semana 1

PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES 

Generalidades :

Las propiedades de los materiales de construcción determinan su función en la arquitectura, no solo la estética rige a la hora de decidir si un material pétreo es bueno para exterior, las propiedades eléctricas de los materiales, su resistencia, o su porosidad son fundamentales para decidir si son aptos o no para un proyecto determinado.

Propiedades físicas :

Pueden agruparse bajo esta denominación genérica aquellas propiedades cuya variación no va acompañada de una alteración del material, que se comporta generalmente en forma pasiva frente a la acción del medio que lo rodea.

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.

 Densidad y/o peso específico

 A los fines prácticos de esta materia no haremos en adelante distinciones entre la masa (propiedad intrínseca de la materia, independiente del marco de referencia) y el peso de un cuerpo (fuerza correspondiente a la acción de un campo gravitatorio sobre la masa del mismo). Hecha esta salvedad, en lo sucesivo asumiremos como “sinónimos” a los conceptos densidad y peso específico de un material.

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. Para calcular la densidad de un material será necesario determinar sobre una porción del mismo el peso (con una balanza) y el volumen.

 Si el volumen responde a una forma geométrica conocida podemos medir sus dimensiones y calcular luego su volumen. Si, en cambio, la forma no es regular se determina su volumen mediante el desplazamiento de un líquido en aparatos llamados volumenómetros o mediante el principio de Arquímedes, pesando el cuerpo sumergido en agua u otro líquido.

 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.

 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

La 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 paso del agua a través de un material puede producirse por capilaridad, por presión o por ambas causas combinadas.

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 solido y hacer subir por sus paredes hasta cierto limite el liquido que las moja como el agua , y de repeler y formar a su alrededor un hueco o vacio con el liquido que no moja como el mercurio .

Higroscopicidad

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

propiedades térmicas

Calor especifico:

El calor especifico es la cantidad de calor que se necesita por unidad de masa para elevar la temperatura un grado celsius.

Dilatación 

La experiencia muestra que los sólidos se dilatan cuando se calienta y se contraen cuando se enfrían .

la dilatación y la contracción ocurren en tres dimensiones : largo, ancho, alto.

la variación en las dimensiones de un solido causada por calentamiento (se dilata) o se enfriamiento (se contrae) se le denomina dilatación térmica.

transmisión de calor 

puede transmitirse de tres maneras :

Conducción

Es la más sencilla de entender, consiste en la transferencia de calor entre dos puntos de un cuerpo que se encuentran a diferente temperatura sin que se produzca transferencia de materia entre ellos.

Radiación

Es el calor emitido por un cuerpo debido a su temperatura, en este caso no existe contacto entre los cuerpos, ni fluidos intermedios que transporten el calor. Simplemente por existir un cuerpo A (sólido o líquido) a una temperatura mayor que un cuerpo B existirá una transferencia de calor por radiación de A a B.

Para que este fenómeno se perciba es necesario un cuerpo a una temperatura bastante elevada ya que la transferencia térmica en este caso depende de la diferencia de temperaturas a la cuarta potencia: Ta4-Tb4

Convección

En este sistema de transferencia de calor interviene un fluido (gas o líquido) en movimiento que transporta la energía térmica entre dos zonas.

La transmisión de calor por convección puede ser:

• Forzada: A través de un ventilador (aire) o bomba (agua) se mueve el fluido a través de una zona caliente y éste transporta el calor hacía la zona fría.

• Natural: El propio fluido extrae calor de la zona caliente y cambia su densidad haciendo que se desplace hacía la zona más fría donde cede su calor.

Propiedades acústicas :

El sonido se origina por vibraciones que pueden propagarse en el aire o a través de los cuerpos. Al chocar contra un cuerpo puede ser reflejado, absorbido, o ambas cosas a la vez. La determinación del poder reflectante y la capacidad de disipación y transmisión sonora de los materiales se efectúan con el objeto de controlar y regular su intensidad en los ambientes.

transmisión del sonido

Todos ellos absorben, transmiten o reflejan el sonido cuando las ondas sonoras impactan contra ellos. En principio es algo evidente, sin embargo, cuando los fabricantes e instaladores se refieren a estas propiedades dan un valor específico a cada una de las cualidades de éstos a la hora de transmitir o impedir la transmisión del sonido.

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 sentido contrario.
• para que esto ocurra ,el objeto debe ser rígido.
• este defecto se  le conoce como eso.
• para evitar este efecto, las superficies dentro del local deben ser lo mas blandas posible.

Propiedades ópticas

Las  Propiedades ópticas de los materiales son las que se ponen de manifiesto al incidir sobre ellos la luz. Las propiedades ópticas y/o estéticas se pueden definir también como aquellas que se perciben con el sentido de la vista.

Color.- 

Al ingeniero le  interesa el color como componente arquitectónico del diseño de las estructuras y es usado como elemento decorativo.

Además permite realizar las combinaciones de figura y fondo de los panoramas elevados o isométricos de una obra, también mejora la visualización de los tonos de luz y sombra en el diseño.

Reflexión de la luz.- 

La luz al igual que el color y el sonido es un fenómeno vibratorio de frecuencias y velocidades relativas según la superficie donde se desplaza.

Transmisión de la luz.- 

Estudia la cantidad y forma, de luz que pasa a través de un cuerpo, su modificación y composición, depende del ángulo de incidencia y volumen de la superficie que atraviesan haciendo que cambie de dirección y velocidad generando la impresión del color sobre el material. A estos fenómenos se les conoce como Refracción y Difracción de la luz.

Propiedades químicas 

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.

 Resistencia a la corrosión y a la oxidación

Los materiales tienen la característica de deteriorarse por la acción del tiempo y de los agentes naturales o artificiales que los rodean. Esta acción hace que las propiedades originales del material vayan cambiando paulatinamente. Entre las causas de deterioro se destacan la oxidación y la corrosión

La  oxidación es producida por la acción del oxígeno sobre los metales, fenómeno que se intensifica con la temperatura, o sea que la oxidación es un fenómeno químico. Se origina una película de óxido sobre la superficie del metal; si esta película es cerrada (no porosa) se transforma en una capa protectora que impide el avance de la oxidación: es lo que sucede con el aluminio. En cambio si la película de óxido es porosa, el oxígeno penetra carcomiendo los niveles interiores, como en el caso del hierro.

La corrosión se distingue de la oxidación por que el agente intensificador es la electrólisis (mecanismo que se desarrolla al entrar en acción el agua, generalmente proveniente de la humedad ambiente), con lo cual la corrosión es un fenómeno electroquímico.

Estabilidad química

En general es una propiedad más importante que la anterior . Interesa la resistencia que opone un material al ataque de los agresivos químicos o de la acción ambiental, que pudieran alterar otras propiedades tales como la resistencia a los esfuerzos mecánicos, el pulimento, el color, etc. No siempre la inestabilidad química es distintiva de un proceso perjudicial, ya que precisamente la inestabilidad bajo ciertos estados es lo que caracteriza a determinados materiales de construcción como los aglomerantes.

Propiedades mecánicas

Resistencia.- Es una medida del esfuerzo necesario para romper un material.

Esta dada por la siguiente formula:

R=F/A   (Kg/cm²⁾

• Resistencia a la tracción: cuando las fuerzas aplicadas a un cuerpo tienden a producir alargamiento en las fibras del cuerpo.

• Resistencia a la compresión: consiste en aplicar las cargas para acortar la distancia del material.

Tenacidad.- Es una medida de la energía necesaria para romper un material.

Elasticidad.- Es la propiedad de recuperar su forma y dimensiones cuando la fuerza deja de actuar.

Plasticidad.- Es la propiedad de mantener la deformación permanente después de desaparecer la carga.

Isotropía.- Esta relacionada con la elasticidad. Es la propiedad de la cual las condiciones o características de elasticidad se manifiesta de igual medida en cualquier dirección donde se presenta la deformación.

Rigidez.- se dice que una parte estructural es rígida si soporta un gran esfuerzo con una deformación relativamente pequeña. El modulo de elasticidad de un material es una medida de su rigidez.

Dureza.- Resistencia de un material a la penetración de su superficie.

Ductilidad.- Es la deformación plástica antes de la ruptura, puede expresarse como Elongación. También tiene que ver con la reducción del área de los materiales en el punto de fractura. Los materiales altamente dúctiles se reducen mucho en su sección transversal antes de romperse. Está reducción del área es una medida de “Contracción” Plástica.

Maleabilidad.- se refiere a la capacidad de un material para ser conformado en láminas delgadas sin romperse. Ejemplo, 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.