido que se transforma se deposita en la parte exterior del material recubriéndolo por completo. Para que el proceso de oxidación continúe en esa situación, el material o el oxígeno deben atravesar, por difusión, la capa de óxido, que se comporta oponiéndose tanto al movimiento de los átomos de oxígeno como a los del material. Existen capas de óxidos que presentan mayor oposición a este movimiento que otras.

Cuanto mayor sea la temperatura a la que se encuentra sometido un material, mayor será la velocidad a la que se produce su oxidación, pues un aumento de temperatura activa el proceso de difusión de los átomos del material y del oxígeno en la capa del óxido.

Para aumentar su resistencia a la oxidación, el acero dulce se alea con otro material que tenga una energía de oxidación mayor y una velocidad de oxidación menor que la suya.

En ese caso, el material añadido se oxida primero debido a su mayor energía de oxidación; pero al formarse una capa de óxido el proceso de oxidación se frena, transcurriendo a partir de entonces a una velocidad muy lenta.

3.2.- Corrosión

Cuando la oxidación de un material concreto se produce en un ambiente húmedo o en presencia de otras sustancias agresivas, se denomina corrosión. Ésta es mucho más peligrosa para la vida de los materiales que la oxidación simple, pues en un medio húmedo la capa de óxido no se deposita sobre el material, sino que se disuelve y acaba por desprenderse.

La corrosión no se verifica de una manera uniforme, sino que existen determinados puntos del material donde el ataque es mayor. Esto da lugar a la formación de importantes fisuras, que pueden llegar a producir una rotura por fatiga o una fractura frágil.

4.- Propiedades físicas

4.1.- Densidad y peso específico (según autores es una propiedad mecánica)

Se denomina densidad (d) a la relación existente entre la masa de un determinado material y el volumen que ocupa. Su unidad en el S.I. es el Kg/m3. La magnitud inversa a la densidad se conoce como volumen específico.

Por su peso (Pe) se entiende la relación existente entre el peso de una determinada cantidad de materia el volumen que ocupa. Su unidad en el S.I. es el N/m3.

4.2.- Propiedades eléctricas

Todas las sustancias, en mayor o menos grado, son conductoras de la corriente eléctrica y también, según ciertas características de construcción y naturaleza, ofrecen una resistencia al paso de la corriente.

Todas estas propiedades condicionan, en muchos casos el destino de un material en concreto.

La resistencia eléctrica de un material conductor depende, entre otros factores, de su naturaleza; es decir, de la presencia de e- móviles en los átomos y de su grado de movilidad.

Tipos de ensayo para comprobar resistencia en materiales.

Descripción Funcional:

La máquina sirve para realizar los ensayos de mayor importancia en la resistencia de materiales mediante el uso de probetas, los cuales son:

Zona de Tensión: Ensayo a la resistencia de la Tracción.

Zona de Compresión: Ensayos de Compresión, Flexión y de Corte.

El movimiento necesario para las pruebas se realiza solamente en la estructura superior. La viga inferior sirve de base para la estructura y alojar el gato hidráulico. La carga generada al accionar el gato hidráulico mediante la palanca de accionamiento hace mover solidariamente la placa inferior y superior de la estructura mientras que la placa intermedia permanece quieta durante la operación. Esto hace que el espacio en la zona de tensión disminuya y en la zona de compresión aumente.

La operación de la maquina siempre es la misma. En un ensayo típico, los aditamentos y accesorios son colocados en la zona que se requiera para la prueba junto con las probetas. El volante del gato hidráulico se gira para colocar la placa inferior en la posición inicial y de apriete, momento en el cual se cierra la válvula de descompresión y se inicia el accionamiento del gato. El embolo del gato hidráulico se extiende para generar la carga, la cual es indicada por un reloj tipo Bourdon para obtener la medición de la carga ejercida. Este reloj posee dos agujas, una roja y otra negra de arrastre, las cuales son solidarias entre si y deben encontrarse para que la aguja negra arrastre la roja, así, al momento de indicar la medición más alta soportado por el material en la prueba que se esté realizando la aguja negra se queda en ese valor para ser medido con mayor precisión mientras que la aguja roja regresa a su posición original. Después de terminar el ensayo, la viga superior, la placa inferior y el gato hidráulico vuelven a su posición original abriendo la válvula de descompresión del gato hidráulico.

Descripción de las Pruebas:

Ensayo de Tracción:

Resistencia a la Tracción es la propiedad de un material para resistir a ser separado por dos fuerzas que actúan en direcciones opuestas y su medida es en PSI. Esta prueba permite determinar la ductilidad de un material midiendo la elongación de una porción de la probeta y la carga aplicada.

Ensayo de Compresión:

Resistencia a la compresión la propiedad de un material para resistir las fuerzas que tienden a aplastarlo, como por ejemplo: las arandelas, ladrillos, columnas, etc. Esta prueba permite determinar el comportamiento de los materiales dúctiles sometidos a esfuerzos de compresión calculando el límite de Fluencia a la compresión midiendo el diámetro de la probeta antes y después de aplicada la carga. Cuando el material es cargado más allá de su límite este se deforma incrementando su área lo que ayuda al material a aumentar la carga adicional que se le aplique lo que hace imposible obtener un valor definitivo máximo a la carga de compresión. Por lo general se asume que ambos valores de tensión y compresión son iguales en un material, pero si existe una diferencia, el mayor de ellos es de compresión.

Ensayo de Flexión:

Esta prueba permite obtener una medida de la rigidez del material el cual es un valor calculado que expresa la proporcionalidad entre carga y deflexión (Modulo de Elasticidad). El módulo de elasticidad es inherente de cada material y se mantiene constante por lo que generalmente puede encontrarse en tablas. También es llamado Modulo de Young y esta prueba muestra la correlación entre el modulo y rigidez del material midiendo las deformaciones que corresponden a cada incremento en la carga.

Ensayo de Cortadura:

Tensión cortante es la producida por fuerzas que actúan paralelamente al plano de la sección que las soporta, obligando a que una porción se deslice sobre la porción adyacente. Esta prueba permite encontrar de manera práctica la resistencia al corte de un material midiendo la carga a la cual se rompe la probeta.

Debe tenerse en cuenta que para cada tipo de ensayo debe de utilizarse el aditamento y los accesorios necesarios requeridos para realizar la prueba.

Materiales para la manufactura

Arena

Se emplea arena como parte de morteros y hormigones

• Arena

El principal componente de la arena es la sílice o dióxido de silicio (SiO2). De este compuesto químico se obtiene:

• Vidrio, material transparente obtenido del fundido de sílice.

• Fibra de vidrio, utilizada como aislante térmico o como componente estructural (GRC, GRP)

• Vidrio celular, un vidrio con burbujas utilizado como aislante.

Arcilla

La arcilla es químicamente similar a la arena: contiene, además de dióxido de silicio, óxidos de aluminio y agua. Su granulometría es mucho más fina, y cuando está húmeda es de consistencia plástica. La arcilla mezclada con polvo y otros elementos del propio suelo forma el barro, material que se utiliza de diversas formas:

• Barro, compactado "in situ" produce tapial

• Cob, mezcla de barro, arena y paja que se aplica a mano para construir muros.

• Adobe, ladrillos de barro, o barro y paja, secados al sol.

Cuando la arcilla se calienta a elevadas temperaturas (900ºC o más),2 ésta se endurece, creando los materiales cerámicos:

• Ladrillo, ortoedro que conforma la mayoría de paredes y muros.

• Teja, pieza cerámica destinada a canalizar el agua de lluvia hacia el exterior de los edificios.

• Gres, de gran dureza, empleado en pavimentos y revestimientos de paredes. En formato pequeño se denomina gresite

• Azulejo, cerámica esmaltada, de múltiples aplicaciones como revestimiento.

De un tipo de arcilla muy fina llamada bentonita se obtiene:

• Lodo bentonítico, sustancia muy fluida empleada para contener tierras y zanjas durante las tareas de cimentación

Piedra

La piedra se puede utilizar directamente sin tratar, o como materia prima para crear otros materiales. Entre los tipos de piedra más empleados en construcción destacan:

• Granito, tradicionalmente usado en toda clase de muros y edificaciones, actualmente se usa principalmente en suelos (en forma de losas), aplacados y encimeras. De esta piedra suele fabricarse el:

• Adoquín, ladrillo de piedra con el que se pavimentan algunas calzadas.

• Mármol, piedra muy apreciada por su estética, se emplea en revestimientos. En forma de losa o baldosa.

• Pizarra, alternativa a la teja en la edificación tradicional. También usada en suelos.

• Caliza, piedra más usada en el pasado que en la actualidad, para paredes y muros.

• Arenisca, piedra compuesta de arena cementada, ha sido un popular material de construcción desde la antigüedad.

La piedra en forma de guijarros redondeados se utiliza como acabado protector en algunas cubiertas planas, y como pavimento en exteriores. También es parte constitutiva del hormigón

• Grava, normalmente canto rodado.

Mediante la pulverización y tratamiento de distintos tipos de piedra se obtiene la materia prima para fabricar la práctica totalidad de losconglomerantes utilizados en construcción:

• Cal, Óxido de calcio (CaO) utilizado como conglomerante en morteros, o como acabado protector.

• Yeso, sulfato de calcio semihidratado (CaSO4 • 1/2H2O), forma los guarnecidos y enlucidos.

• Escayola, yeso de gran pureza utilizado en falsos techos y molduras.

• Cemento, producto de la calcinación de piedra caliza y otros óxidos.

El cemento se usa como conglomerante en diversos tipos de materiales:

• Terrazo, normalmente en forma de baldosas, utiliza piedras de mármol como árido.

• Piedra artificial, piezas prefabricadas con cemento y diversos tipos de piedra.

• Fibrocemento, lámina formada por cemento y fibras prensadas. Antiguamente de amianto, actualmente de fibra de vidrio.

El cemento mezclado con arena forma el mortero: una pasta empleada para fijar todo tipo de materiales (ladrillos, baldosas, etc), y también como material de revestimiento (enfoscado) cuando yeso y cal no son adecuados, como por ejemplo en exteriores, o cuando se precisa una elevada resistencia o dureza.

• Mortero

• Mortero monocapa, un mortero prefabricado, coloreado en masa mediante aditivos

El cemento mezclado con arena y grava forma:

• Hormigón, que puede utilizarse solo o armado.

• Hormigón, empleado sólo como relleno.

• Hormigón armado, el sistema más utilizado para erigir estructuras

• GRC, un hormigón de árido fino armado con fibra de vidrio

• Bloque de hormigón, similar a un ladrillo grande, pero fabricado con hormigón.

El yeso también se combina con el cartón para formar un material de construcción de gran popularidad en la construcción actual, frecuentemente utilizado en la elaboración de tabiques:

• Cartón yeso, denominado popularmente Pladur por asimilación con su principal empresa distribuidora, es también conocido como Panel Yeso.

Otro material de origen pétreo se consigue al fundir y estirar basalto, generando:

• Lana de roca, usado en mantas o planchas rígidas como aislante térmico.

Metálicos

Los más utilizados son el hierro y el aluminio. El primero se alea con carbono para formar:

• Acero, empleado para estructuras, ya sea por sí solo o con hormigón, formando entonces el hormigón armado.

• Perfiles metálicos

• Redondos

• Acero inoxidable

• Acero cortén

Otros metales empleados en construcción:

• Aluminio, en carpinterías y paneles sandwich.

• Zinc, en cubiertas.

• Titanio, revestimiento inoxidable de reciente aparición.

• Cobre, esencialmente en instalaciones de electricidad y fontanería.

• Plomo, en instalaciones de fontanería antiguas. La ley obliga a su retirada, por ser perjudicial para la salud.

Orgánicos

Fundamentalmente la madera y sus derivados, aunque también se utilizan o se han utilizado otros elementos orgánicos vegetales, como paja, bambú, corcho, lino, elementos textiles o incluso pieles animales.

• Madera

• Contrachapado

• OSB

• Tablero aglomerado

• Madera cemento

• Linóleo suelo laminar creado con aceite de lino y harinas de madera o corcho sobre una base de tela.

• Guadua

Sintéticos

Fundamentalmente plásticos derivados del petróleo, aunque frecuentemente también se pueden sintetizar. Son muy empleados en la construcción debido a su inalterabilidad, lo que al mismo tiempo los convierte en materiales muy poco ecológicos por la dificultad a la hora de reciclarlos.

También se utilizan alquitranes y otros polímeros y productos sintéticos de diversa naturaleza. Los materiales obtenidos se usan en casi todas las formas imaginables: aglomerantes, sellantes, impermeabilizantes, aislantes, o también en forma de pinturas, esmaltes,barnices y lasures.

• PVC o policloruro de vinilo, con el que se fabrican carpinterías y redes de saneamiento, entre otros.

• Suelos vinílicos, normalmente comercializados en forma de láminas continuas.

• Polietileno. En su versión de alta densidad (HDPE ó PEAD) es muy usado como barrera de vapor, aunque tiene también otros usos

• Poliestireno empleado como aislante térmico

• Poliestireno expandido material de relleno de buen aislamiento térmico.

• Poliestireno extrusionado, aislante térmico impermeable

• Polipropileno como sellante, en canalizaciones diversas, y en geotextiles

• Poliuretano, en forma de espuma se emplea como aislante térmico. Otras formulaciones tienen diversos usos.

• Poliéster, con él se fabrican algunos geotextiles

• ETFE, como alternativa al vidrio en cerramientos, entre otros.

• EPDM, como lámina impermeabilizante y en juntas estancas.

• Neopreno, como junta estanca, y como "alma" de algunos paneles sandwich

• Resina epoxi, en pinturas, y como aglomerante en terrazos y productos de madera.

• Acrílicos, derivados del propileno de diversa composición y usos:

• Metacrilato, plástico que en forma trasparente puede sustituir al vidrio.

• Pintura acrílica, de diversas composiciones.

• Silicona, polímero del silicio, usado principalmente como sellante e impermeabilizante.

• Asfalto en carreteras, y como impermeabilizante en forma de lámina y de imprimación

BIBLIOGRAFIA

• http://es.wikipedia.org/wiki/Material_de_construcci%C3%B3n#Propiedades_de_los_materiales

• http://materialesingeniria.wordpress.com/maquina-universal-para-pruebas-de-resistencia-de-materiales/

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