UCV

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES

SEMESTRE 2013 – II

1 Sesión: LOS MATERIALES

HUARAZ

2013

Docente: Ing. Erika M. Mozo Castañeda

UNIVERSIDAD CESAR VALLEJO – HUARAZ ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES

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INTRODUCCIÓN

Este módulo constituye un esfuerzo por poner al alcance de los alumnos de la Universidad Cesar

vallejo, de la especialidad de ingeniería civil los conocimientos teóricos y las diferentes aplicaciones

de los materiales utilizados en la industria de la construcción de esta manera contribuir en difundir

su uso correcto considerando sus propiedades y características particulares de los materiales de

construcción.

En la presente sesión vamos a ver a grandes rasgos algunos conceptos que integran la materia de

Tecnología de los Materiales, los cuales nos servirán para poder tener en claro algunas ideas que nos

servirán para tener una comprensión más clara de dicha materia, así mismo nos permitirá

familiarizarnos con la industria del acero sus tratamientos y aplicaciones a la industria y a la vida

diaria, algunos de los conceptos que trataremos será: Historia de los materiales y su evolución a

través de loa años, veremos que esto ha ejercido cierta influencia en las sociedades de todo el

mundo, veremos la clasificación de los materiales como son los metales, cerámicos y los plásticos, así

también veremos las propiedades de dichos materiales y el cómo conocerlas nos permite trabajar de

una manera más eficiente con ellos, el cómo conocer la estructura interna de los materiales nos

permite darles un mejor uso, a lo largo de este curso se podrán ver muchos conceptos que en su

totalidad nos permiten asimilar como la industria de los materiales ha progresado y que aun los

ingenieros hoy en día trabajan con el único fin de descubrir nuevos materiales y reinventar los ya

conocidos con el fin de mejorar la economía y poder aprovechar de manera óptima los recursos que

se tienen a la mano.

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TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES

I. TECNOLOGIA DE LOS MATERIAES

1. HISTORIA DE LOS MATERIALES

Los materiales son las sustancias que componen cualquier cosa o producto .Desde el

comienzo de la civilización, los materiales junto con la energía han sido utilizados por el

hombre para mejorar su nivel de vida. Como los productos están fabricados a base de

materiales , estos se encuentran en cualquier parte alrededor nuestro .Los más comúnmente

encontrados son madera , hormigón , ladrillo , acero , plástico , vidrio , caucho , aluminio ,

cobre y papel . Existen muchos más tipos de materiales y uno solo tiene que mirar a su

alrededor para darse cuenta de ello. Debido al progreso de los programas de investigación y

desarrollo , se están creando continuamente nuevos materiales.

La producción de nuevos materiales y el procesado de estos hasta convertirlos en productos

acabados, constituyen una parte importante de nuestra economía actual. Los ingenieros

diseñan la mayoría de los productos facturados y los procesos necesarios para su fabricación.

Puesto que la producción necesita materiales, los ingenieros deben conocer de la estructura

interna y propiedad de los materiales, de modo que sean capaces de seleccionar el más

adecuado para cada aplicación y también capaces de desarrollar los mejores métodos de

procesado.

Los ingenieros especializados en investigación trabajan para crear nuevos materiales o para

modificar las propiedades de los ya existentes. Los ingenieros de diseño usan los materiales

ya existentes, los modificados o los nuevos para diseñar o crear nuevos productos y

sistemas. Algunas veces el problema surge de modo inverso: los ingenieros de diseño tienen

dificultades en un diseño y requieren que sea creado un nuevo material por parte de los

científicos investigadores e ingenieros.

La búsqueda de nuevos materiales progresa continuamente. Por ejemplo los ingenieros

mecánicos buscan materiales para altas temperaturas, de modo que los motores de reacción

puedan funcionar más eficientemente. Los ingenieros eléctricos procuran encontrar nuevos

materiales para conseguir que los dispositivos electrónicos puedan operar a mayores

velocidades y temperaturas.

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2. DEFINICION:

La tecnología de materiales es el estudio y puesta en práctica de técnicas de análisis,

estudios físicos y desarrollo de materiales.

3. CLASIFICACIÓN:

Pétreos:(Mármol, pizarra…).

Cerámicas y Vidrios: (tejas y ladrillos).

Compuestos: (Asfalto y hormigón).

Metálicos:(aluminio, hierro, acero).

Aglutinantes:(cemento y yeso).

4. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES EN FUNCION DE SUS PROPIEDADES Y ESTRUCTURA

ATOMICA:

La clasificación en función a sus propiedades y estructura se clasifican en: metales,

cerámicos, polímero y materiales compuestos

4.1. Metales: Los metales y sus aleaciones generalmente presentan conductividad eléctrica y

térmica, resistencia relativamente alta, alta rigidez, y resistencia al impacto. Son

particularmente útiles en aplicaciones estructurales o de carga. Las aleaciones

proporcionan mejoría en alguna propiedad particularmente deseable o permite una

mejor combinación de propiedades.

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4.2. Cerámicos: Los cerámicos tienen baja conductividad eléctrica y térmica y a menudo son

utilizados como aislantes, son fuertes y duros, aunque también muy frágiles o

quebradizos. Las nuevas técnicas de procesamiento han conseguido que los cerámicos

sean lo suficientemente resistentes a la fractura para que puedan ser utilizados en

aplicaciones de carga, como los impulsores de turbina.

4.3. Polímeros: Los polímeros, son producidos en la polimerización, es decir, creando

grandes estructuras moleculares a partir de moléculas orgánicas. Tienen baja

conductividad eléctrica y térmica, reducida resistencia y no son adecuados para

utilizarse a temperaturas elevadas. Sus propiedades mecánicas están determinadas por

su estructura química y peso molecular. Se dividen en termoplásticos y termoestables.

Los polímeros clasificados como termoestables o termofijos no pueden deformarse

plásticamente, mientras que los termoplásticos son fácilmente deformables.

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4.4. Materiales compuestos: Los materiales compuestos se forman a partir de 2 o más

materiales, produciendo propiedades que no se encuentran en ninguno de los

materiales de manera individual. Con materiales compuestos podemos producir

materiales ligeros, fuertes, dúctiles, resistentes a altas temperaturas, entre otras

propiedades, en ellos podemos tener tecnoblock, tecnomix, etc.

TECNOBLOCK: Panel con 2 caras de viruta de madera aglomerada con cemento

PORTLAND, prensado con un núcleo de poliestireno (Teknopor de 2"). Especial para

tabiquerías ligeras, techos, aislantes térmicos y acústicos. (1.20 x 2.40 m x 2 mm)

TECNOMIX: Panel con 1 cara de viruta de madera aglomerada con cemento PORTLAND,

otra cara con fibrocemento (superboard ) de 4 mm de espesor prensado en un núcleo de

poliestireno (teknopor de 2").,sus medidas : 1.20 x 2.40 m se usa en aislamiento acústico

de cines, karaokes, cuartos de máquinas, etc.

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5. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

DENSIDAD: Suele ser media.

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN: los materiales pétreos suelen ser los mas

resistentes a la compresión.

RESISTENCIA A LA TRACCIÓN: los pétreos son poco resistentes a la tracción. Si los

son los perfiles de acero.

6. OTRAS PROPIEDADES

DUREZA: resistentes al desgaste.

FRAGILIDAD: algunos como el vidrio rompen fácilmente.

RESISTENCIA A LA CORROSIÓN: aguantan condiciones medioambientales adversas.

ECONÓMICOS: materia prima muy abundante. Encarecida por el transporte.

7. TIPOS DE MATERIALES Y APLICACIONES

7.1. MATERIALES PÉTREOS

7.1.1. ROCA CALIZA (carbonato cálcico): La caliza es una roca sedimentaria compuesta

mayoritariamente por carbonato de calcio (CaCO3), generalmente calcita. También puede

contener pequeñas cantidades de minerales como arcilla, hematita, siderita, cuarzo, etc.,

que modifican (a veces sensiblemente) el color y el grado de coherencia de la roca. El

carácter prácticamente monomineral de las calizas permite reconocerlas fácilmente gracias a

dos características físicas y químicas fundamentales de la calcita: es menos dura que el cobre

(su dureza en la escala de Mohs es de 3) y reacciona con efervescencia en presencia de

ácidos tales como el ácido clorhídrico.

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7.1.2. MARMOL Y GRANITO

a) Marmol:

En geología mármol es una roca metamórfica compacta formada a partir de rocas calizas

que, sometidas a elevadas temperaturas y presiones, alcanzan un alto grado de

cristalización. El componente básico del mármol es el carbonato cálcico, cuyo contenido

supera el 90%; los demás componentes, considerados "impurezas", son los que dan gran

variedad de colores en los mármoles y definen sus características físicas. Tras un proceso de

pulido por abrasión el mármol alcanza alto nivel de brillo natural, es decir, sin ceras ni

componentes químicos. El mármol se utiliza principalmente en la construcción, decoración y

escultura. A veces es translúcido, de diferentes colores, como blanco, marrón, rojo, verde,

negro, gris, amarillo, azul, y que puede aparecer de coloración uniforme, jaspeado (a

salpicaduras), veteado (tramado de líneas) y diversas configuraciones o mezclas entre ellas,

más.

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b) Granito:

El granito, también conocido como piedra berroqueña, es una roca ígnea plutónica

constituida esencialmente por cuarzo, feldespato y mica. Mientras el término según los

estándares de Unión Internacional de Ciencias Geológicas refiere una composición estricta,

el término granito es a menudo usado dentro y fuera de la geología en un sentido más

amplio incluyendo a rocas como tonalitas y sienitas de cuarzo. Para el uso amplio de granito

algunos científicos han adoptado el término granitoide.

Los granitoides son las rocas más abundantes de la corteza continental superior. Los

granitoides se producen al solidificarse lentamente magma con alto contenido en sílice en

profundidades a alta presión. Magma de composición granítica que sale a la superficie forma

riolita, el equivalente volcánico del granito.

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7.1.3. PIZARRA:

La pizarra es una roca metamórfica homogénea formada por la compactación de arcillas. Se

presenta generalmente en un color opaco azulado oscuro y dividida en lajas u hojas planas

siendo, por esta característica, utilizada en cubiertas y como antiguo elemento de escritura.

La pizarra es una roca densa, de grano fino, formada a partir de rocas sedimentarias

arcillosas y, en algunas ocasiones, de rocas ígneas. La principal característica de la pizarra es

su división en finas láminas o capas (pizarrosidad). Los minerales que la forman son

principalmente cuarzo y moscovita. Suele ser de color negro azulado o negro grisáceo, pero

existen variedades rojas, verdes y otros tonos. Debido a su impermeabilidad, la pizarra se

utiliza en la construcción de tejados, como piedra de pavimentación e incluso para

fabricación de elementos decorativos.

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7.1.4. ÁRIDOS

Se denomina árido al material granulado que se utiliza como materia prima en la

construcción, principalmente.

El árido se diferencia de otros materiales por su estabilidad química y su resistencia

mecánica, y se caracteriza por su tamaño. No se consideran como áridos aquellas sustancias

minerales utilizadas como materias primas en procesos industriales debido a su composición

química.

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7.2. AGLUTINANTES

7.2.1. YESO Y CEMENTO

a) Yeso:

La roca natural denominada aljez (sulfato de calcio dihidrato: CaSO4· 2H2O),

mediante deshidratación, al que puede añadirse en fábrica determinadas adiciones

de otras sustancias químicas para modificar sus características de fraguado,

resistencia, adherencia, retención de agua y densidad, que una vez amasado con

agua, puede ser utilizado directamente.

También, se emplea para la elaboración de materiales prefabricados. El yeso, como

producto industrial, es sulfato de calcio hemihidrato (CaSO4·½H2O), también

llamado vulgarmente "yeso cocido". Se comercializa molido, en forma de polvo. Una

variedad de yeso, denominada alabastro, se utiliza profusamente, por su facilidad de

tallado, para elaborar pequeñas vasijas, estatuillas y otros utensilios.

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7.3. CERAMICAS Y VIDRIOS

7.3.1. BALDOSAS Y AZULEJOS, LADRILLOS REFRACTARIOS,LOZA SANITARIA

a) BALDOSAS Y AZULEJOS:

Una baldosa es una losa o loseta manufacturada, fabricada en diferentes tipos y

técnicas de cerámica, así como en piedra, caucho, corcho, vidrio, metal, plástico, etc.

Primitivamente se llamó baldosa al ladrillo cuadrado y fino, de forma rectangular ó

poligonal y de distintos tamaños, usado para pavimentos. En arqueología se define

como ladrillo poco grueso o azulejo para cubrir suelos y paredes, y por lo general de

superficie pulida. En el campo lingüístico, Corominas lo supone derivado de piedra

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baldosa o «ladrillo superpuesto», por oposición a la piedra natural que conformara

una superficie habitable.

b) LADRILLOS REFRACTARIOS

El ladrillo refractario es un tipo de material cerámico que posee una serie de

características especiales, lo que permite hacer un gran uso de este dentro de

instalaciones industriales o en trabajos de estufas domésticas.

Las caras de estos ladrillos son lisas, esta peculiar característica disminuye la

adherencia con el mortero, logrando la resistencia a altas temperaturas y la

abrasión. Por sus buenas propiedades térmicas este material de construcción es

considerablemente caro.

c) LOZA SANITARIA:

El uso popular del término loza se aplica o refiere a la mayoría de los objetos que

conforman la vajilla doméstica, cuyo material original es el barro cocido. Pueden

distinguirse dos tipos genéricos: la loza monocroma (por lo general blanca), y la loza

decorada.

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Partiendo de su origen alfarero y a lo largo de la historia de los procedimientos

cerámicos, la loza ha ido dando nombre a diferentes técnicas artísticas y

procedimientos decorativos: loza verde y morado, loza dorada, loza de cuerda seca,

loza pintada con paleta de gran fuego, loza pintada con paleta de pequeño fuego y

loza fina.

7.3.2. VIDRIO Y LANA DE VIDRIO,LADRILLOS, BOVEDILLAS Y TEJAS

a) VIDRIO

El vidrio es un material inorgánico duro, frágil, transparente y amorfo que se

encuentra en la naturaleza aunque también puede ser producido por el hombre. El

vidrio artificial se usa para hacer ventanas, lentes, botellas y una gran variedad de

productos. El vidrio es un tipo de material cerámico amorfo.

El vidrio se obtiene a unos 1.500 °C de arena de sílice (SiO2), carbonato de sodio

(Na2CO3) y caliza (CaCO3).

El término "cristal" es utilizado muy frecuentemente como sinónimo de vidrio,

aunque es incorrecto en el ámbito científico debido a que el vidrio es un sólido

amorfo (sus moléculas no están dispuestas de forma regular) y no un sólido

cristalino.

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b) LANA DE VIDRIO

La lana de vidrio es una fibra mineral fabricada con millones de filamentos de vidrio

unidos con un aglutinante. El espacio libre con aire atrapado entre las fibras

aumenta la resistencia a la transmisión de calor.

c) LADRILLOS

Un ladrillo es una pieza de construcción, generalmente cerámica y con forma

ortoédrica, cuyas dimensiones permiten que se pueda colocar con una sola mano

por parte de un operario. Se emplea en albañilería para la ejecución de fábricas en

general.

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d) TEJAS

La teja es una pieza con la que se forman cubiertas en los edificios, para recibir y

canalizar el agua de lluvia, la nieve, o el granizo. Hay otros modos de formar las

cubiertas, pero cuando se hacen con tejas, reciben el nombre de tejados.

La forma de las piezas y los materiales de elaboración son muy variables: las formas

pueden ser regulares o irregulares, planas o curvas, lisas o con acanaladuras y

salientes; respecto a los materiales pueden ser cerámicas (elaborada con barro

cocido), plásticas y bituminosas (fabricadas con polímeros plásticos derivados del

petróleo u otra materia prima), de madera, de piedra (como la pizarra).

El empleo de tejas para cubiertas se atribuye a los griegos, que utilizaban placas de

cerámica delgada y ligeramente curvada.

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7.4. COMPUESTOS

7.4.1. MORTERO (Cemento, arena y agua)

7.4.2. HORMIGÓN (cemento, arena, agua y grava)

7.4.3. MEZCLAS ASFÁLTICAS (alquitrán y áridos)

8. CERÁMICAS Y VIDRIOS

8.1.1. CERÁMICAS

Mezcla de arcilla, feldespato y arena.

Arcilla: - Húmeda: plástica y moldeable.

-Seca: Rígida.

-Cocida (900ºC y 1200ºC): vítrea.

Feldespato: reduce temperatura de cocción.

Arena: actúa como relleno.

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8.1.2. VIDRIOS

Transparentes, duros y resistentes.

Fusión de arena, alcalí y óxidos metálicos.

Antes de enfriar es plástico y moldeable.

Variaciones

- lana de vidrio (aislante térmico)

- vidrio plano (baño de metal)

9. MATERIALES COMPUESTOS

MORTERO: Mezcla de cemento, arena y agua.

HORMIGÓN:

-ARMADO: encofrado de madera y barra de acero

-PRETENSADO: cables de acero tensados.

PROPIEDADES:

Económico

resistente al fuego

duradero.

se puede fabricar en la obra.

INCONVENIENTES: baja resistencia a la tracción.