propiedaes generales de los materiales

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES

PROPIEDADES GENERALES

1

1.1 GENERALIDADES

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL

1. PROPIEDADES GENERALES DE LOS

MATERIALES

2Ing. LUIS CLEMENTE

Los materiales son necesarios para el uso en infraestructuras yfabricacin de productos.

En el diseo de un objeto ha de emplearse el material que mejor seadapta a sus exigencias de uso y que resulta ms econmico.

Es necesario conocer los tipos de materiales susceptibles de serempleados.

El ser humano viene utilizando diversos materiales desde pocasancestrales, aprovechando los recursos disponibles de su entorno,

como madera, arcilla, metales, etc.

Para designar las edades prehistricas los historiadores utilizan elnombre del material que se usaba predominantemente en ellas.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL

PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES

3Ing. LUIS CLEMENTE

Edad de Piedra (hace, aproximadamente, un millnde aos)

Se utilizaba piedra y huesos para elaborar:

herramientas, hachas, arpones, flechas, hoces, etc.

Edad de Bronce (comienza aproximadamente en elao 3000 AC)

Se utiliza el bronce a partir de cobre y estao, dos

minerales relativamente fciles de obtener y fundir.

Las herramientas fabricadas en bronce eran ms

duras y ms sencillas de fabricar que las realizadas

slo con cobre.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL


4Ing. LUIS CLEMENTE

Edad de Hierro (entre los aos 1200 y 700 AC

aprox):

Para la obtencin de hierro haba que calentar el

mineral a una temperatura mucho mayor para

fundirlo.

Tena grandes ventajas: la materia prima era

abundante y ms duras las herramientas

obtenidas.

Para fundir el hierro se colocaba sobre un

agujero hecho en el suelo y se calentaba por la

parte inferior. Posteriormente, se emple una

bomba de pieles y madera para insuflar aire

del exterior, avivar el fuego y aumentar la

temperatura.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL


5Ing. LUIS CLEMENTE

poca actual:

Bien podra denominarse Edad del

Silicio, por el cambio provocado por la

electrnica basada en el silicio en la

sociedad.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL


6Ing. LUIS CLEMENTE

1.2 CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES

MATERIALES NATURALES

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL


7Ing. LUIS CLEMENTE

Se encuentran en la naturaleza.Constituyen los materiales bsicos parafabricar los dems productos.

En ocasiones estos recursos son limitados yse pueden agotar, en otras ocasiones pueden

reciclarse o reutilizarse.

El reciclado o reciclaje es una buena solucinpara preservar el medio natural y ahorrar

recursos naturales, al mismo tiempo que se

reducen costes.

Son naturales la madera, la lana, la arcilla, eloro, etc.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL


8Ing. LUIS CLEMENTE

MATERIALES ARTIFICIALES

Se obtienen a partir de otros materiales que se

encuentran en la naturaleza y no han sufrido

transformacin previa. Tambin son los

productos fabricados con varios materiales que

sean en su mayora de origen natural.

Son artificiales el concreto elaborados a partir

de arena (en un 50%; material natural), grava

(en un 30%; material natural), cemento (en un

20%; material artificial) y agua (material natural).

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL


9Ing. LUIS CLEMENTE

MATERIALES SINTETICOS

Estn fabricados por el hombre a partir de

materiales artificiales. No se encuentran en la

naturaleza ni tampoco los materiales que los

componen.

El ejemplo ms caracterstico lo constituyen

los plsticos, como la baquelita, que se

obtiene a partir de dos materiales artificiales:

formol y fenol.

Durante los ltimos cien aos se han

descubierto multitud de materiales, as como

nuevos mtodos de fabricacin (p.e. la

vulcanizacin).

1.3 PROPIEDADES FISICAS

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL


10Ing. LUIS CLEMENTE

Se puede afirmar que no existe ningn material perfecto que se pueda

emplear para la fabricacin de cualquier producto. Cada aplicacin

necesita de un material que cumpla unas caractersticas determinadas.

Ingenieros y diseadores necesitan sopesar las ventajas e

inconvenientes de cada uno de los materiales y elegir adecuadamente

aquel que mejor se adapte a las necesidades requeridas.

Para elegir adecuadamente un material es necesario conocer, entre

otras, sus propiedades sensoriales, pticas, trmicas, magnticas,

qumicas, mecnicas, etc.

La eleccin de un material se debe hacer cuidadosamente desde el

punto de vista de sus propiedades, dependiendo de la aplicacin a la

que se destine.

FORMAS Y DIMENSIONES

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



FORMAS:- Amorfos. De forma indefinida adoptan la

forma del recipiente que los contiene.

- Semi-terminados. Seccin transversal

definida y longitud variable.

- Elemento simple. Forma y

dimensiones definidas.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

EA

P C

IVIL



PESO ESPECIFICO

Se le llama peso especfico a la

relacin entre el peso de una

sustancia y su volumen.

Su expresin de clculo es:

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



POROSIDAD.

La porosidad o fraccin de huecos

es una medida de espacios vacos en

un material, y es una fraccin del

volumen de huecos sobre el volumen

total, entre 0-1, o como un porcentaje

entre 0-100%. El trmino se utiliza en

varios campos, incluyendo cermica,

metalurgia, materiales, fabricacin,

ciencias de la tierra, mecnica de

suelos e ingeniera.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



PERMEABILIDAD

Es la capacidad que tiene un material

de permitirle a un flujo que lo atraviese

sin alterar su estructura interna. Se

afirma que un material es permeable si

deja pasar a travs de l una cantidad

apreciable de fluido en un tiempo

dado.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



CAPILARIDAD

En el suelo hay millones de canales verticales que se llaman tuboscapilares. Siempre que hay un chaparrn, el agua excedente corre pordebajo de la tierra por los tubos capilares. Cuando est seco, los

mismos tubos transportan el agua a la superficie.

Los rboles tienen sus races en estos conductos capilares y con sus

races laterales ellos absorben el agua capilar cuando est caliente y

seco. As un rbol sobrevive al calor. En rocas, las grietas minsculas

casi invisibles funcionan como conductos capilares.

La capilaridad es una propiedad de

los lquidos que depende de su tensin

superficial la cual, a su vez, depende

de la cohesin del lquido y que le

confiere la capacidad de subir o bajar

por un tubo capilar.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



HIGROSCOPIA

Es la capacidad de algunas sustancias

de absorber humedad del medio

circundante. Tambin es sinnimo de

higrometra, siendo sta el estudio de la

humedad, sus causas y variaciones (en

particular de la humedad atmosfrica).

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



1.3 PROPIEDADES TERMICAS

CALOR ESPECIFICO

Es una magnitud fsica definido

como la cantidad de calor que hay

que suministrar a la unidad de

masa de una sustancia o sistema

termodinmico para elevar su

temperatura en una unidad. El

valor del calor especfico depende

del valor de la temperatura inicial.

Se le representa con la letra c

(minscula).

De forma anloga, se define la capacidad calorfica como la cantidad de

calor que hay que suministrar a toda la masa de una sustancia para

elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). Se la

representa con la letra C (mayscula).

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



DILATACIONSe denomina dilatacin trmica al

aumento de longitud, volumen o alguna otra

dimensin mtrica que sufre un cuerpo

fsico debido al aumento de temperatura

que se provoca en l por cualquier medio.

La contraccin trmica es la disminucin

de propiedades mtricas por disminucin de

la misma.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



TRANSMISION DE CALOR

Es el paso de energa trmica desde un cuerpo de mayor temperatura

a otro de menor temperatura. Cuando un objeto slido o un fluido, est

a una temperatura diferente de la de su entorno u otro cuerpo, la

transferencia de energa trmica, tambin conocida como intercambio

de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen

equilibrio trmico. La transferencia de calor siempre ocurre desde un

cuerpo ms caliente a uno ms fro, como resultado de la segunda leyde la temodinamica.

La cantidad de entropa del universo tiende a incrementarse en el tiempo

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



REFLEXION DEL CALOR

La reflexin (p) es la medida de la

capacidad de un material de reflejar la

radiacin infrarroja. Depende de las

propiedades de la superficie, la

temperatura y el tipo del material. En

general las superficies lisas y

brillantes reflejan de forma ms

intensa que las rugosas y mate del

mismo material.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



1.4 PROPIEDADES ACUSTICAS

TRANSMISION DEL SONIDO

Cuando se produce la vibracin sonora, el sonido no llega a

nuestros odos de inmediato, sino que tiene que encontrar un

camino para poder llegar. Los medios de transmision son el aire,

agua y solidos.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



REFLEXION DEL SONIDO

se refiere al fenmeno por

el cual una onda se

absorbe o regresa.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



1.5 PROPIEDADES OPTICAS

Se refiere al comportamiento de los MATERIALES en lo que respecta

a la absorcin de la luz (lo que define el color de los mismos) y a la

transmisin de la luz (en materiales transparentes y traslcidos), por

ejemplo: Fibras pticas, Celdas Solares, recubrimientos pticos,

aplicaciones a microscopa, etc.

Los Materiales PTICOS pueden ser PASIVOS y ACTIVOS.

Los ACTIVOS muestran propiedades pticas especiales en

respuesta a estmulos elctricos, mecnicos, magnticos,

pticos, etc. P.ej.: Lasers, Diodos emisores, fotodiodos,

materiales luminiscentes, visores de cristal lquido, etc.

Los PASIVOS, todo lo dems incluyendo aplicaciones inactivas de

materiales activos. Por ejemplo: Metales, Cermicos, Polmeros.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



Entre las caractersticas se encuentran:

- OPACO: Impide el paso a la luz

- TRANSLCIDO: Deja pasar la luz, pero que no deja ver ntidamente

los objetos.

- TRANSPARENTE: Dicho de un cuerpo a travs del cual pueden verse

los objetos claramente.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



COLOR

El color es una percepcin visual que segenera en el cerebro de los humanos y otrosanimales al interpretar las sealesnerviosas que le envan losfotorreceptores en la retina del ojo, que a suvez interpretan y distinguen lasdistintas longitudes de onda captan de laparte visible del espectroelectromagntico (la luz).

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



REFLEXION DE LA LUZ

es el cambio de direccin de

una onda, que al estar en contacto

con la superficie de separacin

entre dos medios cambiantes,

regresa al punto donde se origin.

Ejemplos comunes son la reflexin

de la luz, el sonido y las ondas en

el agua.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



TRANSMISION DE LA LUZ

es la cantidad de luz (energa solar) que puede pasar a travs de los

materiales para acristalamiento (vidrio, policarbonato, acrlico) de cierto

espesor. La transmisin de luz o energa solar puede ser probada de

manera objetiva utilizando las pruebas ASTM.

La unidad de medicin de luz es el nanmetro (nm). La totalidad del

espectro solar contiene varios rangos de luz (ejemplos: UV, PAR,

visible, infrarroja, etc.). A continuacin explicamos cada uno de esos

rangos.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



1.5 PROPIEDADES QUIMICAS

Elemento qumico, sustancia formada por un solo tipo de tomos(unidades que forman la materia) que no puede ser descompuesta odividida en sustancias ms simples por medios qumicos ordinarios.

Se conocen actualmente 112 tipos de tomos diferentes luegoexistiran 112 elementos qumicos. Podemos obteneraproximadamente 90 de esos elementos a partir de fuentesnaturales. El resto no aparecen de forma natural y solamente lospodemos obtener de forma artificial, bombardeando los ncleosatmicos de otros elementos con ncleos cargados o con partculasnucleares.

Dicho bombardeo puede

tener lugar en un

acelerador de partculas

(como el ciclotrn), en un

reactor nuclear o en una explosin nuclear.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



Compuesto qumico, sustancia formada por dos o ms elementosque se combinan en proporcin invariable y unidos firmementemediante enlaces qumicos. Se han identificado millones decompuestos qumicos diferentes. En algunos casos podemos aislaruna molcula de un compuesto.

Una molcula es la entidad mas pequea posible en la que semantienen las mismas proporciones de los tomos constituyentesque en el compuesto qumico.

El agua, porejemplo, estformada por trestomos dos dehidrgeno unidos aun solo tomo deoxgeno.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



ESTABILIDAD QUIMICA

Se refiere a la estabilidad termodinmica de un sistema qumico.

Ocurre cuando un sistema est en su estado de menor energa o

equilibrio qumico con su entorno. Este puede ser un equilibrio

dinmico, en donde molculas o tomos individuales cambian de

forma, pero su nmero total en una forma o estado particular se

conserva. Este tipo de equilibrio qumico termodinmico se mantendr

indefinidamente a menos que el sistema sea modificado.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



1.6 PROPIEDADES MECANICAS

La resistencia de materiales es una disciplina que estudia los

slidos deformables mediante modelos simplificados. La resistencia

de un elemento se define como su capacidad para resistir esfuerzos y

fuerzas aplicadas sin romperse, adquirir deformaciones permanentes

o deteriorarse de algn modo.

RESISTENCIA

Un modelo de

resistencia de

materiales establece

una relacin entre las

fuerzas aplicadas,

tambin llamadas

cargas o acciones, y

los esfuerzos y

desplazamientos

inducidos por ellas

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



es la energa total que absorbe un

material antes de alcanzar la rotura en

condiciones de impacto, poracumulacin de dislocaciones. Sedebe principalmente al grado de

cohesin entre molculas.

TENACIDAD

son defectos de la red cristalina de dimensin uno, es decir, que afectan a una fila de puntos de la red de Bravais.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



ELASTICIDAD

El trmino elasticidad designa la

propiedad mecnica de ciertos materiales

de sufrir deformaciones reversibles cuando

se encuentran sujetos a la accin de

fuerzas exteriores y de recuperar la forma

original si estas fuerzas exteriores se

eliminan.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



PLASTICIDAD

es la propiedad mecnica de un

material anelastico, natural, artificial,

biolgico o de otro tipo, de deformarse

permanente e irreversiblemente

cuando se encuentra sometido a

tensiones por encima de su rango

elstico, es decir, por encima de su

limite elstico.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



MALEABILIDAD

es la propiedad de un material duro de

adquirir una deformacin acuosa

mediante una descompresin sin

romperse. A diferencia de la ductilidad,

que permite la obtencin de hilos, la

maleabilidad favorece la obtencin de

delgadas lminas de material

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



DUCTIBILIDAD

Es una propiedad de algunos materiales, como las aleaciones metlicas

o materiales asflticos, los cuales bajo la accin de una fuerza, pueden

deformarse sosteniblemente sin romperse, permitiendo obtener

alambres o hilos de dicho material. A los materiales que presentan esta

propiedad se les denomina dctiles. Los materiales no dctiles se

califican como frgiles.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



FLUENCIA

Es la deformacin irrecuperable de la

probeta, a partir de la cual slo se

recuperar la parte de su deformacin

correspondiente a la deformacin

elstica, quedando una deformacin

irreversible. Este fenmeno se sita

justo encima del lmite elstico, y se

produce un alargamiento muy rpido

sin que vare la tensin aplicada.

Mediante el ensayo de traccin se

mide esta deformacin caracterstica

que no todos los materiales

experimentan.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



RIGIDEZ

es la capacidad de un elemento estructural

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.

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



DUREZA

Es la oposicin que ofrecen los materiales a

alteraciones como la penetracin, la abrasin, el

rayado, la cortadura, las deformaciones

permanentes, entre otras.

Por ejemplo: la

madera puede

rayarse con

facilidad, esto

significa que no

tiene mucha

dureza,

mientras que el

vidrio es mucho

ms difcil derayar

TE

CN

OL

OG

IA D

E L

OS

MA

TE

RIA

LE

S -

CIV

IL



ISOTROPIA

Es la caracterstica de algunos cuerpos cuyas propiedades fsicas no

dependen de la direccin en que son examinadas. Es decir, se refiere

al hecho de que ciertas magnitudes vectoriales conmensurables dan

resultados idnticos independientemente de la direccin escogida para

dicha medida. Cuando una determinada magnitud no presenta isotropa

se dice que presenta anisotropa.

propiedaes generales de los materiales

Documents