Tecnologa de Materiales

2015Tecnologa de MaterialesCaptulo 1: Propiedades Generales de los MaterialesDocente : Ing. Vctor Hugo Snchez MercadoIntegrantes : Juan Carlos Valdivieso Terrones Fecha : 07/04/2015Ciclo : 2015 -I

INDICE

GENERALIDADES I. PROPIEDADES FISICAS

1. PESO ESPECFICO2. POROSIDAD3. CAPILARIDAD4. HIGROSCOPICIDAD

II. PROPIEDADES TERMICAS

1. TRANSMISION DE CALOR 2. REFLEXION DE LA LUZ

III. PROPIEDADES ACUSTICAS

1. TRANSMISION Y REFLEXION DEL SONIDO

IV. PROPIEDADES OPTICAS

1. COLOR2. REFLEXION DE LA LUZ

V. PROPIEDADES QUIMICAS

1. COMPOSICION QUIMICA2. ESTABILIDAD QUIMICA

VI. PROPIEDADES MECANICAS

1. RESISTENCIA2. TENASIDAD3. ELASTICIDAD4. PLASTICIDAD5. ISOTROPIA6. RIGIDEZ7. DUREZA

CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA

OBJETIVOS

Proporcionar al lector los conocimientos de las propiedades fsicas qumicas y mecnicas de los materiales que constituyen las obras para su seleccin y uso prctico dentro del mbito de la construccin.Y que aprenda a usar, identificar y diferenciar correctamente cada uno de ellas.

GENERALIDADES

En el informe realizado se enuncian las diferentes propiedades de los materiales fsicas, trmicas, acsticas, pticas, qumicas y mecnicas en la cual puede estar compuesta.El curso de materiales de construccin es uno de los primeros cursos tcnico prcticos de la ingeniera que permitir al estudiante mediante la observacin a determinar el uso adecuado de los materiales, de la calidad de las obras es decir el conocimiento profundo de las caractersticas y propiedades mencionadas anteriormente, definir al profesional que aplicara sus conocimientos en el ejercicio de la profesin Los materiales son sustancias que, a causa de sus propiedades, resultan de utilidad para la fabricacin de estructuras, maquinaria y otros productos.Es relevante el conocimiento de las propiedades de los materiales para comprender la forma en que responden ante agentes externos, todo esto con la finalidad de hacer uso y manejo adecuado de los materiales en la ingeniera civil.

I. PROPIEDADES FISICAS:

1. PESO ESPECFICO

Es la relacin que existe entre el peso y el volumen que ocupa una sustancia ya sea en estado slido, lquido o gaseoso. Es una constante en el sentido de que es un valor que no cambia para cada sustancia ya que a medida que aumenta su peso tambin aumentara su volumen ocupado. Para determinadas aplicaciones, como por ejemplo en el caso de la navegacin area, estas propiedades resultan determinantes para elegir uno u otro material. Puede expresarse en newtons sobre metro cbico (en el Sistema Internacional) o en kilopondios sobre metro cbico (en el Sistema Tcnico).

2. POROSIDAD

La porosidad se define como el volumen de espacios vacos en el volumen total del material. Se define como el espacio de suelo que no est ocupado por slidos y se expresa en porcentajes entre 0-100%. Se define tambin como la porcin de suelo que est ocupada por aire y/o por agua. El trmino se utiliza en varios campos, incluyendo farmacia, cermica, metalurgia, materiales, fabricacin, ciencias de la tierra, mecnica de suelos e ingeniera.

La porosidad es la propiedad que tienen los cuerpos de dejarse atravesar por aire, agua, calor, sonido y hasta por los microorganismos. Para entenderlo mejor veamos los siguientes conceptos:

a) La permeabilidad al aire: est en razn directa al tamao de los poros y no a su volumen total. La permeabilidad de un muro puede aumentarse con la presin que el aire ejerza sobre su superficie, debido a la diferencia de temperaturas entre ambos paramentos.

b) La permeabilidad al agua, es como la anterior, pero en menor grado debido a que algunos materiales permeables al agua no lo son al agua, o lo son en muy pequea proporcin. Esta proporcin est basada en los tamaos de los poros y en la capilaridad.

c) La permeabilidad al calor, es la propiedad que tienen algunos materiales de transmitir la temperatura de una superficie a la otra, es decir, la que recibe de un lado y la irradia por el opuesto.

Aunque existen en el mercado materiales especficos para aislar una determinada cosa, generalmente un material aislante trmicamente es tambin buen aislante acstico. Prueba de ello tenemos el PVC, un material con unas propiedades aislantes sobresalientes en todos los campos.

3. CAPILARIDAD

Es la cualidad que posee una sustancia de adsorber a otra. Sucede cuando las fuerzas intermoleculares adhesivas entre el lquido y el slido son mayores que las fuerzas intermoleculares cohesivas del lquido. Cuando un lquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular o cohesin intermolecular entre sus molculas es menor que la adhesin del lquido con el material del tubo; es decir, es un lquido que moja. El lquido sigue subiendo hasta que la tensin superficial es equilibrada por el peso del lquido que llena el tubo. Esto causa que el menisco tenga una forma cncava cuando el lquido est en contacto con una superficie vertical. En el caso del tubo delgado, ste succiona un lquido incluso en contra de la fuerza de gravedad. Este es el mismo efecto que causa que materiales porosos absorban lquidos.

4. HIGROSCOPICIDAD

Es la capacidad de los materiales para absorber agua de la humedad atmosfrica y mediante esto aumentar su volumen.Por qu en un bao o zonas hmedas no debemos utilizar tornillera de nylon? Por ejemplo, en el diseo de mamparas de bao que normalmente se utiliza acero inoxidable podramos utilizar tornillos de nylon, sin embargo, al ser ste un material muy higroscpico no es aconsejable su uso, ya que el material al entrar en contacto con la humedad podra cambiar su tamao y por tanto encontrarnos con un mal ajuste donde se haya atornillado.No obstante, actualmente existen nylon y otros polmeros tecnolgicamente ms avanzados con una menor higroscopicidad que si nos permitirn su uso en estas condiciones, es cuestin de buscar y saber elegir el material ms adecuado.

II. PROPIEDADES TERMICAS

Se estudian las propiedades trmicas para la seleccin de materiales para componentes que estarn expuestos a temperaturas elevadas o a temperaturas menores a la temperatura ambiente, a cambios de temperatura y/o a gradientes de temperatura, requiere que el ingeniero de diseo comprenda bien las respuestas trmicas de los materiales, y tambin que tenga acceso a las propiedades trmicas de una amplia variedad de materiales. Por ejemplo, en el estudio de los materiales empleados para la placa conductora de un paquete de circuitos integrados, existen restricciones que repercuten en las propiedades trmicas del material adhesivo que une al chip del circuito integrado al bastidor de la placa conductora. Este adhesivo debe ser conductor trmico para facilitarla disipacin del calor generado por el chip. Adems, sus propiedades de expansin/contraccin durante el calentamiento/enfriamiento deben equipararse con las del chip de modo que se conserve la integridad de la unin adhesivo-chip durante el ciclo trmico.

1. TRANSMISIN DE CALOR

La conduccin trmica es el fenmeno por el cual el calor de una sustancia es transportado desde las regiones de alta temperatura a las regiones de baja temperatura. La capacidad de un material para transferir calor se conoce como conductividad trmica. Ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio trmico. La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo ms caliente a uno ms fro, como resultado del segundo principio de la termodinmica. Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse ms lenta.

2. REFLEXION DE CALOR

Los cuerpos pueden clasificarse segn su permeabilidad al calor radiante en atrmanos o impermeables en mayor o menor grado de las radiaciones calorficas y diatrmanas a los permeables a la energa calorfica radiante, que los atraviesa sin alterar su temperatura. una parte se refleja y la otra es absorbida. Los atrmanos absorben menos y refleja ms, lo contrario los diatrmanos.

III. PROPIEDADES ACUSTICAS

1. TRANSMISION Y REFLEXION DEL SONIDO

El sonido se Transmite en cualquier medio ya sea slido, liquido o gaseoso, pero no en el vaci. Una parte es transmitida y otra absorbida, la parte absorbida se disipa bajo otras formas de energa. Las ondas sonoras necesitan de un medio material para propagarse. El sonido no se propaga en el vaco, donde s lo hace la luz. La velocidad de propagacin del sonido depende del medio. Para que las ondas sonoras se propaguen en un medio, ste debe ser elstico (debe poder recuperar su estado inicial). Como los slidos son ms elsticos que los lquidos y estos ms que los gases, la velocidad de propagacin del sonido es mayor en los slidos que en los lquidos, y en stos mayor que en los gases.

La reflexin del sonido, como las dems ondas, se refleja cuando se encuentra con un obstculo. La reflexin del sonido da lugar a fenmenos como el eco y la reverberacin y tiene aplicaciones en mbitos muy variados. El eco: El odo humano puede distinguir dos sonidos que le llegan con un intervalo superior a 0,1 s. Si el sonido reflejado por un obstculo es percibido de forma diferenciada del sonido directo, decimos que se produce el fenmeno del eco. La reverberacin: Cuando el sonido directo y el reflejado llegan al odo con un intervalo de tiempo inferior a una dcima de segundo, escuchamos un nico sonido prolongado. Este fenmeno se denomina reverberacin. La reverberacin se observa cuando se est en una habitacin vaca (sin muebles, ni alfombras, ni cortinas, etc.). Una vez generado el sonido, se refleja sucesivas veces en las paredes, dando lugar a una prolongacin del sonido original.

Este fenmeno se tiene en cuenta al disear espacios cerrados en los que se va a dar conferencias, conciertos, etc., y para evitarlo se recubren las paredes, techos y suelos con moqueta, corcho, telas u otro material que absorba el sonido.

IV. PROPIEDADES OPTICAS

1. COLOR

Es una percepcin visual que se genera en el cerebro de los humanos y otros animales al interpretar las seales nerviosas que le envan los fotorreceptores en la retina del ojo. Los conocimientos habituales del color, provienen de dos grandes fuentes: una es la cientfica, que procede de experimentos y que trata de establecer leyes que expliquen el fenmeno del color; y la otra es producto de la intuicin de filsofos, escritores, pintores. Pero siguiendo la lnea del espectro visible, es posible sealar las dos ms relevantes hasta ahora. Una de las dos primeras explicaciones de la ptica del espectro vino de Isaac Newton y su Opticks. Newton ocup por primera vez la palabra espectro (apariencia o aparicin en latn) al describir sus experimentos en ptica. Se bas en un experimento de descomposicin de la luz blanca, la que hizo atravesar por un prisma y obteniendo de esta manera, el espectro luminoso.

2. REFLEXIN DE LA LUZ

La luz es una manifestacin de energa. Gracias a ella las imgenes pueden ser reflejadas en un espejo, en la superficie del agua o un piso muy brillante. Esto se debe a un fenmeno llamado reflexin de la luz. La reflexin ocurre cuando los rayos de luz que inciden en una superficie chocan en ella, se desvan y regresan al medio que salieron formando un ngulo igual al de la luz incidente, muy distinta a la refraccin.

Reflexin especular: La reflexin especular se produce cuando un rayo de luz incide sobre una superficie pulida (espejo) cambia su direccin sin cambiar el medio por donde se propaga; decimos que el rayo de luz se refleja.

Reflexin difusa: la luz se refleja sobre una superficie rugosa y los rayos salen rebotados en todas direcciones.

V. PROPIEDADES QUIMICAS

1. COMPISICION QUIMICA

Se refiere a qu sustancias estn presentes en una determinada muestra y en qu cantidades. Tambin puede darnos informacin adicional como la manera en que se unen dichos tomos mediante enlaces qumicos e incluso su distribucin en el espacio.

2. ESTABILIDAD QUIMICA

Tendencia de un material para resistir el cambio o la composicin debido a la reaccin interna, o debido a la accin del aire, el calor, la luz, la presin, etc. se refiere a la estabilidad termodinmica de un sistema qumico. Estabilidad termodinmica se produce cuando un sistema est en su estado de energa ms bajo, o el equilibrio qumico con su entorno.

En el lenguaje corriente, y, a menudo en la ciencia de materiales, una sustancia qumica se dice que es "estable" si no es particularmente reactivo en el medio ambiente o durante el uso normal, y conserva sus propiedades tiles en la escala de tiempo de su utilidad esperada. En particular, la utilidad se retiene en presencia de aire, la humedad o el calor, y bajo las condiciones esperadas de aplicacin. En este sentido, el material se dice que es inestable si se puede corroer, descomponer, polimerizar, quemar o explotar en las condiciones de uso anticipado o condiciones ambientales normales.

VI. PROPIEDADES MECANICAS

1. RESISTENCIA

Se define como su capacidad para resistir esfuerzos y fuerzas aplicadas sin romperse, adquirir deformaciones permanentes o deteriorarse de algn modo.

Un modelo de resistencia de materiales establece una relacin entre las fuerzas aplicadas, tambin llamadas cargas o acciones, y los esfuerzos y desplazamientos inducidos por ellas. Generalmente las simplificaciones geomtricas y las restricciones impuestas sobre el modo de aplicacin de las cargas hacen que el campo de deformaciones y tensiones sean sencillos de calcular.

Para el diseo mecnico de elementos con geometras complicadas la resistencia de materiales suele ser insuficiente y es necesario usar tcnicas basadas en la teora de la elasticidad o la mecnica de slidos deformables ms generales. Esos problemas planteados en trminos de tensiones y deformaciones pueden entonces ser resueltos de forma muy aproximada con mtodos numricos como el anlisis por elementos finitos.

2. TENACIDAD

Como propiedad fsica de los materiales, la tenacidad es la energa que absorbe un material, con las consecuentes deformaciones que el mismo adquiere, antes de romperse. Por eso el concepto est asociado a la resistencia y supone una medida de la cohesin de las cosas.

La tenacidad de un material depende directamente de cmo est constituido el mismo, de su estructura molecular.

Cualquier objeto puede ser sometido a tres tipos de esfuerzos: la traccin, la compresin y la flexin. Veamos a continuacin el comportamiento de un material tenaz ante la traccin: si se aplican dos fuerzas en sentido opuesto sobre un objeto (tirando de cada uno de sus extremos, intentando romperlo en dos), su material le permitir estirarse durante un tiempo, antes de finalmente quebrarse por la mitad.

Ms all que la tenacidad sea uno de los atributos ms importantes en un proyecto de estructuras, no es el nico. En el caso de estructuras de ingeniera es importante que la tenacidad sea combinada con la resistencia.

Esto es porque la experiencia ha demostrado que muchas fallas en el proyecto a temperaturas por debajo del caudal no se producen como consecuencia de la deformacin plstica, sino debido a la fractura de estrs por debajo del lmite de elasticidad.

3. ELASTICIDAD

La elasticidad es aquella propiedad de un material por virtud de la cual las deformaciones causadas por el esfuerzo desaparecen al removrsele. Algunas sustancias, tales como los gases poseen nicamente elasticidad volumtrica, pero los slidos pueden poseer, adems, elasticidad de forma. Un cuerpo perfectamente elstico se concibe como uno que recobra completamente su forma y sus dimensiones originales al retirarse el esfuerzo.

No se conocen materiales que sean perfectamente elsticos a travs del rango de esfuerzos completo hasta la ruptura, aunque algunos materiales como el acero, parecen ser elsticos en un considerable rango de esfuerzos. Algunos materiales, como el hierro fundido, el concreto, y ciertos metales no ferrosos, son imperfectamente elsticos an bajo esfuerzos relativamente reducidos, pero la magnitud de la deformacin permanente bajo carga de poca duracin es pequea, de tal forma que para efectos prcticos el material se considera como elstico hasta magnitudes de esfuerzos razonables.

Si una carga de tensin dentro del rango elstico es aplicada, las deformaciones axiales elsticas resultan de la separacin de los tomos o molculas en la direccin de la carga; al mismo tiempo se acercan ms unos a otros en la direccin transversal. Para un material relativamente isotrpico tal como el acero, las caractersticas de esfuerzo y deformacin son muy similares irrespectivamente de la direccin de la carga (debido al arreglo errtico de los muchos cristales de que est compuesto el material), pero para materiales anisotrpicos, tales como la madera, estas propiedades varan segn la direccin de la carga.

Una medida cuantitativa de la elasticidad de un material podra lgicamente expresarse como el grado al que el material puede deformarse dentro del lmite de la accin elstica; pero, pensando en trminos de esfuerzos que en deformacin, un ndice prctico de la elasticidad es el esfuerzo que marca el lmite del comportamiento elstico.

El comportamiento elstico es ocasionalmente asociado a otros dos fenmenos; la proporcionalidad lineal del esfuerzo y de la deformacin, y la no-absorcin de energa durante la variacin cclica del esfuerzo. El efecto de absorcin permanente de energa bajo esfuerzo cclico dentro del rango elstico, llamado histresis elstica o saturacin friccional, es ilustrado por la decadencia de la amplitud de las vibraciones libres de un resorte elstico; estos dos fenmenos no constituyen necesarios criterios sobre la propiedad de la elasticidad y realmente son independientes de ella.

Para medir la resistencia elstica, se han utilizado varios criterios a saber: el lmite elstico, el lmite proporcional y la resistencia a la cedencia. El lmite elstico se define como el mayor esfuerzo que un material es capaz de desarrollar sin que ocurra la deformacin permanente al retirar el esfuerzo. El lmite proporcional se define cmo el mayor esfuerzo que un material es capaz de desarrollar sin desviarse de la proporcionalidad rectilnea entre el esfuerzo y la deformacin; se ha observado que la mayora de los materiales exhiben esta relacin lineal entre el esfuerzo y la deformacin dentro del rango elstico. El concepto de proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformacin es conocido como Ley de Hooke, debido a la histrica generalizacin por Robert Hooke de los resultados de sus observaciones sobre el comportamiento de los resortes.

4. PLASTICIDAD

Esta es la propiedad mecnica de un material inelstico, natural, artificial, biolgico o de otro tipo, de deformarse irreversible y permanentemente cuando se encuentra sometido a tensiones y fuerzas por encima de su rango elstico, es decir, por encima de su lmite de elasticidad.

Las deformaciones plsticas son causadas por deslizamientos inducidos por esfuerzos cortantes. Tales deformaciones pueden ocurrir en todos los materiales sometidos a grandes esfuerzos, aun a temperaturas normales. Muchos metales muestran un efecto de endurecimiento por deformacin al sobrellevar deformaciones plsticas, ya que despus de que han ocurrido deslizamientos menores por corte no acusan deformaciones plsticas adicionales hasta que se aplican esfuerzos mayores. No se presentan cambios apreciables de volumen como resultado de las deformaciones plsticas.

La plasticidad es importante en las operaciones de formacin, conformacin y extrusin. Algunos metales se conforman en fro, por ejemplo, la laminacin profunda de lminas delgadas.

Muchos metales son conformados en caliente, por ejemplo, la laminacin de perfiles de acero estructural y el forjado de ciertas partes para mquinas; los metales como el hierro fundido se moldean en estado de fusin; la madera se flexiona mejor mientras est seca y caliente. Los materiales maleables son aquellos que pueden martillarse para formar lminas delgadas sin fractura; la maleabilidad depende tanto de la suavidad como de la plasticidad del material.

Otra manifestacin de la plasticidad en los materiales es la ductilidad. La ductilidad es la propiedad de los materiales que le permiten ser estirados a un grado considerable antes de romperse y simultneamente sostener una carga apreciable. Se dice que un material no dctil es quebradizo, esto es, se quiebra o rompe con poco o ningn alargamiento.

5. ISOTROPIA

Un medio es denominado istropo si sus propiedades fsicas son idnticas en todas las direcciones.

Un sistema ser calificado de istropo si sus propiedades fsicas (macroscpicas) son invariantes en relacin con una direccin particular, y por lo tanto, si ninguna de ellas posee dependencia direccional.

En el caso en que una sola de sus propiedades sea direccional, el sistema cesa de ser istropo; es anistropo. Se dir tambin que una magnitud fsica es anistropa, o istropa, segn que dependa o no de la direccin segn la cual se mide. En el sentido primitivo y restringido del trmino, la isotropa y la anisotropa son propiedades de los cuerpos o conjuntos macroscpicos. En esta acepcin general, al ser el tiempo y el espacio magnitudes fsicas, y por ello medibles, se habla frecuentemente de su isotropa o de su anisotropa.

6. RIGIDEZ

Esta propiedad tiene que ver con la deformabilidad relativa de algn material bajo cierta carga. Se le mide por la velocidad del esfuerzo con respecto a la deformacin. Mientras mayor sea el esfuerzo requerido para producir una deformacin dada, ms rgido se considera que es el material.

Sujeto a un esfuerzo simple dentro del rango proporcional, la razn entre el esfuerzo y la deformacin correspondiente es denominada mdulo de elasticidad (E). Existen tres mdulos de elasticidad: el mdulo en tensin, el mdulo en compresin y el mdulo en cortante. Bajo el esfuerzo de tensin, esta medida de rigidez se denomina mdulo de Young; bajo corte simple la rigidez se denomina mdulo de rigidez. En trminos del diagrama de esfuerzo y deformacin, el mdulo de elasticidad es la pendiente del diagrama de esfuerzo y deformacin en el rango de la proporcionalidad del esfuerzo y la deformacin.

En ingeniera, la rigidez es la capacidad de un elemento estructural para soportar esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones y/o desplazamientos.

Los coeficientes de rigidez son magnitudes fsicas que cuantifican la rigidez de un elemento resistente bajo diversas configuraciones de carga. Normalmente las rigideces se calculan como la razn entre una fuerza aplicada y el desplazamiento obtenido por la aplicacin de esa fuerza.

7. DUREZA

La dureza de un material es su capacidad de resistir una deformacin plstica localizada.

Las medidas de dureza son ampliamente utilizadas porque a partir de ellas se obtiene una idea aproximada o comparativa de las caractersticas mecnicas de un material.

Para su determinacin se utilizan ensayos basados en la resistencia que oponen los materiales a ser penetrados por un cuerpo ms duro. Estos mtodos consisten en producir una huella en el material que se ensaya aplicando sobre l un penetrador con una presin determinada, y hallando el ndice de dureza en funcin de la presin ejercida y la profundidad o dimetro de la huella. Este penetrador va acoplado a una mquina llamada durmetro. Los tres mtodos ms utilizados son los de Brinell, Rockwell y Vickers.

Por qu la dureza es tan importante en ingeniera? La dureza est ntimamente relacionada con la resistencia mecnica, ambas responden a una deformacin plstica del material, existiendo cierta proporcionalidad entre sus valores, pudiendo incluso relacionarlas con determinados factores de conversin. Con la ventaja de que el ensayo de dureza es ms econmico y rpido que el ensayo de traccin, adems de no destructivo.

conclusiones

En el presente informe sobre las propiedades fsicas, trmicas, acsticas, pticas, qumicas y mecnicas de los materiales se explic de manera consistente cada una de ellas para tratar de informar de sus conceptos y usos en mbitos varios centrndose en la construccin, brindando esta informacin se busca que las persona que lo lea se informe y aprenda como identificar cada una de estas propiedades para ser aplicada en el trabajo al momento de reconocer los materiales precisos a usar y evitar desastres al construir.

BIBLIOGRAFIAhttp://www.fisicapractica.com/http://definicion.de/http://www.carpinteriascte.com/materialeshttp://es.wikibooks.org/wiki/Fisica/http://pilargarciafq.blogspot.com/2012/09/capilaridad.htmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/http://tecontek.com/Nuevapagina/que-es-la-higroscopicidad/http://www.ehu.eus/estibalizapinaniz/Materiales2012-2013/Propiedades_termicas.pdfhttp://www.monografias.com/trabajos35/materiales-construccion/materiales-construccion.shtmlhttp://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/500/518/html/Unidad_02/pagina_34.htmlhttp://www.proyectacolor.cl/teoria-de-los-colores/el-color-es-luz/http://docsetools.com/articulos-utiles/article_104758.htmlhttp://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/palmira/5000155/lecciones/lec2/2_5.htmhttp://contenidosdigitales.ulp.edu.ar/exe/educaciontecnologia/propiedades_mecnicas.htmlhttp://auladetecnologias.blogspot.com/2009/10/la-dureza.html

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