MATERIALES DE CONSTRUCCION

TEC.EN CONSTRUCCION Y OBRAS CIVILES2 SEMESTRE PRIMAVERA 2011FREDDY SEVERINO COFRECONSTRUCTOR CIVIL

MATERIALES DE CONSTRUCCIONI .Fundamentos de ciencia de materiales

Materia: Concepto intuitivo, ya que su conocimiento nos penetra por los sentidos corporales, al ser extensa y pesada.

Material: Porcin finita de esa materia.

Estructura de la materiaOrigen de la MATERIA

Origen de la MATERIA

La materia tiene cuatro tipos de propiedades:Extensin.Es la propiedad que tienen los materiales de ocupar un espacio, que no puede ocupar ningn otro.Inercia.Es la incapacidad de todo material de modificar su estado de movimiento o reposo sin que acte una fuerza sobre l.Divisibilidad.Es la propiedad por medio de la cual se puede reducir el material en porciones ms pequeas.Masa.Es la cantidad de materia que posee un material. Se mide cinemticamente: M=F/a; (Masa igual a fuerza partida por aceleracin). Si la a=gravedad, entonces hablamos de Peso.

Propiedades.

Estructura atmica Estructura cristalina

Estructura granular de hierro (x100) Estructura multifasica del hierro Toda la materia est formada por pequesimas Partculas llamadas tomos; invisibles al ojo humano.El trmino tomo significa Sin divisinLas principales partes de un tomo son:

Protones = Partculas con carga positiva.Neutrones = Partculas con carga neutra.Electrones= Partculas con carga negativa que giran en rbitas alrededor del ncleo.

Partes de un tomoLos ELEMENTOS QUMICOS son un tipo de materia formados por un slo tipo de tomos a partir de los cuales se forma toda la materia del universo conocida hasta hoy.Son aproximadamente 111 y cada uno de ellos se denomina con una serie de smbolos qumicos.

Composicin de la materia La estructura puede considerarse en varios niveles, todas las cuales afectan el comportamiento final del producto.Estructura atmica: La distribucin de los electrones alrededor del ncleo atmico afecta los comportamientos elctricos, magnticos, trmicos, pticos y la resistencia a la corrosin Tambin determina que un material sea un metal, un cermico o un polmero.Arreglo atmico o estructura cristalina: se refiere a la organizacin de los tomos en el espacio e influye en las propiedades mecnicas de los materiales como la ductilidad, la resistencia mecnica y la resistencia al impacto .Estructura

CLASIFICACION DE LOS MATERIALESLos objetos que nos rodean estn fabricados con una gran variedad de materiales que podemos clasificar de diferentes formas; por ejemplo, por su origen. Sin embargo, el criterio ms adecuado para clasificar materiales de construccin es por sus propiedades.

Clasificacin de los Materiales de Construccin

Son aquellos que se encuentran en la naturaleza, las personas utilizamos materiales naturales con diferente origen: mineral, vegetal o animal.A partir de rocas y minerales se obtienen los materiales de origen mineral. Los metales, la piedra o la arena son materiales de origen mineral.A partir de las plantas obtenemos los materiales de origen vegetal. El material de origen vegetal ms importante es la madera, pero tambin existen otros que empleamos de forma habitual, como las fibras vegetales (algodn, lino, mimbre) o el corcho.Otros son materiales de origen animal. Por ejemplo, el cuero o la lana que usamos en muchas prendas de vestir, en bolsos, zapatos, etc.

Materiales naturales (orgnicos)Materiales naturales (orgnicos)

Son aquellos creados por las personas a partir de materiales naturales; por ejemplo, el hormign, el vidrio, el papel o los plsticos.

Materiales sintticos (inorgnicos)

Clasificacin clsica de los materiales

Materiales metlicosBuenas propiedades mecnicas, mala resistencia a la corrosinMateriales polimricosBuena maleabilidad y Deformabilidad.Materiales cermicosAlta dureza, alta fragilidadMateriales compuestosPropiedades que dependen de los materiales mixtos utilizados

Sustancias inorgnicas que estn compuestas de uno o ms elementos metlicos (aleaciones) Los tomos estn dispuestos de manera ordenada Buenos conductores elctricos y trmicos Resistentes y dctiles a temperatura ambiente (pueden ser conformados con facilidad) Son opacos a la luz visible La superficie pulida tiene apariencia lustrosaEj.: Acero, aluminio, magnesio, zinc, hierro fundido, titanio, cobre, nquel, etc.

Materiales metlicos

Tabla peridica de los elementos metlicos

Metales ferrososAceros (Fe, C, Ni, Cu..)

Fundiciones (Fe, Si, C, Mn..)Aluminio y sus aleacionesCobre y sus aleacionesMagnesio y sus aleacionesNquel y aleaciones base nquelAleaciones de zinc, plomo y estaoTitanio y aleaciones de titanioMetales no ferrosos

Materiales inorgnicos constituidos por elementos metlicos y no metlicos cohesionados qumicamente Cristalinos, no cristalinos o mezcla de ambos La mayora de los cermicos tienen elevada dureza y alta resistencia a la compresin Se caracterizan por tener escasa conductividad, tanto elctrica como trmica. Son frgiles, tiene escasa resistencia al impacto Bajo peso, alta resistencia al calos y al desgaste, poca friccin Propiedades aislantes Ejemplo: xidos, nitruros, carburos, minerales de arcilla, cemento, vidrio

Materiales cermicos

Tabla peridica cermicos

Tipos de materiales cermicos

Materiales cermicos

Los materiales cermicos varan mucho en cuanto a sus propiedades.

Los materiales cermicos son muy resistentes al calor, la corrosin y el desgaste.

Son quebradizos debido a sus enlaces, impiden que los tomos se deslicen unos sobre otros. .

Elevados costos de fabricacin.Las molculas de estas sustancias generalmente contienen carbono e hidrgeno y muchas veces contienen nitrgeno, oxigeno, azufre, etc.

Materia prima de los polmeros Sustancias naturalesPetrleoCarbn mineralCauchoGas naturalCelulosa Los polmeros son materiales que van desde la familia de los plsticos al caucho

Se caracterizan por tener baja densidad y extraordinaria flexibilidad

Poseen una resistencia elctrica y trmica elevada.

Tienen buena relacin resistencia peso.

No se recomiendan para aplicaciones a alta temperatura.

Muchos polmeros tienen muy buena resistencia a las sustancias corrosivas.

CaractersticasTabla peridica donde se indican los elementos asociados a los principales polmeros comerciales

Polmeros

La polimerizacin se produce cuando las molculas pequeas llamadas monmeros, se combinan para producir molculas ms largas o polmeros. Termoplsticos Termoestables ElastmerosSegn sus aplicacin y su comportamiento a temperatura, se clasifican en:

A temperatura ambiente es plstico, se derrite a lquido cuando se calienta y se endurece cuando es enfriadoFormados de largas cadenas.Se comportan de manera plstica y dctil.Sus cadenas pueden o no estar ramificadas, individualmente estn entrelazadas.Las cadenas poseen fuerzas de atraccin dbiles.Las cadenas se desenlazan mediante esfuerzos, pueden ser amorfos o cristalinos.Se reciclan fcilmente.Polmeros termoplsticos

Formados por cadenas de polmeros, con una gran cantidad de enlaces cruzados que forman una red tridimensional. Poseen buena resistencia, rigidez y dureza, pero baja ductilidad e impacto.

Polmeros termoestables

Polmeros (termoplsticos o termoestables, con pocos enlaces cruzados) que tienen una deformacin elstica mayor al 200%.Elastmeros

Ventajas Poco peso Ms resistente a la corrosin y a los agentes qumicos

Desventajas Baja resistencia mecnica Baja resistencia al calor Baja resistencia a la degradacin No es reparable

Ventajas y desventajas de los polmeros frente a los metales Materiales compuestos

Constan de dos o mas materiales fsicamente distintos y separables mecnicamente (difieren en forma y composicin qumica y son insolubles entre s) Pueden fabricarse mezclando los distintos materiales de tal forma que la dispersin de un material en el otro pueda hacerse de manera controlada Las propiedades son superiores, y posiblemente nicas en algn aspecto especifico, a las propiedades de los componentes por separado

Materiales Compuestos

Con los compuestos se fabrican materiales ligeros, resistentes, dctiles, con resistencia a las altas temperaturas que no pueden obtenerse de otro modo. Tambin se pueden fabricar herramientas de corte muy resistentes al impacto que de otra manera seran quebradizas.Ej.: concreto, hormign armado, la madera contrachapada, fibra de vidrio, etc.

Para Construccin, los materiales compuestos ms importantes son:

Plsticos reforzados con fibras

Hormign

Asfalto

Madera

Materiales compuestos de matriz metlica y matriz cermica

Los semiconductores tienen propiedades elctricas intermedias entre los conductores y los aislantes elctricos. No son importantes por su volumen pero s son extremadamente importantes por su avanzada tecnologa. La informacin hoy da se transmite por luz a travs de sistemas de fibras pticas, los semiconductores convierten las seales elctricas en luz y viceversa. El ms importante de los materiales electrnicos es el silicio puro, al que se puede modificar para cambiar sus caractersticas elctricas. Con estos materiales se han podido crear fabricar los circuitos integrados que han revolucionado la industria electrnica y de computadores.

Materiales electrnicos o semiconductores

Tabla peridica donde se indica los elementos semiconductores y los elementos que forman compuestos semiconductores (columnas III/V y II/VI)

Propiedades mecnicasDeterminan como responde un material al aplicrsele una fuerza o esfuerzo.Influyen en la facilidad con que puede ser conformando.Las ms comunes son: resistencia mecnica ductilidad rigidez del material resistencia al impacto fatiga termofluencia desgaste

Propiedades de los materiales

Procesamiento de los metales

Laminado(rolado)ForjadoTrefiladoExtrusinDobladoEmbutidoEstiradoEfectos ambientales en el comportamiento de los materiales

Temperatura Humedad Corrosin Radiacin CargaLas relaciones entre estructura - propiedades - procesamiento recibe adems la influencia del medio ambiente al que est expuesto el material durante su uso

Los cambios en la temperatura pueden causar alteraciones considerables de las propiedades de los materiales, debidos principalmente a: Reblandecimiento (La resistencia de la mayora de los metales disminuye conforme la temperatura aumenta) Degradacin (Las temperaturas altas tambin pueden modificar la estructura de las sustancias cermicas o provocar que los polmeros se derritan o carbonicen Transformaciones de fases Fragilizaran (Las temperaturas muy bajas pueden causar que el metal falle por fragilidad an cuando la carga aplicada sea baja)

Temperatura

Variacin de la resistencia con la temperatura de los materiales

Los metales son atacados por diversos lquidos corrosivos siendo degradados uniforme o selectivamente. Pueden desarrollar tambin grietas o picaduras que conducen a falla prematura. Las sustancias cermicas son atacadas por cermicos en estado lquido. Los polmeros pueden ser disueltos por sustancias disolventes.

CorrosinCorrosin

Puede ocasionar prdida de resistencia, fragilidad o alteracin crtica de las propiedades fsicas.La dilatacin, producida por cavidades y burbujas de origen radiactivo, pueden causar cambios en las dimensiones externas y aun agrietamiento.La radiacin nuclear puede afectar la estructura interna de todos los materiales.Radiacin-EN MATERIALES ESTRUCTURALES:- Cambios dimensionales- Cambios de las propiedades mecnicas- Cambios de composicin a nivel local

- EN MATERIALES NO ESTRUCTURALES:- Cambios en propiedades fsica

El tipo de fuerza, o carga, que acta en el material puede cambiar radicalmente su comportamiento. Se debe disear los componentes de forma tal que la carga en el material no sea suficiente para causar su deformacin permanente El esfuerzo a la fluencia (limite elstico) es la propiedad ms crtica y suele ser una de las propiedades ms importantes para el diseo. Un material con alto esfuerzo de fluencia puede fallar fcilmente si la carga es cclica (fatiga) o se aplica sbitamente (impacto).

Carga

Es necesario desarrollar nuevos materiales con propiedades comparables y con menos impacto ambiental un fascinante reto para los ingenieros y cientficos de materiales

Necesidad de materiales modernos

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