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Propiedades físicas y mecánicas de
los materiales – Parte I
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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
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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)
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Capítulo 1. Conceptos Generales
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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
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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
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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
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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.
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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
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- 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
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- Granulometría: cantidad y dimensión de los granos
que componen materiales granulares (arenas,
gravas, etc.)
Capítulo 2. Propiedades Generales
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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
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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
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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
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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