ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA

CARRERA: INGENIERIA CIVIL

TEMA1: INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE LOS

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN - III

TEMA1: INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN - III 4.- PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

4.2.- PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Y MECÁNICAS…

4.2.4.- ESFUERZOS Y SUS TIPOLOGÍAS

4.3.- PROPIEDADES QUIMICAS

4.4.- PROPIEDADES ESTÉTICAS Y ECONÓMICAS

5.- LA ELECCIÓN DE LOS MATERIALES - CALIDAD DE LOS MATERIALES

5.1.- DEFINICIÓN

5.2.- REQUISITOS

5.3.- CONTROLES

5.4.- ENSAYOS

5.4.1- ENSAYOS DESTRUCTIVOS

5.4.2.- ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

6.- DURABILIDAD Y ATAQUES

6.1.- MECANISMOS DE DETERIORO

6.1.1.- LESIONES FÍSICAS

6.1.2.- LESIONES MECANICAS

6.1.3.- LESIONES QUIMICAS

7.- SOSTENIBILIDAD DE LOS MATERIALES

4.2.- PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Y MECÁNICAS 4.2.4.- ESFUERZOS Y SUS TIPOLOGÍAS

Fuerza interna ocasionada por la cohesión de las partículas que conforman el material.

Se opone a las deformaciones ocasionadas por las fuerzas externas.

Es la fuerza aplicada sobre un cuerpo, medida en unidad de área.

Unidades.- Pa = Pascal = 1 newton / m2 (SI) ‰libras / pulgada 2 = p.s.i (Sistema Inglés) ‰Kilogramos-fuerza por centímetro cuadrado = kg/cm2 (Sistema Europeo)

LA RESISTENCIA DE UN MATERIAL ES IGUAL AL ESFUERZO O FUERZA

QUE SE NECESITA PARA ROMPER LA PIEZA DE DICHO MATERIAL

ESFUERZO, FUERZA O TENSIÓN:

4.2.- PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Y MECÁNICAS 4.2.4.- ESFUERZOS Y SUS TIPOLOGÍAS

Los Esfuerzos y el número de formas de aplicarlos, pueden ser muy

diversos en cada caso, y se designan como:

• Compresión

• Tracción

• Corte

• Fractura

• Fatiga

• Flexión

• Rotación

• Choque

• Helada

• Plegado

• Perforación

4.2.- PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Y MECÁNICAS 4.2.4.- ESFUERZOS Y SUS TIPOLOGÍAS

Se provoca por la aplicación de dos fuerzas iguales y opuestas que actúan sobre la misma línea de acción y tiende a acortar la pieza o acercarse.

LOS MATERIALES MÁS RESISTENTES A LA COMPRESIÓN SON LOS PÉTREOS Y CERÁMICOS

COMPRESIÓN:

4.2.- PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Y MECÁNICAS 4.2.4.- ESFUERZOS Y SUS TIPOLOGÍAS

La unidad que se emplea para medir esta resistencia es el mega pascal (MPa).

Si tomamos 3 columnas iguales de acero, vidrio y hormigón, cada una de ellas tendrá una resistencia diferente.

COMPRESIÓN:

4.2.- PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Y MECÁNICAS 4.2.4.- ESFUERZOS Y SUS TIPOLOGÍAS

La forma “cúbica o cilíndrica” es la que suele darse a las probetas para estos ensayos.

Conviene señalar que la forma de la probeta influye en la resistencia, la cual es mayor si las secciones del prisma ensayado en lugar de ser rectangulares, son cuadradas, aumentando si son hexagonales y aún mas si son circulares.

Al mismo tiempo la resistencia disminuye al aumentar la altura.

El ensayo a la compresión es el mas necesario e importante para los morteros y el hormigones.

10 11 COMPRESIÓN:

4.2.- PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Y MECÁNICAS 4.2.4.- ESFUERZOS Y SUS TIPOLOGÍAS

COMPRESIÓN:

4.2.- PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Y MECÁNICAS 4.2.4.- ESFUERZOS Y SUS TIPOLOGÍAS

Se provoca por la aplicación de dos fuerzas iguales y opuestas que actúan sobre una misma línea de acción y tienden a alargar la pieza o alejarse, hasta un límite aparente de elasticidad y mas tarde sobreviene la rotura

LOS MÁS RESISTENTES SON LOS PERFILES LAMINADOS DE ACERO, Y LOS MENOS RESISTENTES SON LOS MATERIALES

PÉTREOS.

TRACCIÓN:

4.2.- PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Y MECÁNICAS 4.2.4.- ESFUERZOS Y SUS TIPOLOGÍAS

12 TRACCIÓN:

La unidad que se emplea para medir esta resistencia es el mega pascal (MPa).

Si tomamos 3 columnas iguales de acero, vidrio y hormigón, cada una de ellas tendrá una resistencia diferente.

4.2.- PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Y MECÁNICAS 4.2.4.- ESFUERZOS Y SUS TIPOLOGÍAS

Se produce por el efecto de dos fuerzas de sentido contrario que actúan sobre distintas líneas de acción, a una distancia muy escasa una de otra.

La determinación de las fuerzas se hace comúnmente con las mismas máquinas con que se hacen los ensayos de compresión y tracción, variando únicamente sus dispositivos.

CORTE O CIZALLAMIENTO:

4.2.- PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Y MECÁNICAS 4.2.4.- ESFUERZOS Y SUS TIPOLOGÍAS

La fractura de un sólido se puede definir como su separación en dos o más partes como consecuencia de los efectos de una tensión.

Existen dos tipos de fracturas:

Fractura dúctil, en la que se produce una importante deformación plástica en la zona de rotura. Debido a la irregularidad de esta deformación plástica, se originan superficies de fractura mates. Fractura frágil, en la que el material se separa según un plano y sin que apenas se produzca deformación plástica. Este tipo de fractura origina superficies brillantes. En materiales rígidos

FRACTURA:

4.2.- PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Y MECÁNICAS 4.2.4.- ESFUERZOS Y SUS TIPOLOGÍAS

FRACTURA:

4.2.- PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Y MECÁNICAS 4.2.4.- ESFUERZOS Y SUS TIPOLOGÍAS

Por fatiga se entiende la situación en la que se encuentran algunas piezas sometidas a cargas “CÍCLICAS” de valor inferior al crítico de rotura del material.

Forma de rotura que ocurre después de un período largo de tensiones repetidas.

Cuando una pieza se encuentra sometida a un proceso de fatiga, las grietas de tamaño diminuto existentes en el material van creciendo progresivamente hasta que en un momento dado el tamaño de la grieta mayor es lo suficientemente grande como para que se produzca la rotura del elemento.

Típico en: Metales y uniones soldadas con poca penetración.

Un ejemplo de ello se tiene en un alambre: flexionándolo repetidamente se rompe con facilidad, pero la fuerza que hay que hacer para romperlo en una sola flexión es muy grande.

FATIGA:

4.2.- PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Y MECÁNICAS 4.2.4.- ESFUERZOS Y SUS TIPOLOGÍAS

La fatiga es una forma de rotura que ocurre en estructuras sometidas a tensiones dinámicas y fluctuantes o cíclicas (puentes, automóviles, aviones, etc.).

SU PRINCIPAL PELIGRO ES QUE PUEDE OCURRIR SIN PREVIO AVISO, CAUSANDO ROTURAS CATASTRÓFICAS.

Es un fenómeno muy importante, ya que es la primera causa de rotura de los materiales metálicos (aproximadamente el 90%), aunque también está presente en polímeros y en cerámicas.

FATIGA:

4.2.- PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Y MECÁNICAS 4.2.4.- ESFUERZOS Y SUS TIPOLOGÍAS

Resistencia del material a dejarse flectar, doblar o curvar. „

Es un esfuerzo combinado de compresión y tracción.

Se produce en todo cuerpo que sustentado por dos apoyos se carga en el intervalo entre ellos (luz); bajo la acción de dicha carga el cuerpo se curva (flecha) y sus moléculas trabajan, unas resistiendo a la “compresión y otras a la tracción”

FLEXIÓN O PANDEO:

4.2.- PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Y MECÁNICAS 4.2.4.- ESFUERZOS Y SUS TIPOLOGÍAS

13 14 FLEXIÓN O PANDEO:

4.2.- PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Y MECÁNICAS 4.2.4.- ESFUERZOS Y SUS TIPOLOGÍAS

Consiste en sujetar por un extremo un cuerpo, generalmente alargado y desde el otro se procura imprimir un movimiento de giro alrededor del eje.

Se presenta por ejemplo en los nudos de viga - columnas

ROTACIÓN O TORSIÓN:

4.2.- PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Y MECÁNICAS 4.2.4.- ESFUERZOS Y SUS TIPOLOGÍAS

El material expuesto al choque recibe cargas repentinas que alcanzan instantáneamente su valor máximo, por lo que también debe deformarse instantáneamente para poder absorberlas. Se da el caso de algún material que siendo elástico a la flexión, puede llegar a romperse al choque sin deformación perceptible.

El ensayo Martens, se basa en la medida de la anchura de la raya que produce en el material una punta de diamante de forma piramidal y de ángulo en el vértice de 90°, con una carga constante y determinada. Se mide "a" en micras y la dureza Martens viene dada por:

CHOQUE:

Plomo 16.8

Cobre 37

Acero dulce 73

Acero duro 145

4.2.- PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Y MECÁNICAS 4.2.4.- ESFUERZOS Y SUS TIPOLOGÍAS

Tanto la piedra natural o artificial, como los materiales de construcción expuestos a la intemperie, tales como tejas, ladrillos, pavimentos, prefabricados, etc., cuando se impregnan de agua de lluvia y bajan las temperaturas, se produce la congelación del agua intersticial absorbida, la cual al aumentar de volumen por efecto de la dilatación producida por el cambio de estado de líquido a sólido, genera una serie de fuerzas expansivas en el interior del material que llevan como consecuencia a la fatiga interna y a la disminución de su resistencia estructural.

Para conocer el grado de resistencia a la helada de los materiales de construcción, es necesario simular a escala de laboratorio condiciones de inmersión en agua, hielo y deshielo, de forma cíclica repetitiva.

El ensayo consiste en impregnar el material con agua y hacerle sufrir en forma alternada los cambios de temperatura de +10º C. a -10º C. Si no experimenta disgregación de moléculas ni aún en las aristas, se lo puede considerar como bueno.

HELADA:

4.3.- PROPIEDADES QUIMICAS

Consisten en la resistencia opuesta por el material a las acciones externas, como ser:

• Humedad • Aire • Vapor • Ácidos • Otros

Y dependen de las anteriores, situaciones como:

• El aspecto • El color • El brillo • La facilidad de pulimento • La conservación

El estudio químico permite determinar los componentes de los cuerpos, sus particularidades y las proporciones en que intervienen para formarlo. Como por ejemplo en las aleaciones o la influencia de uno de los componentes sobre las propiedades del producto, por ejemplo, la del carbono en el hierro.

4.4.- PROPIEDADES ESTÉTICAS Y ECONÓMICAS

Para que un material sea utilizable en una determinada aplicación, además de poseer unas adecuadas propiedades físicas, químicas, tecnológicas y mecánicas, debe tener ciertas propiedades estéticas que agraden a sus usuarios.

Para la elección de un material también resultan importantes sus condiciones económicas; es decir: • El coste propiamente dicho (relación del precio vs. efecto buscado)

• El coste de transporte desde el lugar de fabricación hasta el de consumo

• Disponibilidad del material en el momento en que se necesita.

• Si el gasto de compra queda compensado por el rendimiento en obra en comparación con otro similar de costo menor.

Al elegir un material para una determinada aplicación, habrá que tener

en cuenta los siguientes factores:

• Sus propiedades: dureza, flexibilidad, resistencia al calor...

• Las posibilidades de fabricación: las máquinas y herramientas de

las que se dispone, la facilidad con que se trabaja...

• Su disponibilidad: la abundancia del material, la proximidad al

lugar donde se necesita...

• Su impacto sobre el medio ambiente: si contamina, es tóxico, o

biodegradable.

• Su precio: El coste del material utilizado influirá en el precio final

del producto u objeto construido.

5.- LA ELECCIÓN DE LOS MATERIALES - CALIDAD DE LOS MATERIALES

5.- CALIDAD DE LOS MATERIALES 5.1.- DEFINICIÓN

“CALIDAD” COMO SATISFACCIÓN DE LAS NECESIDADES

Definición Norma ISO 8.402:1994

La calidad de los materiales puede estudiarse analizando los requisitos

básicos exigibles a sus funciones:

• Funcional idad

• Seguridad

• Habi tab i l idad

Teniendo la finalidad fundamental de:

1º. Defender la seguridad de las personas

2º. Establecer las condiciones mínimas para atender las

exigencias humanas.

3º. Proteger la economía de la sociedad.

5.- CALIDAD DE LOS MATERIALES 5.2.- REQUISITOS

Las obras deberán proyectarse y

construirse con materiales que frente

a las cargas a que puedan verse

sometidas durante su construcción y/o

utilización no produzcan ninguno de los

siguientes resultados:

Derrumbe de toda o parte de la

obra.

Deformaciones importantes en

grado inadmisible.

Deterioro de otras partes de la obra

de los accesorios o del equipo

instalado, como consecuencia de

una deformación importante de los

elementos sustentantes.

RESISTENCIA MECÁNICA Y ESTABILIDAD:

5.- CALIDAD DE LOS MATERIALES 5.2.- REQUISITOS

…no produzcan ninguno de los siguientes resultados:

Fugas de gas tóxico

Presencia de partículas o gases peligrosos en el aire

Emisión de radiaciones peligrosas

Contaminación o envenenamiento del agua del suelo.

Defectos de evacuación de aguas residuales, humos y residuos

sólidos o líquidos

Presencia de humedad en partes de la obra o en superficies

interiores de la misma.

HIGIENE, SALUD Y MEDIO AMBIENTE:

Solicitudes de

implementación o

aplicación

Solicitudes de

construcción o

fabricación

Conocer de forma

más precisa el

comportamiento y

características de los

materiales

empleados.

Garantizar

estándares mínimos

de calidad en los

materiales para evitar

desperdicios, atrasos

y patologías

5.- CALIDAD DE LOS MATERIALES 5.3.- CONTROLES

5.- CALIDAD DE LOS MATERIALES 5.3.- CONTROLES

5.- CALIDAD DE LOS MATERIALES 5.4.- ENSAYOS

El laboratorio de control proporciona resultados concretos de las características de los materiales y productos, determinados de acuerdo con las correspondientes normas de ensayo.

SE IMITA LA REALIDAD MEDIANTE SIMULACIONES

NO DECIDE sobre la aceptación o rechazo de un material o una unidad

de obra, ya que eso es RESPONSABILIDAD DEL PROFESIONAL A CARGO.

TIPOS

ENSAYOS DE LABORATORIO:

5.- CALIDAD DE LOS MATERIALES 5.4.1- ENSAYOS DESTRUCTIVOS

SON PRUEBAS QUE SE REALIZAN A LOS MATERIALES, Y QUE SE

CARACTERIZAN PORQUE DEFORMAN EL MATERIAL.

Para ello suele usarse una probeta construida con el material que

se desea ensayar y que servirá para una sola aplicación.

5.- CALIDAD DE LOS MATERIALES 5.4.1- ENSAYOS DESTRUCTIVOS

La forma “cúbica o cilíndrica” es la que suele darse a las probetas para estos ensayos.

Conviene señalar que la forma de la probeta influye en la resistencia, la cual es mayor si las secciones del prisma ensayado en lugar de ser rectangulares, son cuadradas, aumentando si son hexagonales y aún mas si son circulares.

Al mismo tiempo la resistencia disminuye al aumentar la altura.

El ensayo a la compresión es el mas necesario e importante para los morteros y el hormigones.

5.- CALIDAD DE LOS MATERIALES 5.4.1- ENSAYOS DESTRUCTIVOS

Entre los mas comunes se encuentran:

5.- CALIDAD DE LOS MATERIALES 5.4.2.- ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

SON PRUEBAS PRACTICADAS AL MATERIAL QUE NO ALTERAN

DE FORMA PERMANENTE SUS PROPIEDADES FÍSICAS,

QUÍMICAS, MECÁNICAS O DIMENSIONALES.

Los ensayos no destructivos implican un daño imperceptible o nulo.

Imagen registrada en

una película fotográfica,

al exponerla a una

fuente de alta energía

Se introduce un

haz sónico de alta

frecuencia en el

material a analizar

Se aplica un líquido

coloreado o

fluorescente a la

superficie en estudio

Entre los mas comunes se encuentran:

6.- DURABILIDAD Y ATAQUES

LA DURABILIDAD IMPLICA MANTENER LAS PROPIEDADES Y

PRESTACIONES DE LOS MATERIALES, A LO LARGO DEL TIEMPO

Y FRENTE A LOS AGENTES DE DETERIORO.

Para ello se requiere conocer:

1. La causa de las lesiones o mecanismos de deterioro

2. ƒHacer una elección correcta de los materiales en la redacción

del proyecto.

3. ƒEjecutar la obra con niveles de calidad.

4. Realizar un mantenimiento periódico.

6.- DURABILIDAD Y ATAQUES 6.1.- MECANISMOS DE DETERIORO

‰La mayoría de los mecanismos de deterioro requieren la acción del agua o de humedades en cantidades suficientes.

‰Los esfuerzos a los que están sometidos los materiales de construcción, en una obra o edificio, originan deformaciones a lo largo del tiempo, los cuales pueden ser de diverso origen (estructurales, constructivas y de uso).

‰Las acciones meteorológicas debidas a los agentes atmosféricos: lluvia, cambios de temperatura a lo largo de ciclos anuales o diarios, radiación ultravioleta (sol), nieve y viento.

‰La contaminación ambiental del aire y del agua, acción del fuego, gases y ácidos en interiores, principalmente en actividades industriales.

6.1.- MECANISMOS DE DETERIORO 6.1.1.- LESIONES FÍSICAS

‰Los edificios son vulnerables a procesos marcados por leyes físicas, que afectan sobre todo, a las características físicas de los materiales. † Las lesiones más importantes son:

6.1.- MECANISMOS DE DETERIORO 6.1.1.- LESIONES FÍSICAS

En materiales porosos que se han colocado en obra aportando agua líquida y que no han podido alcanzar la humedad de equilibrio antes de aplicarse el acabado superficial. ‰ Ello provoca la acumulación de vapor de agua en la interface entre acabado y soporte cuando el material intenta “respirar” sacando dicho vapor hacia el exterior, que acaba condensándose y provocando manchas generalizadas de humedad, incluso con eflorescencias y mohos.

HUMEDAD DE OBRA:

6.1.- MECANISMOS DE DETERIORO 6.1.1.- LESIONES FÍSICAS

Se produce el arranque de fachada y tabiquería, como consecuencia del ascenso por succión capilar del agua contenida en el terreno.

La altura que alcancen dependerá de varios factores, entre los cuales tenemos:

• ƒ La cantidad de agua que contenga el suelo • ƒ La capacidad de succión del material • ƒ La permeabilidad al vapor de agua de la cara exterior del muro afectado.

Las manchas suelen acompañarse también de eflorescencias y de erosiones físicas.

HUMEDAD DE CAPILARIDAD:

6.1.- MECANISMOS DE DETERIORO 6.1.1.- LESIONES FÍSICAS

Del agua de lluvia que entra a través de fachadas y cubiertas por distintas vías.

Las manchas de humedad aparecen, tanto en el exterior como en el interior.

En exteriores aparecen las manchas junto con eflorescencias, y provocan además erosiones físicas.

En interiores la mancha no tienen por qué aparecer en la misma situación por la que entra, sobre todo en cubiertas, debido a las distintas capas o elementos constructivos que constituyen el cerramiento.

HUMEDAD DE FILTRACIÓN:

6.1.- MECANISMOS DE DETERIORO 6.1.1.- LESIONES FÍSICAS

Como consecuencia de alcanzar la temperatura de rocío, del vapor de agua que transita a través de fachadas y cubiertas, desplazándose desde los locales donde se produce hacia el exterior, más ventilado:

• Condensación superficial interior • Condensación intersticial

‰En ambos casos las manchas aparecen en los puntos donde se produce la condensación, lo que suele coincidir con puentes térmicos, normalmente lineales, provocados por la presencia de elementos estructurales que interrumpen las planchas aislantes

HUMEDAD DE CONDENSACIÓN:

6.1.- MECANISMOS DE DETERIORO 6.1.1.- LESIONES FÍSICAS

Por rotura de tuberías, por acciones

mecánicas (tracción, cortantes o

punzonamiento), o por corrosión de las

mismas.

Pueden ir acompañadas de eflorescencias y

de erosiones físicas. ‰

Se puede presentar tanto en tuberías vistas

como empotradas

HUMEDADES ACCIDENTALES:

6.1.- MECANISMOS DE DETERIORO 6.1.1.- LESIONES FÍSICAS

Como consecuencia de la

contaminación ambiental se pueden

presentar dos tipos de ensuciamiento:

‰Por depósito: de partículas

ensuciantes en la superficie de las

fachadas en zonas poco expuestas.

‰Por lavado diferencial: por efecto

del lavado espontáneo en zonas

previamente sucias, por falta de

control del escurrimiento del agua.

SUCIEDAD:

6.1.- MECANISMOS DE DETERIORO 6.1.1.- LESIONES FÍSICAS

Pérdida de superficie producida por la acción de los agentes

atmosféricos, en fachadas y cubiertas, especialmente en las partes

más expuestas de las mismas (cornisas, esquinas, molduras, balcones,

etc.). ‰

La presencia de agua en el interior de los poros superficiales del

material facilita su destrucción (erosión) en el momento en que baja

la temperatura lo suficiente como para que se convierta en hielo,

dilatando un 9% y desmenuzando el material.

‰

Aparece principalmente en materiales

porosos denominados “heladizos”.

EROSIÓN:

6.1.- MECANISMOS DE DETERIORO 6.1.2.- LESIONES MECANICAS

‰Aparecen como

consecuencia de procesos

mecánicos, a partir de

fuerzas externas o internas: ‰

Estructurales: peso propio,

empujes, sobrecargas de

uso, viento, cargas

higrotérmicas, cargas

reológicas. ‰

Constructivas: cuelgues,

apoyos, empotramientos. ‰

De utilización: impactos,

rozamientos. ‰

Afectan a las características

mecánicas de los elementos

constructivos.

6.1.- MECANISMOS DE DETERIORO 6.1.2.- LESIONES MECANICAS

Desplome (perdida de verticalidad)

Asentamientos (hundimientos)

Flecha (perdida de horizontalidad)

Pandeo

Grieta

6.1.- MECANISMOS DE DETERIORO 6.1.2.- LESIONES MECANICAS

Desprendimiento

Erosiones

por impacto

Erosión

Eólica

Fisura

6.1.- MECANISMOS DE DETERIORO 6.1.3.- LESIONES QUIMICAS

Oxidación

Eflorescencia

Organismos

Corrosión

7.- SOSTENIBILIDAD DE LOS MATERIALES

CONSUMO ENERGÉTICO (CE) Y EMISIÓN DE CO2 (EC) EN LA PRODUCCIÓN

DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN