TEMA DE INVESTIGACIÓN

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES

PROFESOR:

LUIS GUILLERMO NEVADO ROJAS

AUTORES:

- ANGULO LUNA, LUIS JESUS

- BERROSPI VARGAS JHERSON

- CASQUI EGUAVIL RENZO

- ISIDRO AGUIRRE SAMUEL

- MAYLLE ADRIANO YABETH

- PAUCAR PALOMINO JAIME

- PRADO NINAMANGO JOSÉ MIGUEL

- RODRIGUEZ DAMIAN ISABEL

ESCUELA ACADÉMICO-PROFESIONAL

INGENIERÍA CIVIL

CICLO IV

LIMA, SETIEMBRE DE 2013

“PROPIEDADES DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN”

1. NECESIDAD DE SU CONOCIMIENTO

Es obvio que un adecuado conocimiento de las propiedades de los materiales a utilizar es de fundamental importancia en la construcción, mantenimiento o reparación de una obra de arquitectura o ingeniería. Pero no menos importante es este aspecto en la etapa de diseño y proyecto de la misma.

El desconocimiento o conocimiento imperfecto de las posibilidades y limitaciones de los materiales a utilizar (es decir de sus propiedades) puede traducirse en una imposibilidad de ejecutar correctamente el diseño previsto y, por lo tanto, en el abandono parcial o total del proyecto.

Por otra parte el desconocimiento o el conocimiento imperfecto de las propiedades de los materiales traen como consecuencia la limitación del proyectista para el desarrollo de su idea, dada su inseguridad sobre las posibilidades de realización de su concepción y la performance en servicio de la obra.

2. CLASIFICACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Podemos clasificarlas en físicas, químicas, mecánicas y tecnológicas, haciendo la salvedad que las propiedades a estudiar son las que interesan desde la perspectiva de la utilización de los materiales en la construcción y arquitectura, ya que obviamente las propiedades de los materiales constituyen un número mayor.

Propiedades físicas:

Dimensiones, formas Densidad y/o peso específico Porosidad Contenido de humedad Absorción Permeabilidad Higroscopicidad Propiedades térmicas Propiedades acústicas Propiedades ópticas Propiedades eléctricas

Propiedades químicas:

Composición química Resistencia a la corrosión y a la oxidación Estabilidad química

Propiedades mecánicas:

Resistencia a los esfuerzos Elasticidad y plasticidad Ductibilidad y maleabilidad Tenacidad y fragilidad Fatiga y maquinabilidad Rigidez y dureza Colabilidad y Acritud

Propiedades tecnológicas:

Propiedades de separación Propiedades de agregación Propiedades de transformación

3. PROPIEDADES MECÁNICAS

3.1 Resistencia a los esfuerzos

Se denomina resistencia mecánica de un material al mayor o menor grado de oposición que presenta a las fuerzas que tratan de deformarlo. Es importante destacar que cuando se habla de resistencia de un material es necesario indicar ante que esfuerzo se trata (tracción, compresión, corte, flexión, torsión). El grado de resistencia se define, para la mayoría de las solicitaciones, como el cociente entre el esfuerzo que se ejerce sobre el cuerpo y la sección (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.

3.2 Elasticidad y plasticidad

Los materiales sometidos a esfuerzos sufren deformaciones. Si al suprimirse el esfuerzo que produjo la deformación ésta desaparece, se dice que el material es elástico. Por lo tanto la elasticidad es la capacidad de un material de recuperar su forma inicial luego de sufrir una deformación.

En rigor no existen materiales que sean perfectamente elásticos, ya que al recuperarse las deformaciones producidas queda una cierta parte llamada deformación permanente o residual. Sin embargo cuando estas deformaciones residuales son de magnitud suficientemente reducida el material es considerado elástico dentro de ciertos límites.

Ejemplo: Si una carga de tensión dentro del rango elástico es aplicada, las deformaciones axiales elásticas resultan de la separación de los átomos o moléculas en la dirección de la carga; al mismo tiempo se acercan más unos a otros en la dirección transversal. Para un material relativamente isotrópico (no dependen de la dirección en que son examinadas) tal como el acero, las características de esfuerzo y deformación son muy similares irrespectivamente de la dirección de la carga (debido al arreglo errático de los muchos cristales de que está compuesto el material), pero para materiales anisotrópicos, tales como la madera, estas propiedades varían según la dirección de la carga.

La plasticidad es el concepto contrario al de elasticidad: un material es plástico cuando mantiene la deformación después de haber eliminado el esfuerzo que la produjo (sin que se note pérdida apreciable de cohesión en el material, es decir sin que sobrevenga la rotura).

Ejemplo: Muchos metales son conformados en caliente, por ejemplo, la laminación de perfiles de acero estructural y el forjado de ciertas partes para máquinas; los metales como el hierro fundido se moldean en estado de fusión; la madera se flexiona mejor mientras está seca y caliente.

En función de los conceptos anteriores se habla de deformaciones elásticas y deformaciones plásticas. En general, en un proceso de carga continua de un material se presenta un período o zona de deformaciones elásticas seguido por un período plástico.

3.3. Ductibilidad y Maleabilidad

La ductilidad es la propiedad de los materiales que le permiten ser estirados a un grado considerable antes de romperse y simultáneamente sostener una carga apreciable. Se dice que un material no dúctil es quebradizo, esto es, se quiebra o rompe con poco o ningún alargamiento.

Ejemplo: La ductilidad del acero es muy deseable para un hormigón armado en todos los casos e imprescindible en las situaciones de estructuras sometidas a fuerzas sísmicas, dinámicas, de impacto, etc. Una de las razones que ejemplifican la necesidad de la ductilidad es la posibilidad de efectuar la redistribución de momentos en elementos continuos a flexión como

vigas y forjados, lo cual permite un mayor aprovechamiento del hormigón y el acero, puesto que las zonas más solicitadas son capaces de transferir el esfuerzo a zonas colindantes menos solicitadas. Cuando una estructura dúctil está próxima al colapso advierte de su situación experimentando grandes deformaciones e importante fisuración.

La maleabilidad es la propiedad de un material sólido de adquirir una deformación metálica mediante una compresión sin fracturarse. La maleabilidad es la propiedad que presentan algunos materiales de poder ser descompuestos en: láminas sin que el material en cuestión se rompa, o en su defecto, extendidos.

Ejemplo: los metales maleables son; el estaño, el cobre, el aluminio, entre otros. Principalmente este tipo de metales suelen ser muy empleados a la hora de las soldaduras. Por otra parte, los metales maleables tienen otra ventaja, que es que presentan una escasa reacción, entonces, son muy poco plausibles de ser afectados por cuestiones como la corrosión o el óxido.

3.4 Tenacidad y fragilidad

Se define como tenacidad a la medida de la energía requerida para hacer fallar un material. Difiere de la resistencia, que es la medida del esfuerzo requerido para alcanzar la rotura. Esta cantidad de energía está asociada con la deformación que sufre el material antes de romperse por lo que, a los fines prácticos, podemos decir que un material es tenaz cuando admite una gran deformación antes de la rotura.

Ejemplo: El acero es el mas tenaz de los metales y el plomo es el menos tenaz. La tenacidad se define como la cantidad de energía que puede absorber un material antes de quebrarse.Los ejes de las ruedas de los aviones están fabricados con aleaciones de aceros muy tenaces. Otros materiales tenaces tenemos el Granito, Hierro, Caliza y Hormigón armado

Por el contrario, entendemos por fragilidad la propiedad de los materiales de romperse con una pequeña deformación (es decir cuando se requiere una menor cantidad de energía para alcanzar la rotura).

Ejemplo: el vidrio y los cerámicos son materiales considerados como frágiles porque no tiene flexibilidad

3.5 Fatiga y Maquinabilidad

La fatiga es la resistencia a la rotura por un esfuerzo de magnitud o sentido variable. Deformación de los materiales sometidos a cargas variables, algo inferiores a la rotura.

Ejemplo. Los alambres de construcción, flexionándolo repetidamente se rompe con facilidad, pero la fuerza que hay que hacer para romperlo en una sola flexión es muy grande. La fatiga es una forma de rotura que ocurren estructuras sometidas a tensiones dinámicas y fluctuantes (puentes, automóviles, aviones, etc.).

La maquinabilidad es la facilidad que tiene un cuerpo de dejarse cortar por arranque de virutas. Se les llama materiales maquinables, a los materiales que no son frágiles o quebradizos al aplicarles el corte del maquinado, que es un proceso de formado mecánico en frío mediante la aplicación de corte superficial y profundo por medio de máquinas u herramientas. Para la aplicación del corte superficial, existen muchas máquinas herramientas diferentes, para cada aplicación de maquinado que se requiera: tornos, fresadoras, taladradoras, rectificadoras, serradoras, entre otras.

Ejemplo: en general todos los aceros al carbono sin tratamiento térmico de endurecimiento, los aceros inoxidables austeníticos, los aceros inoxidables ferríticos, los aceros de alta o baja aleación sin tratamiento térmico de endurecimiento, todas las aleaciones de cobre (bronces y latones) no estructurales, todos los aluminios, todas las maderas, casi todos los materiales poliméricos llamados plásticos de ingeniería.

3.6 Rigidez y Dureza

La rigidez tiene que ver con la magnitud o importancia de la deformación que ocurre bajo la acción de los esfuerzos dentro del período de deformaciones elásticas. La rigidez se mide por el módulo de elasticidad; cuanto mayor es este coeficiente más rígido es el material (indica que se requiere un mayor esfuerzo para lograr una determinada deformación). No existe ninguna medida de la rigidez en el período plástico. En ingeniería civil, la rigidez es la capacidad de un elemento estructural para soportar esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones y/o desplazamientos.

Ejemplo: La rigidez axial de un prisma o barra recta, como por ejemplo una viga o un pilar es una medida de su capacidad para resistir intentos de alargamiento o acortamiento por la aplicación de cargas según su eje.

La dureza indica la resistencia a la penetración que tienen los materiales sólidos en su superficie. La dureza es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes; entre otras. También puede definirse como la cantidad de energía que absorbe un material ante un esfuerzo antes de romperse o deformarse.

Ejemplo: la madera puede rayarse con facilidad, esto significa que no tiene mucha dureza, mientras que el vidrio es mucho más difícil de rayar. El mineral más duro es el diamante y el menos duro el talco.

3.7 Colabilidad y Acritud

Colabilidad, propiedad que tiene relación con la fluidez que adquiere un material una vez alcanzada la temperatura de fusión. Tiene gran importancia en procesos de fundición, en los cuales a través del vertido de metal fundido sobre un molde hueco, por lo general hecho de arena, se obtienen piezas metálicas.

Ejemplo: La fabricación de los objetos metálicos para la construcción, para las partes de un auto, para metales alcantarillado con gran ductilidad, dureza, etc. Y también al momento de soldar un metal

Acritud, aumento de la dureza y de la resistencia mecánica, pero también de la fragilidad de un material, al someter al material a un determinado proceso. A un material con una elevada acritud se le denomina agrio.

Ejemplo: En la colocación de aditivos en el concreto para lograr mayor resistencia.

4. 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.

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:

5. MATERIALES EMPLEADOS EN LA CONSTRUCCIÓN

MATERIALES PÉTREOS

PROPIEDADES APLICACIONES

Roca caliza (carbonato cálcico)

Permeable al agua. Menos resistencia y durabilidad que el resto de los materiales pétreos.

Muros de edificios. Fabricación de cemento.

MármolPresenta una gama muy variada de colores. Se puede tallar, tornear o pulir, por lo que adquiere un bonito acabado.

Suelos. Recubrimiento de paredes. Ornamentación en paredes y fachadas.

Granito (cuarzo, feldespato y mica)

Puede tener varias coloraciones: gris, negro, amarillo, rojizo o verde.

Fabricación de hormigón. Pavimentos. Muros de edificios. Encimeras de cocina.

Pizarra (arcilla, cuarzo, mica y feldespato)

Estructura laminar, por lo que se corta bien en forma de losetas. Se presenta en diferentes colores: negro, verde, gris o azul. Impermeable.

Cubiertas de edificios.

ÁridosEn este grupo entran las arenas y las gravas.

Pavimentos de carreteras. Elaboración de mortero y hormigón.

MATERIAL AGLUTINANTES

PROPIEDADES APLICACIONES

YesoMuy abundante. Al mezclarse con agua, se endurece (fragua) en poco tiempo. Buen acabado (en forma de escayola)

Recubrimiento de techos y paredes. Molduras (escayola). Tabiques. Muebles.

Cemento (yeso, caliza y arcilla)

Al mezclarse con agua, se endurece (fragua) en poco tiempo.

Fabricación de mortero y hormigón. Recubrimiento de paredes (enfoscados). Suelos.

MATERIALES CERÁMICOS Y

VIDRIOSPROPIEDADES APLICACIONES

Baldosas y azulejosBuen acabado, con superficie lisa. Duros.

Suelos. Recubrimiento de paredes.

Ladrillos refractariosDuros. Resistentes a las elevadas temperaturas.

Hornos. Chimeneas.

Loza sanitaria Dura. Muy resistente a la corrosión. Saneamientos de baños.

VidrioTransparente. Muy resistente a la compresión. Resistente a la corrosión. Aislante eléctrico. Frágil.

Ventanas, puertas Fachadas de edificios. Laboratorios. Vasos, platos. Decoración.

Lana de vidrioExcelente aislante térmico. Excelente aislante acústico.

Capa aislante en muros.

Ladrillos Duros. Baratos. Muros. Fachadas.

Bovedillas Resistentes a la flexión. Baratas. Entresuelos.

Tejas Duras. Baratas. Impermeables. Tejados.

MATERIALES COMPUESTOS

PROPIEDADES APLICACIONES

Mortero (cemento, arena, y agua)

Fácil de elaborar. Se endurece (fragua) al poco tiempo.

Aglutinante para pegar ladrillos, baldosas, etc.

Hormigón (cemento, arena, agua y grava)

Se endurece (fragua) al poco tiempo. Resistente al fuego. Duradero. Resistente a la compresión. Resistente a la tracción (hormigón armado). Muy resistente a la tracción (hormigón pretensado). Se puede hacer en la obra.

Fabricación de hormigón armado. Vigas. Pilares. Cimientos. Estructuras en general.

Mezclas asfálticas (alquitrán y áridos)

ImpermeablesAglutinantes. Pavimentos en carreteras. Recubrimientos de patios y tejados.