Propiedades físicas y mecánicas de

los materiales – Parte I

Propiedades físicas y

mecánicas de los materiales

Capítulo 1. Conceptos generales Tipos de materiales Metodología para el estudio de materiales Ensayos y normativas

Capítulo 2. Propiedades generales de los materiales Propiedades físicas: Densidades. Porosidades.

Permeabilidad. Humedad. Absorción Propiedades térmicas Propiedades eléctricas Propiedades químicas Propiedades mecánicas

Capítulo 1. Conceptos Generales

1.1 Tipo de materiales:

Metálicos, Cerámicos, Polímeros, Compuesto,

Tierra, Madera, Piedra, etc.

1.2. Metodología para el estudio de los

materiales:

Identificación del material

Elementos y componentes que lo forman

(composición)

Disposición estructural de los componentes

(macroestructura y microestructura)

Procesos de obtención del material (materias

primas y condiciones de obtención)

Capítulo 1. Conceptos Generales

Determinación de sus propiedades:

Físicas, mecánicas, térmicas, eléctricas

Químicas: reactividad

Estudio de su durabilidad:

Los cambios pueden conllevar la pérdida de sus propiedades técnicas (patologías)

Métodos de prevención y reparación

Selección del material:

Valoración de las propiedades técnicas

Facilidad de obtención

Durabilidad

Disponibilidad geográfica y en el mercado

Apariencia estética

Capítulo 1. Conceptos Generales

1.3. Ensayos y normativas

Ensayos: pruebas que se hacen para determinar la composición, como cualquiera de las propiedades deseadas como físicas, químicas, etc.

Han de cumplir:

- Las muestras han de ser representativas del conjunto del material

- Reproductividad

- Conocer el límite de error (fiabilidad)

- Se han de describir las condiciones de ejecución de los ensayos

Se clasifican según:

- Físicos o químicos

- Destructivos o no destructivos

- Estáticos o dinámicos

Capítulo 1. Conceptos Generales

Las normativas permiten uniformizar el conocimiento y la utilización de los materiales para obtener y garantizar su calidad para la aplicación técnica.

Hay normas de:

Definiciones y clasificaciones

Especificaciones de valores límites y recomendables

Métodos de ensayo

Las normas (organismos que las publican) más conocidas son:

UNE (normas españolas)

EN (normes de Comunidad Europea)

ASTM (normas de los USA)

DIN (normas alemanas)

ISO (normas internacionales)

Capítulo 1. Conceptos Generales

Capítulo 2. Propiedades Generales

2.1 Propiedades físicas: Densidad. Porosidad. Permeabilidad

Densidad: Masa de la unidad de volumen.

(Unidades del S. I.: kg/m3).

En los materiales se puede diferenciar entre densidad real o densidad aparente. Para determinar la primera, el volumen si se considera sin poros y para la segunda se consideran los poros para determinar el volumen.

Capítulo 2. Propiedades Generales

Porosidad. Volumen de poros que contienen un

volumen determinado de material

Se expresa en % del volumen real o aparente del material

Permeabilidad: La facilidad que tiene un fluido (agua,

O2, CO2) para atravesar un material poroso.

Movimiento del fluido es laminar: DARCY

K = constante de permeabilidad del material, = viscosidad del

líquido

Q = caudal del líquido (cm3/s), l = longitud de la probeta (grueso a

atravesar)

s = sección recta de la probeta, p = presión entrada - presión

salida (del líquido)

p.

l

sK.=Q

- Humedad: Cantidad de agua absorbida del

aire por un peso determinado de material seco.

Se expresa en % de peso en seco.

- Absorción: es la cantidad máxima (de

saturación) que puede absorber un peso

determinado de material seco.

% de peso en seco

100

m

mm=H h

100

m

mm=K sa

Capítulo 2. Propiedades Generales

- Granulometría: cantidad y dimensión de los granos

que componen materiales granulares (arenas,

gravas, etc.)

Capítulo 2. Propiedades Generales

2.2 Propiedades térmicas

Calor específico: es la cantidad de calor necesaria para

aumentar en 1ºC la temperatura de la unidad de masa

del material.

S. I. J/kg ºK en la práctica cal/gr·ºC

Conductividad térmica: es la cantidad de calor

transmitida por conducción cada unidad de tiempo a

través de una superficie unidad de una lámina de

grueso una unidad de longitud y con una diferencia de

temperaturas de 1ºC entre sus caras.

S.I. Watt/ºK·m En general, ksolid> kliquido> kgas

k = coef. de conductividad térmica, Q = cantidad de calor conducida

entre las dos superficies

S = superficie normal atravesada por Q, t = tiempo que se tarda en la

conducción de Q

T = diferencia de temperaturas entre las dos superficies, x = distancia

entre las dos superficies

x

Tk

ts

Q

Capítulo 2. Propiedades Generales

2.2 Propiedades térmicas

Dilatación térmica: es el aumento de dimensiones

de un sólido debido a un aumento de su

temperatura.

t.l.=l 0

= coef. de dilatación lineal, l = variación de longitud, lo =

longitud inicial, t = variación de temperatura

2.3 Propiedades eléctrica

Resistividad: de un material es la resistencia que opone al

paso del corriente eléctrica un conductor del material de

longitud y sección unitaria S.I. -m

= resistividad del material, R = resistencia del conductor, l = longitud

del conductor, S = superficie del conductor

S

l.=R

Capítulo 2. Propiedades Generales

2.4 Propiedades química

La reactividad química, de un material viene determinada

por:

- Naturaleza ácida o básica

- Naturaleza oxidante o reductora

- Solubilidad o insolubilidad

Las substancias agresivas más comunes en el medio ambiente:

- Agua

- Aire:

- Oxígeno + humedad (oxidante)

- dióxido de carbono (CO2, precipitante ácido)

Con carácter local podemos encontrar:

- Óxidos de azufre y nitrógeno (ácidos) como contaminantes

del aire

- Substancias agresivas específicas del material (sulfatos,

sales amónicos, cloruros,…) presentes en aguas naturales o

residuales, los suelos y otros materiales

Capítulo 2. Propiedades Generales

Materiales isótropos Presentan propiedades que no varían en función de

la dirección considerada (δ1= δ2)

Materias anisotrópicos Presentan una organización cristalomórfica

diferenciada que afecta las propiedades del

material

Las propiedades varían en función de la dirección

considerada (δ1 ≠ δ2)

δ1

δ2

Capítulo 2. Propiedades Generales