CAPITULO I: PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES

Generalidades

Los materiales de construcción son todos aquellos componentes que intervienen de alguna forma en el proceso constructivo de una obra,permitiendo la obtención de otros materiales o interviniendo en forma directa.

Propiedades físicas


Pueden agruparse bajo esta denominación genérica aquellas propiedades cuya variación no va acompañada de una alteración del material.

• Formas y dimensiones 

Con el término dimensiones nos referimos a las medidas que definen el tamaño de un cuerpo (por ejemplo: largo, ancho, espesor, etc.). En este aspecto suele tener importancia no sólo el valor mismo de estas dimensiones sino también la regularidad con que se presentan en un grupo de elementos supuestamente iguales. 

Por ejemplo, es importante especificar las dimensiones de una serie de piezas iguales a producir, pero también lo es la tolerancia que puede admitirse en las desviaciones con respecto a las dimensiones establecidas. 

La determinación de la forma implica la comprobación de que un cuerpo responde a un determinado modelo. Por ejemplo la planaridad de una superficie puede verse afectada por 

depresiones o protuberancias; la forma rectilínea, la perpendicularidad o el paralelismo pueden estar alterados por desviaciones, etc. 

• Peso específico 

 

Estrictamente densidad es el cociente entre masa y volumen del cuerpo. El peso específico se expresa en unidades de peso por unidad de volumen, por ejemplo: kg/m3, ton/m3, kg/dm3, kg/lt, g/cm3, etc. 

Es importante destacar que cuando el volumen es el de un material compacto, sin poros o vacíos (ej. aceros, vidrios, etc.) al mismo se lo llama volumen absoluto o real (Vabs), mientras que si se trata de un material poroso (ej. maderas, hormigones celulares, etc.) o materiales pulverulentos o disgregados ( ej. cementos, cales, arenas, piedra partida, etc.) se considera además del volumen absoluto, el volumen aparente o relativo (Vap) que es el que incluye a los poros o vacíos. 

Vabsoluto = Vaparente Vvacíos 

• Densidad 

Es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen.

• Porosidad 

Es el cociente entre el volumen de poros de un sólido y su volumen aparente total. Los poros contenidos en un material son de dos clases: externos (en comunicación con el exterior) o internos (inaccesibles desde el exterior). En consecuencia pueden definirse dos tipos de porosidad: la aparente y la absoluta. 

La porosidad se expresa generalmente en forma porcentual. 

• Permeabilidad 

Indica la facilidad con que un material puede ser atravesado por los fluidos (líquidos y gases); siendo usual considerar, en el caso de materiales de construcción, la permeabilidad al agua y al vapor de agua. 

El concepto de permeabilidad no debe confundirse con el de porosidad, ya que un material puede ser muy poroso y no ser permeable, la condición para que un material poroso sea permeable es que los poros tengan comunicación entre sí. 

• Capilaridad 

 Propiedad de atraer un cuerpo sólido y hacer subir por sus paredes hasta cierto límite el líquido que las moja, como el agua, y de repeler y formar a su alrededor un hueco o vacío con el líquido que no las moja, como el mercurio.

• Higroscopia 

Es la propiedad que tienen algunos materiales de absorber agua (generalmente en forma de vapor) del medio que los rodea y modificar su volumen. 

Propiedades térmicas

• Calor específico 

El calor específico es la cantidad de calor que se necesita por unidad de masa para elevar la temperatura un grado Celsius. La relación entre calor y cambio de temperatura, se expresa normalmente en la forma que se muestra abajo, donde c es el calor específico. Esta fórmula no se aplica si se produce un cambio de fase, porque el calor añadido o sustraído durante el cambio de fase no cambia la temperatura.

                       Q = m·C_e·(Tf-T_i)

donde Q representa el calor cedido o absorbido, la masa del cuerpo y Tf y Ti las temperaturas final e inicial respectivamente. Q será positivo si la temperatura final es mayor que la inicial (Tf> Ti) y negativo en el caso contrario (Tf< Ti).

• Dilatación 

La experiencia muestra que los sólidos se dilatan cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. La dilatación y la contracción ocurren en tres (3) dimensiones: largo, ancho y alto.

A la variación en las dimensiones de un sólido causada por calentamiento (se dilata) o enfriamiento (se contrae) se denomina Dilatación térmica.

La dilatación de los sólidos con el aumento de la temperatura ocurre porque aumenta la energía térmica y esto hace que aumente las vibraciones de los átomos y moléculas que forman el cuerpo, haciendo que pase a posiciones de equilibrio más alejadas que las originales. Este alejamiento mayor de los átomos y de las moléculas del sólido produce su dilatación en todas las direcciones.

Dilatación Lineal

Es aquella en la que predomina la variación en una (1) dimensión de un cuerpo, es decir: el largo.Ejemplo : dilatación en hilos, cabos y barras.

Dilatación Superficial

Es aquella en la que predomina la variación en dos (2) dimensiones de un cuerpo, es decir: el largo y el ancho.

Dilatación Volumétrica

Es aquella en la predomina la variación en tres (3) dimensiones de un cuerpo, es decir: el largo, el ancho y el alto.

• Transmisión del calor 

El calor, que es una forma de energía, puede transmitirse por tres formas distintas:

1. Conducción, intercambio a través del material.
2. Convección, intercambio a través de los fluidos por diferencia de temperatura.
3. Radiación, intercambio a través del vacío(radiación solar, ondas electromagnéticas) 

El fenómeno de transporte por conducción, es a nivel molecular, sin movimiento visible y se da exclusivamente en los sólidos. La cantidad de calor, que por ejemplo atraviesa un muro homogéneo durante un determinado tiempo, se expresa mediante la siguiente ecuación: 

                               Donde: 

ƒ Q: Cantidad de calor, expresado en kilocalorías (kcal) 

ƒ λ: Coeficiente de conductibilidad térmica del material constitutivo del            muro, expresado en Kcal/m.h.°C. 

ƒ∆t: Diferencia de temperatura, expresada en °C 

ƒ                               S: Superficie de la cara del muro, expresada en m2. 

ƒ                               T: Tiempo, expresado en horas. 

El coeficiente de conductibilidad térmica es un indicador de la capacidad de aislación

térmica de los materiales.

La convección se da en los fluidos (líquidos y gases) y es un fenómeno a nivel 

macroscópico caracterizado por el movimiento del fluido originado por las diferencias de

densidades generadas por los cambios de temperatura, esto es lo que se denominan 

corrientes convectoras. 

Finalmente la transmisión por radiación se produce sin la intervención de medio material 

alguno y a través de ondas.

• Reflexión del calor 

Los cuerpos pueden clasificarse según su permeabilidad al calor radiante, en atérmanos o sea impermeables en mayor o menor medida a las radiaciones caloríficas y en diatérmanos a los permeables al calor radiante. La energía absorbida se transforma en calory aumenta la temperatura en los cuerpos atérmanos. El conocimiento del poder reflejante o de absorción del calor de los diversos materiales tiene gran importancia en la construcción, sobre todo de aquellos que constituyen la envolvente de un edificio (muros, cerramientos y techos) ya que influyen sobre las condiciones de habitabilidad higrotérmica del mismo.

Finalmente es importante destacar que las condiciones de reflexión y absorción del calor de un material, se ven fuertemente influencias por las características superficiales del mismo 

(color, brillo, etc.) 

Propiedades acústicas

Estudian el comportamiento de los materiales ante el contacto con ondas sonoras.

El sonido que produce el 

impacto del martillo viajo 

por el material en todas 

direcciones y se propaga

luego por el aire.

• Transmisión del sonido 

Es la propiedad de algunos materiales de transmitir las ondas sonoras a través de ellos.

Los materiales rígidos transmiten el sonido con facilidad a través de ellos. 

Los materiales blandos no transmiten el sonido a través de ellos, porque pueden amortiguar el golpe. Cuando más denso es el medio de propagación del sonido, mejor será la transmisión de éste. 

Ejemplo: el sonido se propaga mejor en el agua que en el aire.

• Reflexión del sonido 

Es la propiedad de algunos materiales de reflejar las ondas sonoras que llegan a ellos.

Las ondas sonoras, al llegar a un objeto pueden rebotar contra los mismos y viajar en el sentido contrario. Para que esto ocurra, el objeto debe ser rígido, este efecto se le conoce como eco.

Propiedades ópticas

• Color 

El concepto de color está conformado por la relación entre los aspectos físicos del mismo, su percepción por el ojo humano y por la interpretación psicológica propia de cada persona.

• Reflexión de la luz 

Es la propiedad de algunos materiales de reflejar la luz que llega a ellos. A Más lisa la superficie, más reflejará la luz.

• Transmisión de la luz 

Es la propiedad de algunos materiales de dejar pasar la luz a través de ellos.

1. Transparentes, dejan pasar la luz y se puede ver a través de ellos, se puede ver las formas que están del otro lado del material con claridad. La superficie de estos materiales debe ser lisa, de lo contrario pierden transparencia. Ejemplo: Vidrio, algunos plásticos, agua.
2. Translucidos, dejan pasar la luz pero no la visión, se puede ver las siluetas que se encuentran al otro lado del material, pero no los detalles. Ejemplo: Vidrios esmerilados, algunos plásticos.
3.  Opacos, no dejan pasar la luz ni la visión.

Propiedades químicas

Se observan cuando una sustancia sufre un cambio químico, es decir, una transformación de su estructura interna, convirtiéndose en otras sustancias nuevas. Dichos cambios químicos, pueden ser reversibles o irreversibles

• Composición química 

El conocimiento de la composición química de un determinado material tiene importancia ya que la presencia o ausencia de determinados compuestos, puede influir sobre sus propiedades o bien en su interrelación con otros materiales. Además de la composición cualitativa interesa en muchos casos conocer los porcentajes de cada elemento, ya que ello puede ser determinante para un uso específico. 

• Estabilidad química

Reacciones frente a agentes externos (alteraciones)

• Solubilidad

Cualidad de soluble cantidad máxima de un material que puede ser disuelto en un disolvente.

1. Solución ácida: ph = 0-7
2. Solución neutra: ph = 7
3. Solución básica: ph > 7

• Resistencia a la corrosión y a la oxidación 

La oxidación es una reacción química, cuando un material se combina con el oxígeno, transformándose en óxidos más o menos complejos, se dice que experimenta una reacción de oxidación.   

La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. Puede ser mediante una reacción química (oxidorreducción) en la que intervienen tres factores:

1. La pieza manufacturada 
2. El ambiente 
3. El agua

Propiedades mecánicas

• Resistencia 

Capacidad de soportar una carga externa si el metal debe soportarla sin romperse se denomina carga de rotura y puede producirse por tracción, por compresión, por torsión, habrá una resistencia a la rotura (kg/mm²) para cada uno de estos esfuerzos.

• Tenacidad 

Es la resistencia que presenta un material a romperse cuando se golpea. Los materiales que, como el hierro, resisten los golpes sin romperse se llaman materiales tenaces. Por el contrario, los materiales que, como la porcelana, se rompen cuando se golpean se llaman materiales frágiles. 

• Elasticidad

Capacidad que tiene un material de recuperar su forma por sí solo, después de que se estira, se comprime o se retuerce. 

• Plasticidad 

Es la propiedad de mantener la deformación una vez retirada la carga sin romperse ni agrietarse, retiene formas nuevas.

• Maleabilidad 

Es la capacidad que tienen algunos materiales para extenderse en láminas delgadas mediante esfuerzos de compresión debido al frío o calor. Por ejemplo: Oro, plata, estaño, cobre, cinc, plomo, aluminio, latón. 

• Ductibilidad 

Capacidad que presenta un material para ser deformado por fuerzas de tracción, transformándose en hilos. Por ejemplo: Plata, cobre, hierro, plomo y aluminio

• Fluencia 

Propiedad de algunos metales de deformarse lenta y espontáneamente bajo la acción de su propio peso o de cargas muy pequeñas. Esta deformación lenta, se denomina también creep.

• Rigidez 

Es la propiedad de un cuerpo, elemento o estructura de oponerse a las deformaciones. También podría definirse como la capacidad de soportar cargas o tensiones sin deformarse o desplazarse excesivamente.

• Dureza

Es la resistencia que presenta un material a ser rayado o cortado por otro. 

• Isotropía

Un material es isotrópico si sus propiedades mecánicas y térmicas son las mismas en todas las direcciones. Los materiales isotrópicos pueden tener estructuras microscópicas homogéneas o no homogéneas. Por ejemplo, el acero muestra un comportamiento isotrópico, aunque su estructura microscópica no es homogénea.