propiedades de los materiales de construccion

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES

Ing. Fernando Peralta Quino - 2014

CAPITULO 01

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIN

1. INTRODUCCION: Es obvio que un adecuado conocimiento de las propiedades de los materiales a utilizar es de fundamental importancia en la construccin, mantenimiento o reparacin de una obra de arquitectura o ingeniera, y conjuntamente no menos importante la etapa de diseo y proyeccin de la misma.

2. CLASIFICACIN: Si consideramos la naturaleza de las magnitudes que se analizan en las diferentes propiedades, podemos clasificarlas en fsicas, qumicas, mecnicas y tecnolgicas, haciendo la salvedad que las propiedades a estudiar en este curso, son las que interesan desde la perspectiva de la utilizacin de los materiales en la ingeniera civil, ya que obviamente las propiedades de los materiales en general constituyen un mayor nmero, pero muchas de ellas carecen de importancia en el uso de los mismos en la construccin. - Propiedades fsicas

Dimensiones, formas

Densidad y porosidad

Contenido de humedad

Absorcin

Permeabilidad

Higroscopicidad

Propiedades trmicas

Propiedades acsticas

Propiedades pticas

Propiedades elctricas

- Propiedades mecnicas

Resistencia a los esfuerzos

Tenacidad y fragilidad

Elasticidad y plasticidad

Rigidez

Dureza

Isotropa

- Propiedades tecnolgicas

Propiedades de separacin

Propiedades de agregacin

Propiedades de transformacin




2.1 PROPIEDADES FISICAS:

Pueden agruparse bajo esta denominacin genrica aquellas propiedades cuya variacin no va acompaada de una alteracin del material, que se comporta generalmente en forma pasiva frene a la accin del medio ambiente. 2.1.1 DIMENSIONES Y FORMAS

Con el trmino dimensiones nos referimos a las medidas de longitud que definen el material (por ejemplo: largo ancho espesor, etc.). Estas medidas se determinaran mediante un patrn de comparacin usando un sistema de medida dado. A partir de las medidas tambin se podrn hallar mediciones secundarias las cuales se obtendrn a travs de clculos matemticos (por ejemplo rea, volumen, momento de inercia, etc). Ejemplos:

Los ladrillos (productos de arcilla calcinada) tienen ciertas dimensiones que le da el fabricante

Figura 2.1 Un ladrillo puede ser dimensionado en largo, ancho y altura

2.1.2 DENSIDAD Y POROSIDAD:

La densidad de un material se define como la masa del mismo por unidad de volumen.

El volumen: Cabe distinguir tres tipos de volmenes que un material puede presentar en el espacio dependiendo de que consideremos el contenido o no de huecos de este.




FIGURA 2.3 Volumen del material poros y solidos

Donde: Vpa = volumen ocupado por los poros abiertos (accesibles desde el exterior) Vpc = volumen ocupado por los poros cerrados (no comunicados con el exterior) Vm = volumen ocupado por la masa del material (volumen masico) Donde se cumple que: Vt = Vpa + Vpc + Vm La suma del volumen ocupado por los poros cerrados (Vpc) y el volumen masico (Vm) se denomina comnmente volumen aparente (Vap). Vap=Vm+Vpc De esta forma tendramos tres tipos de densidades:

Densidad real

Densidad aparente

Densidad global

La porosidad es el cociente entre el volumen de poros de un slido y su volumen aparente total.

2.1.3 CONTENIDO DE HUMEDAD:

La cantidad de agua contenida en un cuerpo se expresa generalmente en la forma porcentual con respecto a su peso seco:




( )

Donde: : Contenido de humedad expresado porcentualmente : Peso del agua contenida en el material : Peso de los slidos del material El contenido de humedad influye considerablemente sobre las restantes propiedades del material (por ejemplo: en las maderas la resistencia mecnica disminuye a medida que aumenta el contenido de humedad).

2.1.4 ABSORCIN: Es la cantidad de agua que un material puede incorporar cuando se logra su saturacin. Al igual que el contenido de humedad, se expresa en forma porcentual con respecto al peso seco:

(

)

2.1.5 PERMEABILIDAD:

Es la propiedad que tienen los cuerpos a dejarse atravesar por fluidos. Un modelo para determinar la permeabilidad de un lecho de partculas empaquetadas, al que tambin se puede asimilar un material conformado, fue desarrollado por Darcy (1856) para explicar la permeacion a travs de un filtro de arena. Observo que el caudal volumtrico Q a travs del filtro de espesor L era proporcional a la diferencia de presin P, y el area de la seccin transversal A. La ecuacin de Darcy es:

Donde KD es el coeficiente de permeabilidad de Darcy.

FIGURA 2.5 Permemetro de carga constante




2.2 PROPIEDADES MECNICAS: Muchos materiales, cuando prestan servicio, estn sometidos a fuerzas o cargas. El comportamiento mecnico o las propiedades mecnicas de un material reflejan la relacin entre la fuerza aplicada y la respuesta del material (o sea, su deformacin). Algunas de las propiedades mecnicas ms importantes son la resistencia, la dureza, la ductilidad y la rigidez. 2.2.1 RESISTENCIA A LOS ESFUERZOS:

Se denomina resistencia mecnica de un material al mayor o menor grado de oposicin que presenta a las fuerzas que tratan de deformarlo. ESFUERZO: El esfuerzo se define aqu como la intensidad de las fuerzas componentes internas distribuidas que resisten un cambio en la forma de un cuerpo. El esfuerzo se define en trminos de fuerza por unidad de rea. El esfuerzo se computa sobre la base de las dimensiones del corte transversal de una pieza antes de la aplicacin de la carga, que usualmente se llaman dimensiones originales. Es importante destacar que cuando se habla de resistencia de un material es necesario indicar ante qu esfuerzo se trata (traccin, compresin, corte, flexin, torsin). El grado de resistencia se define, para la mayora de las solicitaciones, como el cociente entre el esfuerzo que se ejerce sobre el cuerpo y la seccin (superficie) que soporta dicho esfuerzo. Las unidades, por lo tanto, son de fuerza por unidad de superficie. Por ejemplo: kg/cm2, ton/cm2, Pa (Pa = Pascal = Newton / m2), etc.

FIGURA 2.6 Los diferentes tipos de esfuerzos que puede tener un objeto

ESFUERZO DE COMPRESION: La resistencia a la compresin es el mximo esfuerzo de compresin que un material es capaz de desarrollar. Con un material quebradizo que falla en compresin por ruptura, la resistencia a la compresin posee un valor definido.

FIGURA 2.8 Ensayo de compresin




ESFUERZO DE TRACCIN: Se denomina traccin al esfuerzo interno a que est sometido un cuerpo por la aplicacin de dos fuerzas que actan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo. Un cuerpo sometido a un esfuerzo de traccin sufre deformaciones positivas (estiramientos) en ciertas direcciones por efecto de la traccin. Sin embargo el estiramiento en ciertas direcciones generalmente va acompaado de acortamientos en las direcciones transversales.

FIGURA 2.9 Ensayos de traccin en el acero, vidrio y hormign

ESFUERZO DE TORSIN: Un cuerpo est sometido a torsin cuando se intentan girar sus extremos en sentidos opuestos. Sus secciones tienden a tomar movimientos de rotacin en sentidos opuestos. Si la fuerza es suficiente, tambin se produce el desgarro o cortadura. Se encuentran sometidos a torsin todos los ejes que transmiten movimientos de giro: los destornilladores, las llaves de una cerradura, etc.

FIGURA 2.10 Esfuerzo de torsin en un objeto

ESFUERZOS DE FLEXIN: En ingeniera se denomina flexin al tipo de deformacin que presenta un elemento estructural alargado en una direccin perpendicular a su eje longitudinal. El trmino "alargado" se aplica cuando una dimensin es dominante frente a las otras. Un caso tpico son las vigas, las que estn diseadas para trabajar, principalmente, por flexin. Igualmente, el concepto de flexin se extiende a elementos estructurales superficiales como placas o lminas.




FIGURA 2.11 ESFUERZO DE FLEXIN: se puede observar que en la parte superior de la viga existe un esfuerzo de compresin y la parte inferior

tiene un esfuerzo de traccin.

La flexin es, pues, un esfuerzo compuesto o combinado, de traccin y compresin. El acero y la madera cumplen esta condicin y ambos arrojan valores de resistencia a la compresin terriblemente semejantes a los de la traccin, aunque entre ambos materiales las cifras sean bastante disimiles. El concreto armado se adapta an mejor a estas exigencias, puesto que en l pueden ubicarse las armaduras de acero de preferencia en las zonas traccionadas, dejando el concreto solo la principal responsabilidad de las zonas comprimidas. Por estas razones, slo es posible utilizar en los edificios vigas de madera, de acero y de concreto armado.

2.2.2 TENACIDAD Y FRAGILIDAD: Se define como tenacidad a la medida de la energa requerida para hacer fallar un material. Difiere de la resistencia, que es la medida del esfuerzo requerido para alcanzar la rotura. Esta cantidad de energa est asociada con la deformacin que sufre el material antes de romperse por lo que, a los fines prcticos, podemos decir que un material es tenaz cuando admite una gran deformacin antes de la rotura. La capacidad de presentar gran deformacin antes de la rotura suele expresarse usualmente adems como ductilidad. Por el contrario, entendemos por fragilidad la propiedad de los materiales de romperse con una pequea deformacin (es decir cuando se requiere una menor cantidad de energa para alcanzar la rotura).




FIGURA 2.12 Grfica de esfuerzo vs deformacin del comportamiento de

un material frgil (rojo) y el de un material tenaz (azul).

2.2.3 ELASTICIDAD Y PLASTICIDAD: Los materiales sometidos a esfuerzos sufren deformaciones. Si al suprimirse el esfuerzo que produjo la deformacin sta desaparece, se dice que el material es elstico. Por lo tanto la elasticidad es la capacidad de un material de recuperar su forma inicial luego de sufrir una deformacin. En rigor no existen materiales que sean perfectamente elsticos, ya que al recuperarse las deformaciones producidas queda una cierta parte llamada deformacin permanente o residual. Sin embargo cuando estas deformaciones residuales son de magnitud suficientemente reducida el material es considerado elstico dentro de ciertos lmites. La plasticidad es el concepto contrario al de elasticidad: un material es plstico cuando mantiene la deformacin despus de haber eliminado el esfuerzo que la produjo (sin que se note prdida apreciable de cohesin en el material, es decir sin que sobrevenga la rotura). En funcin de los conceptos anteriores se habla de deformaciones elsticas y deformaciones plsticas. En general, en un proceso de carga continua de un material se presenta un perodo o zona de deformaciones elsticas seguido por un perodo plstico.

FIGURA 2.13 Grfica de esfuerzo vs deformacin de las regiones que puede

llegar un material plstico antes de la rotura




2.2.4 LA RIGIDEZ: La rigidez tiene que ver con la magnitud o importancia de la deformacin que ocurre bajo la accin de los esfuerzos dentro del perodo de deformaciones elsticas. La rigidez se mide por el mdulo de elasticidad; cuanto mayor es este coeficiente ms rgido es el material (indica que se requiere un mayor esfuerzo para lograr una determinada deformacin). La rigidez es la capacidad de un objeto material para soportar esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones y/o desplazamientos. Los coeficientes de rigidez son magnitudes fsicas que cuantifican la rigidez de un elemento resistente bajo diversas configuraciones de carga. Normalmente las rigideces se calculan como la razn entre una fuerza aplicada y el desplazamiento obtenido por la aplicacin de esa fuerza.

*No existe ninguna medida de la rigidez en el perodo plstico.

2.3 PROPIEDADES TECNOLOGICAS:

Las propiedades tecnolgicas son aquellas que definen el comportamiento de un material frente a las diferentes aplicaciones. Estas propiedades resultan de la combinacin de algunas de sus propiedades fsicas. Dentro de las propiedades tecnolgicas podemos encontrar las siguientes: 1. Ductibilidad 2. Maleabilidad 3. Colabilidad 4. Forjabilidad 5. Mecanibilidad 6. Resistencia al desgaste 2.3.1 DUCTIBILIDAD

Es la capacidad que tiene algunos emateriales para extenderse en hilos. Capacidad que presenta un material para ser deformado mediante esfuerzo de traccin permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material. Plata, plomo, aluminio, acero.




FIGURA 2.3.1 el acero es un material dctil del cual se puede obtener los

alambres de acero.

2.3.2 MALEABILIDAD Capacidad que presenta un cuerpo de ser deformado mediante esfuerzos de compresin, transformndose en lminas. Esta propiedad que permite que un material que se deforme mediante martilleo, rolado o prensado, sin romperse. La maleabilidad, se aumenta normalmente cuando el material est caliente. Los metales ms maleables, en orden de mayor a menor maleabilidad son: oro, plata, platino, cobre, estao, plomo, cinc, hierro, nquel.

FIGURA 2.3.2 Deformacin de un material mediante el rolado

2.3.3 COLABILIDAD Es la capacidad de un metal fundido para producir piezas fundidas completas y sin defectos. Para que un metal sea colable o fusible debe poseer gran fluidez para poder llenar completamente el molde.

2.3.4 FORJABILIDAD: Es la propiedad de deformacin mediante golpes cuando el material se encuentra a una temperatura relativamente elevada.

propiedades de los materiales de construccion

Documents

Transcript of propiedades de los materiales de construccion