INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA CIVIL

Ing. Elsa Carrera C., Ing. Ana Biondi

UNIDAD 1SEMANA 2: NOCIONES DEL COMPORTAMIENTO

DE LOS MATERIALES

DEFINICIONES.-Un material de construcción es una

materiaprima o con más frecuencia un productomanufacturado, empleado en la

construcciónde edificios o de cualquier tipo de obras deingeniería civil.

• Materia prima

• Los materiales

• Los productos manufacturados

Los materiales empleados en laConstrucción de viviendas,edificios y grandes obras deingeniería se pueden clasificar encinco grupos principales:

a) Pétreos: roca, caliza, mármol, granito, pizarra, áridos.

b) Cerámicos y vidrios. c) Aglutinantes: yeso, cemento. d) Compuestos: mortero,

hormigón, mezclas asfálticas. e) Metálicos

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

Ejemplo: Concreto

• Concreto es una mezcla en diferentes proporciones de cemento, arena, grava y agua, que se endurece con el tiempo.

• Las propiedades que lo hacen tan apropiado en construcción son que: es económico, resistente al fuego, duradero, puede fabricarse directamente en obra.

• El principal inconveniente es su baja resistencia a la tracción.

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

Los pilares de los puentes se construyen de concreto armado. Construcción de una obra pública, en la que podemos ver las columnas y vigas que sustentarán la vía.

Elementos cerámicos, como el ladrillo, hueco o compacto, y la teja se usan como elementos de cerramiento en viviendas. Las propiedades de un material determinan su uso.

PROPIEDADES DE LOS MATERIALESLas propiedades de los

materiales:Son el conjunto de

característicasque hacen que el material secomporte de una maneradeterminada ante estímulosexternos.

Estas pueden ser: físicas(eléctricas, mecánicas, térmicas, ópticas), químicas (oxidación) yecológicas (reciclables, tóxicas,biodegradables, renovables).

PROPIEDADES FÍSICASPropiedades Mecánicas

Son las más importantes, ya que nos describen el comportamientode los materiales cuando son sometidos a las acciones de fuerzasexteriores.Las más representativas son:

Elasticidad: propiedad de los materiales de recuperar su formaoriginal cuando deja de actuar sobre ellos la fuerza que losdeformaba. Lo contrario a esta propiedad sería la plasticidad o seala propiedad para adquirir deformaciones permanentes.

Maleabilidad: facilidad para extenderse en láminas o planchas.

Ductilidad : para extenderse formando cables o hilos.

Dureza: resistencia que opone un material a dejarse rayar por otro.

El más duro es el diamante, que sólo se puede rayar con otrodiamante.

Tenacidad: resistencia a romperse cuando es golpeado. Fragilidad

sería lo contrario a tenaz, así el metal es tenaz y el vidrio y lacerámica son frágiles.

Ductilidad del cobre

Dureza del diamante

(Continuación Propiedades Mecánicas)

ESFUERZO Y DEFORMACIÓN

• la Ley de Hooke: las tensiones son proporcionales a las elongaciones. Los materiales que responden a esta ley son perfectamente elásticos.

• F = k. Δx• De 0 hasta a, se llama recta de Hooke. Sin

embargo hasta b inclusive, cuando descargamos la pieza recupera su longitud original (entre 0 y b, el material es elástico).

Todos los materiales y estructuras se deforman, convalores variables, cuando se les somete a una

carga.El desplazamiento de una estructura depende de sutamaño, su forma geométrica y también de la clase

dematerial que la compone.El estado elástico es cuando cualquier elemento

sólidosometido a una fuerza recobra su forma original

cuandose retira la carga que producía su deformación.

Principio de Acción y Reacción:

Si un cuerpo actúa sobre otro con una fuerza (acción), éste reacciona contra aquél con otra fuerza de igual valor y dirección, pero de sentido contrario (reacción).

Hay que destacar que, aunque los pares de acción y reacción tengan el mismo valor y sentidos contrarios, no se anulan entre si, puesto que actúan sobre cuerpos distintos.

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

• Los materiales pétreos y cerámicos son muy resistentes a la compresión.

• ¿Y a la tracción?

RESISTENCIA A LA TRACCION

La resistencia a la tracción en las edificaciones la absorbe el acero.

CONCRETO ARMADO

ESFUERZO CORTANTE Las fuerzas aplicadas a un elemento estructural pueden inducir unefecto de deslizamiento de una parte del mismo con respecto aotra. En este caso, sobre el área de deslizamiento se produce unesfuerzo cortante, o tangencial .

FLEXIÓN

Es el tipo de deformación que presenta un elemento estructural

alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El

término "alargado" se aplica cuando una dimensión es dominante

frente a las otras. Un caso típico son las vigas, las que están diseñas

para trabajar, principalmente, por flexión. Igualmente, el concepto de flexión se extiende a elementossuperficiales como placas o láminas.

TORSIÓN

Es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento

sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prismamecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos

donde unadimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posibleencontrarla en situaciones diversas.La Fig.1.muestra una viga circular bajo torsión.

TRABAJABILIDAD

Es el conjunto de propiedades o características que posee un determinadomaterial con relación a su respuesta al trabajo manual, a la acción de lasherramientas manuales o eléctricas. Una madera posee buena trabajabilidad cuando responde bien al corte con,al cepillado, al clavado, al atornillado, al lijado, al torneado, al engomado, etc.

PROPIEDADES TÉRMICAS

Determinan el comportamiento de los materiales frente al calor.Conductividad térmica: es la propiedad de los materiales de transmitirel calor, produciéndose, lógicamente una sensación de frío al tocarlos.Un material puede ser buen conductor térmico o malo.

Fusibilidad: facilidad con que un material puede fundirse. Soldabilidad:facilidad de un material para poder soldarse consigo mismo o con otromaterial. Lógicamente los materiales con buena fusibilidad suelen tenerbuena soldabilidad.

Dilatación: es el aumento de tamaño que experimenta un materialcuando se eleva su temperatura.

PROPIEDADES ÓPTICAS

Se ponen de manifiesto cuando la luz incida sobreel material.Materiales opacos: no se pueden ver losobjetos a través de ellos. Materiales transparentes: los objetos se pueden ver a través de ellos, pues dejan pasar los rayos de luz. Materiales Translúcidos: estos materiales permiten el paso de la luz, pero no dejan ver con nitideza través de ellos.Por ejemplo el papel de cebolla es opacotranslucido y transparente.

PROPIEDADES ACÚSTICAS Determinan la respuesta de los materialesante el sonido. Conductividad acústica: es la propiedad de losmateriales de transmitir el sonido.Decibelímetro: mide el sonido en decibelios.

PROPIEDADES MAGNÉTICAS Ponen de manifiesto el comportamientofrente a determinados metales. Magnetismo: es la capacidad de atraer aotros materiales metálicos.

PROPIEDADES QUÍMICAS

Se manifiestan cuando los materiales sufren una transformacióndebida a su interacción con otras sustancias. Ataque demecanismos químicos, de ácidos, como los sulfatos, reacción de

losálcalis del cemento, corrosión de las armaduras en ambientesadecuados para ello, etc.

La oxidación: es la facilidad con la que un material se oxida, esdecir, reacciona en contacto con el oxígeno del aire o del agua.Los metales son los materiales que más se oxidan.

Efectos del ambiente : Los cambios climáticos y meteorológicos (la humedad, sequedad del sol, la lluvia, ciclos de hielo-deshielo,

losvientos secos calientes o fríos, etc.) ocasionan las contracciones yexpansiones que originan las tensiones de tracción internos. Es asíque para determinar la resistencia estimada al intemperismo sesimula la acción de hielo/deshielo por humedecimiento y secadosucesivo.

Todo ambiente tiene su incidencia en los materiales de construcción,

el agua (marina o dulce) afecta al concreto. En el concreto sumergido, se tiene que el efecto del ambiente submarino o sumergido se presenta de varias maneras (efectos

del ambiente, la durabilidad, la corrosión). Cuando el hormigón no está sumergido totalmente, el agua es continuamente evaporada de la superficie del hormigón que

sobresale del nivel del agua, quedando un poco de residuo de sal

depositado en el hormigón, luego las sales se difunden por capilaridad dentro

de los poros afectándolo.

PROPIEDADES ECOLÓGICASSegún el impacto que producen los materiales en el medio ambiente,se clasifican en:Reciclables: son los materiales que se pueden reutilizar (vidrio, papel ycartón, metales, y plásticos).Tóxicos: estos materiales son nocivos para el medio ambiente, ya quepueden resultar venenosos para los seres vivos, contaminan el agua, elsuelo o la atmósfera.Biodegradables: son los materiales que tardan menos tiempo endescomponerse de forma natural en otras sustancias.Renovables: son aquellos que existen en la naturaleza de formailimitada, ya que se pueden regenerar (lana, algodón y madera).

OTRAS PROPIEDADES

Además, los materiales empleados enconstrucción en general son también:

Duros: es decir, no se rayan fácilmente, por loque son muy resistentes al desgaste y a lafricción. Frágiles: se rompen con facilidad al recibir ungolpe seco. Es el caso del vidrio, que es muyfrágil. Resistentes a la corrosión: aguantan muy

biencondiciones medioambientales agresivas,

comohumedad, cambios de temperatura, etc., y sonmuy duraderos. Ejm. Aluminio.

Económicos: la materia prima empleada es muy abundante. Es el

caso del yeso natural, la arena o la arcilla.El transporte a largas distancias, sin embargo, es lo que másencarece el precio de la materia prima.

Durables: Hoy día no se concibe una estructura que no estédefinida para garantizar su utilidad durante un periodo de tiempodeterminado, garantizando además que su integridad no pueda

verseafectada por aspectos como el envejecimiento o el deterioroprematuro por el uso.

GRACIAS