Tecnologia De Materiales

ORÍGENES

Desde sus comienzos, el ser humano ha modificado su entorno para adaptarlo a sus necesidades. Para ello ha hecho uso de todo tipo de materiales naturales que, con el paso del tiempo y el desarrollo de la tecnología, se han ido transformando en distintos productos mediante procesos de manufactura de creciente sofisticación. Los materiales naturales sin procesar (arcilla, arena, mármol) se suelen denominar materias primas, mientras que los productos elaborados a partir de ellas (ladrillo, vidrio, baldosa) se denominan materiales de construcción.

No obstante, en los procesos constructivos muchas materias primas se siguen utilizando con poco o ningún tratamiento previo. En estos casos, estas materias primas se consideran también materiales de construcción propiamente dichos.

Por este motivo, es posible encontrar un mismo material englobado en distintas categorías: por ejemplo, la arena puede encontrarse como material de construcción (lechos o camas de arena bajo algunos tipos de pavimento), o como parte integrante de otros materiales de construcción (como los morteros), o como materia prima para la elaboración de un material de construcción distinto (el vidrio, o la fibra de vidrio).

Los primeros materiales empleados por el hombre fueron el barro, la piedra, y fibras vegetales como madera o paja.

Los primeros materiales manufacturados por el hombre probablemente hayan sido los ladrillos de barro (adobe), que se remontan hasta el 13.000 a. C,1 mientras que los primeros ladrillos de arcilla cocida que se conocen datan del 4.000 a. C.1

Entre los primeros materiales habría que mencionar también tejidos y pieles, empleados como envolventes en las tiendas, o a modo de puertas y ventanas primitivas.

CARACTERÍSTICAS

Los materiales de construcción se emplean en grandes cantidades, por lo que deben provenir de materias primas abundantes y baratas. Por ello, la mayoría de los materiales de construcción se elaboran a partir de materiales de gran disponibilidad como arena, arcilla o piedra.

Además, es conveniente que los procesos de manufactura requeridos consuman poca energía y no sean excesivamente elaborados. Esta es la razón por la que el vidrio es considerablemente más caro que el ladrillo, proviniendo ambos de materias primas tan comunes como la arena y la arcilla, respectivamente.

Los materiales de construcción tienen como característica común el ser duraderos. Dependiendo de su uso, además deberán satisfacer otros requisitos tales como la dureza, la resistencia mecánica, la resistencia al fuego, o la facilidad de limpieza.

Por norma general, ningún material de construcción cumple simultáneamente todas las necesidades requeridas: la disciplina de la construcción es la encargada de combinar los materiales para satisfacer adecuadamente dichas necesidades.

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:

Propiedades físicas.

Propiedades mecánicas.

Propiedades eléctricas y magnéticas.

Propiedades ópticas.

Propiedades estéticas.

Propiedades físicas.

Las propiedades físicas se refieren a aspectos relacionadas con los fenómenos físicos que afectan a los materiales, como el calor, o las dimensiones.

Densidad.

La densidad es la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo, o dicho de otra forma la masa correspondiente a una unidad de volumen.

Material Densidad en g/Cm3

Aluminio 2,7

Latón 8,49

Plata 10,5

Hierro 7,86

La densidad se debe tener en cuenta cuando un cuerpo tiene que flotar o tener poco peso. Por ejemplo las boyas, que han de flotar se deben construir con materiales poco densos, o las piezas para aviones. Por el contrario las pesas, para básculas deberían ser bastante densas para ocupar poco espacio. También debe ser poco denso el material de embalaje.

Conductividad térmica.

Un material es un buen conductor térmico cuando deja pasar el calor con facilidad, en caso contrario, su conductividad térmica será baja. Todos los metales son buenos conductores del calor, mientras que el aire es un buen aislante térmico.

Emplearemos buenos conductores térmicos para las baterías de cocina, las sartenes, los calentadores y radiadores, para la suela de una plancha, etc. Sin embargo emplearemos malos conductores para los mangos de las sartenes y ollas, para aislar las construcciones o para aislar el calor de un horno.

Dilatación térmica.

Los materiales suelen dilatarse (aumentar de tamaño) al aumentar la temperatura y contraerse al disminuir (Coeficiente de dilatación positivo).

Los materiales con un coeficiente de dilatación negativo, aumenta de tamaño al disminuir la temperatura y disminuyen de tamaño al aumentar la temperatura.

La dilatación térmica de algunos materiales, se aprovecha para fabricar termostatos, ya que al dilatarse, separarán las láminas de un interruptor, y por lo tanto interrumpirán el suministro de energía eléctrica; cuando el dispositivo se enfría, la pieza se contrae y vuelve a conectar el circuito eléctrico. Los termostatos los podemos encontrar en las planchas, braseros, radiadores, etc.

Otra aplicación de la dilatación térmica está en la construcción de termómetros. El mercurio de un termómetro se dilata al aumentar la temperatura y marca la medida en una escala graduada.

También se aprovecha esta propiedad para encajar piezas, por ejemplo el eje de una vagón de tren con su rueda, para encajarlo dilataremos el agujero y contraeremos el eje, cuando ambas partes tengan la misma temperatura, se apretarán entre ellos.

Propiedades mecánicas.

Las propiedades mecánicas tienen que ver con el comportamiento que tienen los materiales frente a los distintos esfuerzos mecánicos a los que son sometidos. Generalmente el material se deforma temporal o permanentemente o se rompe; por lo tanto decimos que un material resiste un determinado esfuerzo, cuando no se deforma excesivamente o no se rompe.

Ante un esfuerzo una material pude tener tres respuestas: deformarse elásticamente (deformación reversible), deformarse plásticamente (deformación permanente) o romperse.

Plasticidad.

La plasticidad es la propiedad que hace que un material pueda deformarse fácilmente y de forma permanente, aplicando fuerzas de poca intensidad. El material plástico por excelencia será la plastilina; su nombre hace, por tanto referencia a esta propiedad. También reciben su nombre de esta característica los plásticos, ya que son fácilmente moldeables.

La ductilidad es un tipo determinado de plasticidad. Un material es dúctil cuando es fácilmente deformable en forma de hilos sin romperse. Un ejemplo de material dúctil es el cobre que lo pedemos transformar fácilmente en hilos.

La maleabilidad es otro tipo de plasticidad. Un material es maleable cuando es fácilmente deformable en forma de láminas sin romperse. Un ejemplo de material muy maleable es el oro, material con el que podemos fabricar láminas de tan solo una micras de grosor (pan de oro).

La plasticidad es una propiedad importante, cuando tenemos que darle a una pieza formas complejas, mediante deformación.

Resistencia a la tracción.

Un cuerpo está sometido al esfuerzo de tracción cuando sobre el actúan dos fuerzas iguales, de sentido contrario y hacia fuera del objeto.

Un cuerpo sometido a tracción se deforma alargándose y estrechándose, esto es, las caras paralelas al esfuerzo tienden a unirse, mientras que las perpendiculares tienden a separarse.

Los materiales resistentes al esfuerzo de tracción se emplearán en el diseño de piezas que tengan que soportar pesos colgados, en cables de puentes y ascensores, cadenas. Etc.

Resistencia a la compresión.

Un cuerpo se encuentra sometido a compresión, cuando sobre el actúan dos fuerzas iguales, de sentido contrario y hacia dentro del objeto.

Un cuerpo sometido a compresión se deforma acortándose y ensanchándose, esto es, las caras paralelas al esfuerzo tienden a separarse, mientras que las perpendiculares tienden a unirse. Como se ve todo lo contrario que la tracción.

Cuando sometemos un a compresión un cuerpo cuya longitud es muy grande con respecto a su sección este se flexiona curvándose, a esta deformación se le denomina pandeo.

Es necesario emplear materiales resistentes a la compresión en objetos que tienen que soportar pesos, como las patas de una silla o una mesa, los pilares, etc.

Resistencia a la flexión.

El esfuerzo de flexión es una combinación de los esfuerzos de tracción y compresión. El esfuerzo de flexión deforma los elementos de manera que se comban. Un ejemplo de flexión es una viga apoyada en uno o en los dos extremos y que soporta un peso.

Una parte de la viga estará sometida a compresión y la otra a tracción. ¿Cuales?.

Cuando un elemento se encuentra sometido a flexión, se producen una serie de tensiones transversales a lo largo de este cuerpo como consecuencia de la flexión.

Las vigas, los tablones de un andamio, el tablero de una mesa, la tabla de un trampolín, son algunos ejemplos de objetos que han de fabricarse con materiales resistentes a la flexión.

Resistencia a la torsión.

Un cuerpo

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