Importancia del conocimiento de los materiales en el diseño y ejecución de las obras de ingeniería civil.

En el proyecto, cálculo y ejecución de cualquier obra de ingeniería civil, es siempre conveniente tener un conocimiento lo más completo posible de las propiedades de los materiales que van a intervenir en su construcción.Para determinar con cierta precisión las características FISICAS, QUIMICAS y MECANICAS de los materiales usados en construcción.Materiales básicos en la construcción: Son los siguientes.

METELES Y SUSALEACIONES

METALES FERROSOS Hierro dulceHierro colado Hierro colado especial Acero de herramientasAcero de maquinas Acero grado estructuralAcero grado intermedioAcero duro

NO FERRESOS CobreNíquelZincAluminio, etc.

ALEACIONES LATON 60% a 90% de cobre y 10% a 40% de zinc.

BRONCE 80% o más de cobre y 20% o menos de estaño.

OTROS En menores o mayores porcentajes de níquel, cobre, fierro, magneso y aluminio.

CONCRETOS COMUN Resistencias unitarias de 75 a 600 kg/cm2.

CICLÓPEO Utiliza agregados pétreos de 6» con limite de tamaño fijado por la capacidad de carga del hombre.

COLCRETO Utiliza agregados pétreos movilizados por palas mecánicas y camiones de volteo. El mortero se deposita despues de colocar los agregados a volteo.

LIGEROS Y PESADOS

MORTERO Con cemento de puzolanas y cal. Con cementos a lumínicos.Con cementos de Clinker.Con cales hidratadas.Otros.

MADERAS Pino.Abeto.Oyamel.Encino.Cedro, etc.

ARCILLA COCIDA Tabiques.Ladrillos.Tejas para techos.Blocks huecos.Tabique refractario.Tubos de albañal, otros.

PIEDRS O ROCAS Calizas.Mármol.Andesita.Basalto, otras.

PLASTICOS P.V.C.Policarbonato.Mica.Acrílico.Poliuretano.Otros.

LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES POR SUS CARACTERISTICAS SE CLASIFICAN

CLASE PROPIEDAD

FISICAS Forma.Dimensiones.Pesos Volumétricos.Densidad.Gravedad Especifica.Porosidad.Contenido de Humedad.Macro estructura.Microestructura.

QUIMICAS Composición o mezcla de óxidos.Acidez o Alcalinidad.Resistencia a la Corrosión o intemperismo, etc.

FISICO QUIMICAS Acción repelente o de absorción del agua.Contracciones y expansiones debidas a cambio de humedad.

MECANICAS Resistencia a: Tensión, Compresión, Fuerza Cortante, Flexión, Impacto, Desgaste, Penetración , Rigidez, Tenacidad, Plasticidad, Ductilidad, Fragilidad, y Maleabilidad.

TERMICAS Calor Especifico, Expansión y Conductividad.

ELECTRICAS Y MAGNETICAS

Conductividad, Permeabilidad magnética y Acción Galvanizada.

ACUSTICAS Transmisión del sonido y Reflexión del sonido.

OPTICAS Color, Transmisión de la Luz, Reflexión de la Luz Refracción de la Luz.

Estos se dividen en naturales y artificiales.

Los naturales son aquellos se obtienen directamente de la corteza terrestre sin sufrir proceso alguno de fabricación, ejemplo: La madera y los materiales pétreos empleados en la fabricación del concreto.

Artificiales son aquellos que han sido sometidos a un proceso de fabricación más o menos complicado, ejemplo el acero, concreto, etc.En los materiales naturales los coeficientes de seguridad que se aplican son mayores que en los artificiales, ya que se desconoce su formación interna original. En cambio en los artificiales se controla perfectamente su calidad mediante la vigilancia estrecha de los procedimientos seguidos en su fabricación.

Prueba o ensaye de un material

Se define como el proceso o serie de procesos que se realizan apegándose a ciertas normas, para determinar sus propiedades FISICAS, QUIMICAS Y MECANICAS, los fines principales que se persiguen al hacer el ensaye de un material de construcción son tres:1.- Conocer sus propiedades para proveer el comportamiento que tendrá en la vida practica. 2.- Fijar las normas a que se debe sujetar para mantener su calidad uniforme.3.- Investigar nuevas características obtenidas mediante el mejoramiento de la técnica empleada en su elaboración.

De acuerdo a las características de los materiales dentro de la construcción las más importantes son: FISICAS, MECANICAS Y QUIMICAS.FISICAS: Es importante conocer la forma, dimensiones, peso volumétrico, densidad, gravedad especifica, estructura, porosidad y contenido de humedad de los materiales empleados en la construcción.FORMA. De acuerdo a esta podemos observar su comportamiento y resistencia, el cual varia de acuerdo con la forma de su sección transversal. Tomando en consideración la forma de los materiales, se pueden clasificar en:a).- Forma cúbicab).- Forma esférica c).- Forma de barra o paralelipedo rectangular.d).- Forma irregular lajas, cuñas, etc.E).- Forma compuesta perfiles estructurales DIMENSIONES. Es importante conocerlas para determinar el área de las superficies en donde se aplican las cargas exteriores de trabajo a que se encuentran sujetos.PESO VOLUMETRICO. Sirve para poderlos comparar entre si ; se obtiene dividiendo el peso que tienen, entre el volumen aparente que ocupan o tienen. El peso volumétrico de un cierto material es muy variable, ya que depende del acomodo o disposición que guardan sus partículas. A mayor compactación que tengan las particulas, mejor acomodo y mayor peso volumétrico.El peso volumétrico de un material se da en Kg./Cm3., Ton./m3., Kg./m3., etc.DENSIDAD. La densidad o peso especifico de un material es el peso del volumen solido que tiene; en la densidad se elimina el volumen ocupado por los huecos o vacíos. Las unidades de medida son también en Kg./m3.,Ton./m3., Kg./Cm.3, etc.GRAVEDAD ESPECIFICA. Es el cociente que resulta de dividir la densidad del material entre la densidad de otro tomado como base, este se ha convenido que sea el agua, cuya densidad es de 1000 kg. Por m3. ó 1 gr./cm3.

G.E. = Densidad del material Densidad del agua o bien:

G.E. = Peso en Kg. Del material Vol. Solido en m3. x 1000 Kg./m3.

ESTRUCTURA. Es la disposición o naturaleza que guardan las diferentes particulas que constituyen al material. Cuando se trata de la disposición exterior , se le conoce por MACROESTRUCTURA y cuando se refiere a la constitución interior , se le define como MICROESTRUCTURA. Ejemplo de la primera seria la estructura granular de la arena y der la segunda se tendría la estructura fibrosa de la madera.POROSIDAD. Es el cociente que resulta de dividir el volumen de huecos o vacíos que tiene el material, entre su volumen total.La porosidad se determina calculando el volumen de vacíos que se obtiene restando de la unidad el volumen solido absoluto que el material ocupa. CONTENIDO DE HUMEDAD . Es el cociente que resulta de dividir el peso del agua que tiene el material tanto en su superficie como interiormente

ACEROLos metales son materiales que no se utilizan en su estado original, el aluminio,

hierro, plomo, etc. Se deben trabajar antes de usarlos, la mayoría de los metales son buenos conductores ya sea térmicos o eléctricos.

Los metales mas empleados en la construcción son:HIERROALUMINIOPLOMOCOBREZINCESTAÑO

Todos los metales para ser empleados industrialmente, deben reunir una serie de propiedades de acuerdo a su forma según su destino y ser capaces de soportar los esfuerzos a los que van a estar sometidos, estas propiedades son las siguientes:

A.- FUSIBILIDAD Facilidad de poder dar forma a los metales (fundiéndolos y colocándolos en

moldes donde se solidifican y enfrían).

B.- FORJABILIDAD Es la capacidad para poder soportar las variaciones de formas, en estado

solido o caliente (por la acción de martillos, prensas, etc.).

C.- MALEABILIDAD Propiedad para modificar su forma a temperatura ordinaria en laminas

(mediante la acción de martillado o estirado).

D.- DUCTILIDAD Propiedad de poder alargarse en la dirección de su longitud (formando hilos o

alambres).

E.- TENACIDAD Resistencia a la rotura por tracción.

F.- FACILIDAD DE CORTE Deben poder separarse en trozos iguales (con herramienta cortante).

G.- SOLDABILIDAD Propiedad de poder unirse.

H.- OXIDABILIDAD Por la acción del oxigeno del aire se oxidan todos los metales excepto los nobles,

recubriéndose de una capa de oxido o carbono, que si es impermeable protege el resto del metal, y si es permeable, la oxidación penetra y lo destruye con el tiempo.

ALUMINIO El aluminio es un metal moldeable de color azul-plateado ligero y no magnético,

con buena conductibilidad eléctrica y térmica, resistente a la oxidación.

ALEACIÓN DE ALUMINIO Combinación de aluminio con otros metales, se usa para barandales y paneles, como

soporte para elementos aislantes, recubrimientos, pasadores, armaduras, accesorios y molduras.

ALUMINIO EN LAMINA Se fabrica en hojas delgadas que se usan para aislar, como barrera anti vapor y

para terminaciones protectoras y decorativas.

ALUMINIO CORRUGADO Sirve como aislador térmico y se usa para techos y recubrimientos laterales.

RED DE ALUMINIO Sirve para protecciones rejas y bardas se emplea en tableros para pisos,

techos, costados y paredes divisorias y se encuentra en una gran variedad de formas y medidas.

ALUMINIO EN HOJAS Sirve para toldos ductos de aire, accesorios, molduras, paredes tejas y puertas

se encuentra en hojas o rollos es liso, se puede labrar, corrugar o acanalado.

ALAMBRE DE ALUMINIO Es una alternativa al alambre de cobre en aplicaciones eléctricas.

LATON Es una aleación de cobre y zinc, el color depende de la cantidad de zinc que

contiene, no es tan fuerte como el acero, pero es resistente a la corrosión y es de fácil soldar con autógena, pulir o broncear.

Su presentación es en hojas, barras, cintas, rollos, tubos, polvos y vaciados especiales y se usa en puertas, ventanas, barandales, accesorios, armaduras, en objetos de metal ornamentales, herramientas, recubrimiento de herramientas, tirantes, sierres, pernos, tornillos, etc.

La mayor parte de latón se usa en plomería y como elemento de maquinaria en calefacción y aire acondicionado.

BRONCE El bronce es una aleación de cobre y estaño, además se puede forjar, vaciar, plegar y

extrudir. El color varia según la cantidad de estaño que contenga la aleación, sirve para

cerrajería, cierres, bisagras, tirantes para construcción, tornillos, tuercas, estatuas, ornamentación y decoración.

COBRE Es un metal rojizo muy común, dúctil y maleable, de los mejores conductores de calor

y electricidad. Es fácil de trabajar y muy resistente para trabajos de estructuras ligeras, así como a

la corrosión, pero no a muchos de los ácidos comunes. Se usa para trabajos eléctricos en forma de alambre, cable, barras o cilindros, en la

construcción se hacen redes para pantallas, enrejados y barreras de protección, tubos de cobre se usan para sistemas hidráulicos, aire acondicionado, gas, etc., lamina de cobre, hojas de cobre para techos en formas prefabricadas, en juntas de expansión, barras, soleras y perfiles.

FIERRO Es el metal mas empleado, se magnetiza con facilidad, no es resistente a muchos

ácidos y se usa en la producción de acero y frecuentemente en la construcción.

HIERRO COLADO Se usa para tubos e instalaciones hidráulicas y en ornamentación.

ACERO El acero es una aleación de fierro con carbono al 1.7% se puede soldar, laminar, vaciar y

soldar.

MALLA DE ACERO Galvanizada o no galvanizada, se usa como protección para bardas, rejas y ornamentación.

MALLA ELECTROSOLDADA Se usa en pisos, bóvedas, muros, chimeneas, tubos, losas, y otros cuerpos cilíndricos,

laminas perforadas, Angulo ranurado, coladeras, camiones, ventanas, mamparas, filtros, muebles, etc.

ACERO ESTRUCTURAL Se utiliza en vigas de sección I, o T, en columnas de sección H, Z, T, en cajón, angulares,

canales, laminas con medidas estándar para cada tipo. Se usa con flexibilidad para armaduras y elementos estructurales mediante la combinación

de formas, así como para vigas de alma abierta y estructuras espaciales.

ACERO DE REFUERZO Se fabrica en varillas, malla, hojas, corrugado y en cuerda, ahogado en el concreto

proporciona a este mayor fuerza y resistencia.

ACERO GALVANIZADO Como lamina de acero, cinta o alambre, recubiertos de zinc para protegerlo contra la

corrosión ,

se usa para ductos, techos y costados, tubo galvanizado, drenajes subterráneos, vertederos, etc.

TUBO DE ACERO Se usa para columnas, vigas, andamios, pilotes, muebles, barandales, tuberías, etc.

ACERO INOXIDABLE

El acero inoxidable es una aleación de acero y cromo, resistente al calor, a la oxidación y a la corrosión, se puede vaciar, laminar, fundir, forjar, fresar, doblar, soldar, remachar y moldear.

Se presenta en hojas, cintas, tubos, barras, vaciados, alambre, etc., y se usa en vertederos, campanas, paneles, puertas, parrillas, pantallas, mostradores y canalones.

El alambre se usa en manufactura de tuercas y pernos.

PLOMO

Es un material muy laborable y pesado tiene buena resistencia a la corrosión y relativamente resistente a las radiaciones nucleares.

Se obtiene en forma de alambre, tubos, varillas, cintas, laminas, hojas, tiras, discos y vaciados en forma de dado, municiones, polvo, etc.

Se usa en pinturas como relleno, en pigmentos de color, capas protectoras, control de vibraciones, protección contra rayos X, oxidación sobre fierro y acero, recubrir cables electricos y plomeria.

ESTAÑO

Es un metal suave y dúctil generalmente cubierto por una capa suave y fina de oxido estanico.

Es resistente a la corrosión y se pule con facilidad, se presenta en chapa, hoja, alambre, tubos, conductores, polvo, lingotes, etc.

Se utiliza en espejos, accesorios metálicos, soldaduras, aleaciones, fusibles, para aleaciones con bronce y latón, etc.

ZINC

Es un metal duro y quebradizo, con características de poca fuerza, es resistente a la corrosión por agua, pero poco resistente a los alcalinos y a los ácidos, se le puede fundir, moldear, vaciar, taladrar, ribetear y soldar.

Se utiliza en el galvanizado a inmersión caliente, vaciado de moldes, además es un ingrediente en la aleación del latón.

Los hierros y aceros al bajo carbono son fáciles de soldar. Los aceros al medio carbono se usan con los diversos procedimientos de fusión.

Los aceros al alto carbono son mas difíciles de soldar y son mas quebradizos.

DIAMETRO AREA Y PESO DE LAS VARILLAS

Varilla No.

Diámetro

Nominal Perímetro

Área Peso No. de varillas

mm. pulg. mm. cm2. kg/m de 12 metros

2 6.4 1/4 20.1 0.32 0.251 .

2.5 7.9 5/16 24.8 0.49 0.384 217

3 9.5 3/8 29.8 0.71 0.557 150

4 12.7 ½ 39.9 1.27 0.996 84

5 15.9 5/8 50.0 1.99 1.560 53

6 19.1 ¾ 60.0 2.87 2.250 37

8 25.4 1 79.8 5.07 3.975 21

10 31.8 1 ¼ 99.9 7.94 6.225 13

12 38.1 1 1/2 119.7 11.40 8.938 9