Propiedades físicas y mecánicas de los materiales – Parte I

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

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)

Capítulo 1. Conceptos Generales

Capítulo 1. Conceptos Generales 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 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 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 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.

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

s p Q = K. . l  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)

Capítulo 2. Propiedades Generales - Humedad: Cantidad de agua absorbida del aire por un peso determinado de material seco. Se expresa en % de peso en seco.

mh  m H= 100 m - Absorción: es la cantidad máxima (de saturación) que puede absorber un peso determinado de material seco. % de peso en seco

ms  m Ka = 100 m

Capítulo 2. Propiedades Generales - Granulometría: cantidad y dimensión de los granos que componen materiales granulares (arenas, gravas, etc.)

Capítulo 2. Propiedades Generales 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.

Q T k s t x 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

Capítulo 2. Propiedades Generales 2.2 Propiedades térmicas Dilatación térmica: es el aumento de dimensiones de un sólido debido a un aumento de su temperatura.

l =  .l 0 .t

= 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

l R = . S

 = resistividad del material, R = resistencia del conductor, l = longitud del conductor, S = superficie del conductor

Capítulo 2. Propiedades Generales 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 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