GENERALIDADES - Deformidad y propiedades afines

La propiedad que define la capacidad de un material para sufrir deformaciones antes de su rotura expresa la DEFORMIDAD. Se denomina DEFORMACIÓN, al alargamiento u acortamiento de un material que se produce por efecto de las acciones exteriores, y la deformación es a dimensional
En relación a la tensión (σ) y a la deformación (ε), es muy importante la curva tensión-deformación.
Entre un sólido y un líquido, la única diferencia que existe es la velocidad de deformación (D), e implícitamente interviene el tiempo al hablar de velocidad. Por lo tanto, el comportamiento reológico de un material está definido por una relación entre tensiones, deformaciones y sus velocidades.
En un primer momento, consideraremos la clasificación de los materiales en sólidos y líquidos. El TIEMPO de RELAJACIÓN, es el tiempo que un cuerpo sometido a una carga tarda en estabilizar su deformación. Si el tiempo de relajación es cero, fluido perfecto, y si es infinito, sólido perfecto.
No todos los materiales son ni sólidos ni líquidos, existen cuerpos elásticos, viscosos y plásticos, y aun así, la mayor parte de los materiales es una mezcla de todos, sobre todo los materiales de construcción.

ELASTICIDAD
Se llaman cuerpos elásticos a aquellos que, después de actuar un sistema de cargas y cuando se anulan los esfuerzos introducidos, recuperan su estado inicial.
Los cuerpos cuya recuperación es instantánea se denominan IDEALMENTE ELÁSTICOS.
HOOKE afirmaba que hay cuerpos idealmente elásticos que presentan una relación lineal entre deformación y tensión (HOOKEANOS) y cuerpos, también idealmente elásticos, que sin embargo, no presentan una relación lineal, estos reciben el nombre de (NO HOOKEANOS)
Los cuerpos elásticos NO IDEALES, tienen a parecerse a los cuerpos idealmente elásticos, pero con la diferencia de que tiene lugar un proceso de deformaciones elásticas DIFERIDAS.
Los materiales que cumplen la ley de HOOKE, las deformaciones elásticas son proporcionales a los esfuerzos que las originan. Se define MODULO DE ELASTICIDAD o MODULO DE YOING al cociente entre la tensión y la deformación:

Se define como COEFICIENTE de POISSON, sin dimensiones, que representa el cociente, cambiado de signo, de las deformaciones en dirección transversal por deformación longitudinal.

La práctica demuestra que las deformaciones elásticas no son indefinidas, y la máxima tensión que un material es capaz de soportar en periodo elástico, se denomina LÍMITE ELÁSTICO.

VISCOSIDAD
IMPORTANTE: La velocidad de deformación (D), es nula solo para tensiones nulas.
La VISCOSIDAD se define como la fuerza necesaria, por unidad de superficie, para mantener una diferencia de velocidad unida entre 2 planos paralelos que se encuentran a la unidad de distancia. A su inversa se le llama FLUIDEZ.

1. NEWTON, admite que la viscosidad es cte. para tiempo, presión y Tª ctes, los cuerpos que cumplen estas condiciones se llaman NEWTONIANOS, y cumplen que la D=kτ, es decir, D proporcional a τ
   La viscosidad a diferencia de la elasticidad, solo implica un movimiento de unas capas sobre otras produciendo un desplazamiento entre las partículas, por esa razón al retirar la carga, el cuerpo no hace el más mínimo intento para volver al estado primitivo. A mayor Tª , menos viscosidad, ya que decrece la atracción entre las partículas.
2. Los cuerpos VISCO-ANELATICOS se diferencian de los NEWTONIANOS en que la velocidad de deformación no es proporcional a la tensión. D≠kτ
   Como en los newtonianos, cuando la tensión es nula, la velocidad de deformación también lo es, y si se retira la carga del cuerpo mantiene la deformación alcanzada. Ej. Betunes asfalticos.
3. Los cuerpos VISCO-ELÁSTICOS no se resignan a adoptar la deformación, que, a la fuerza, se les ha impuesto, y aunque presentan características en todo análogas a los anteriores, presentan una tendencia a recuperar su estado inicial, cuando se les libera de las cargas, algo recuperan, pero por más tiempo que pase, siempre les queda una deformación remanente como recuerdo del proceso de cargas a que han estado sometidos

A modo de resumen, los CUERPOS ELÁSTICOS, la deformación remanente es nula, en los cuerpos NEWTONIANOS y en los VISCO-ANELASTICOS la deformación remanente es la deformación alcanzada en el momento que se retira la carga y los cuerpos VISCO-ELASTICOS son intermedios presentando unas deformaciones elásticas pero no totales.


PLASTICIDAD
Los cuerpos PLÁSTICOS son parecidos a los viscosos, pero presentan la diferencia, de que, en los viscosos, la D=0, sólo para τ=0, y en los cuerpos pasticos no ocurre así, requiriéndose la aplicación de un esfuerzo de magnitud superior a un valor determinado y no nulo. Por tanto, la curva que liga la velocidad de deformación con la tensión no pasa por el origen de coordenadas

1. Paralelamente al cuerpo de NEWTON en el campo viscoso, se tiene el cuerpo BINGHAM en el campo plástico, en el cual no se manifiesta deformación hasta pasar el límite de FLUENCIA. A partir de este valor de la carga, la deformación que se produce es proporcional al exceso de carga sobre dicho valor.
2. Los cuerpos PLASTO-ANELASTICOS-ELASTICOS presentan características análogas en viscosidad, y además la diferencia de exigir un valor mínimo al esfuerzo aplicado.

Así como en la deformación elástica, se producía sin rotura de los enlaces internos del material, el sobrepasar el límite elástico, sí produce rotura de los mismos.
Dentro del dominio plástico existen 3 propiedades muy relacionadas:

1. DUCTILIDAD: aptitud de un material para experimentar una elevada deformación plástica bajo TRACCIÓN.
2. MALEABILIDAD: aptitud de un material para experimentar una elevada deformación plástica bajo COMPRESIÓN.
3. FRAGILIDAD: es la propiedad opuesta a la PLASTICIDAD. Se dice que un material es frágil cuando es muy pequeña su deformación plástica antes de la rotura.

GENERALIDADES - Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas de los materiales definen el comportamiento de los mismos ante los agentes mecánicos exteriores que actúan sobre ellos.
Las propiedades mecánicas dependen de:

1. La constitución de los elementos más simples del material, como son sus átomos y los enlaces entre los mismos.
2. La estructura cristalina del material si la tiene.
3. Las características químicas del material.
4. Las del ambiente en que se encuentra.

RESISTENCIA A LA TRACCIÓN. TENSIÓN.
Como su nombre indica, la resistencia a la rotura define la oposición que representa un material a ser roto por acción de esfuerzos mecánicos exteriores.
Si sometemos a una barra prismática a 2 fuerzas de igual módulo y sentido contrario, en sus 2 extremos, se aprecia que dependiendo del módulo de las fuerzas F, la barra se romperá o no. Cuando ejercen ambas F y no se rompe, está actuando la fuerza de COHESIÓN (fuerza de atracción entre las moléculas). Ahora bien, como la FUERZA de COHESIÓN tiene un valor máximo, si las F superan a este valor, se producirá la rotura de la pieza. Al romperse la pieza, habrá que sustituir la porción eliminada por el efecto dinámico que esta ejercía.
Si en estas condiciones se aísla un elemento de sección unidad, la resultante de todas las fuerzas que en él actúan será una fuerza de valor 0. Esta fuerza unitaria se denomina TENSIÓN y se define como la intensidad de la distribución de las fuerzas internas o componente por unidad de sección de las fuerzas que se oponen a un cambio de forma de cuerpo.

Dependiendo de las F

Respecto a los materiales, ofrecen gran fortaleza a la TRACCIÓN, los metales, por eso se suele añadir acero al hormigón, para que este pueda resistir los esfuerzos de tracción, obteniendo, hormigón armado. El hormigón es buen resistente a la COMPRESIÓN.

RESISTENCIA A LA CORTADURA
Análogo a la compresión o tracción, con la diferencia de que las fuerzas actúan en perpendicular a las bases del prisma. Dichos esfuerzos provocados por las fuerzas, se denominan, de CORTADURA, y originan una reacción en toda la sección, cuyo valor, por unidad de sección se denomina TENSIÓN CORTANTE.
La máxima tensión cortante que un material es capaz de soportar sin romperse, define la RESISTENCIA a CORTADURA.

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
La rotura de los materiales sometidos a esfuerzos de compresión suele producirse por aparición de grietas paralelas a la dirección del esfuerzo
La resistencia a la compresión de un material viene definida por la máxima TENSIÓN DE COMPRESION, a que puede ser sometido este material, sin que está tensión produzca su rotura
Es elevada en piedras naturales y en hormigones.
Los metales tienen buena resistencia a TRACCIÓN y a COMPRESIÓN.

RESISTENCIA A LA FLEXIÓN

La resistencia de un material a la FLEXIÓN es la capacidad del mismo a resistir una serie de cargas verticales a lo largo de eje longitudinal evitando el alargamiento/acortamiento de las fibras
Por efecto de la acción de estas cargas, el material se deforma, se curva, y en la parte convexa (abajo), se producen alargamientos de las fibras, en la parte, cóncava, (superior), las fibras se acortan. También existe una FIBRA NEUTRA, que es la zona del material donde ni se tracciona ni se comprime, será el eje de simetría del material en cuestión.

DUREZA
La dureza es la propiedad que expresa la capacidad de un material para oponerse a ser deformado en su superficie por la acción física de otro
Dependerá de la naturaleza de material y del enlace entre sus átomos/moléculas e iones. El enlace covalente implica una dureza alta (diamante), el enlace metálico e iónico una dureza media, y el enlace molecular baja.
Un material puede deformar a otro de varias maneras:

1. DUREZA AL RAYADO. Resistencia que ofrece un cuerpo a ser rayado por otro. Es difícil de medir y se usa la escala de Mohs (1 talco, 10 diamante)
2. DUREZA A LA PENETRACIÓN. Representa la resistencia a que la punta de un material deje huella en él. Depende de la forma de la punta y del material que le constituyen.
3. DUREZA ELÁSTICA. Capacidad de un material para absorber impactos.

RESISTENCIA A LA ABRASIÓN
Es la resistencia que presenta un material a ser desgastado por frotamiento con otro material o por estar sometido a repetidos impactos de otro material
Es importante el desgaste por ATRICIÓN, que es el producido por frotamiento de un material contra él mismo. Tiene importancia en las piedras naturales.

GENERALIDADES - Propiedades físicas

Son las propias del material.

1. COHESIÓN
   La COHESIÓN es la fuerza que mantiene unidas las partículas del material. Está relacionada con la resistencia del material a romperse. Depende de las fuerzas entre sus átomos o de la estructura del material.
2. POROSIDAD
   La POROSIDAD viene presente por los poros de un sólido. Según sus características existen poros, abiertos, de circuito, cerrados, bolsas y canal. Además, se definen 3 tipos de porosidad.
   
   
3. DENSIDAD:
   La DENSIDAD es la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. La densidad depende de las distancias atómicas, lo que se refleja en que los gases tienen mucha menor densidad, líquidos media , sólidos alta. Se definen, 3 tipos de densidad:
   
   
4. COMPACIDAD
   La COMPACIDAD establece una relación entre el volumen total del cuerpo y el volumen del sólido.
   
   
   La compacidad varía según el tamaño y forma de los elementos granulares y su grado de compactación.
5. ABSORCIÓN
   Se define ABSORCION como la relación de % de agua absorbida por el cuerpo respecto al peso seco del mismo.
   
   
6. PERMEABILIDAD
   Se define PERMEABILIDAD como la facilidad que presenta un material para dejarse atravesar por un fluido cuando existe una diferencia de presión entre las dos caras de dicho material. El líquido atravesara el material si:
   
   • Hay diferencia de presión.
   • Si el poro tiene un diámetro adecuado y el espesor del material no es muy elevado.
   • Dependerá de la viscosidad del fluido.
7. CAPILARIDAD
   Es la capacidad que tiene un fluido para penetrar y ascender en los poros de un cuerpo debido a la tensión superficial. El contacto de un cuerpo poroso con agua, si se dan todas las condiciones aptas, puede hacer que ascienda el agua por el poro.
8. HELADICIDAD
   Se dice que un material es heladizo cuando se desintegra por acción de las heladas.
   El agua al congelarse aumenta de volumen un 9% (ej. Es un material enorme con grietas, en las que haya agua, por congelación, aumenta el volumen pudiéndose hasta romper el material)
   Si los poros del material no están completamente llenos, la expansión del volumen del agua, por congelación de la misma, puede quedar parcialmente amortiguada al propagarse la expansión por lo restante del poro y al existir parte de agua no solidificada, no rompiendo el material.
9. SOLUBILIDAD
   La solubilidad de una sustancia en otra viene definida por la cantidad máxima de soluto que puede disolverse en un disolvente a Tª determinada.
   La disolución de una sustancia está íntimamente condicionada por su tamaño y la agitación que le sea transmitida.
10. FINURA
    Hay materiales, principalmente cementos y conglomerados (material que endurece en contacto con el agua) que se producen en forma de polvo y deben hacerse reaccionar con agua para que realice su función específica.
    La relación entre los conglomerantes y el agua tiene un carácter eminentemente superficial, y por tanto, cuanto más finamente molido este el material, y cuanto mayor sea la superficie del mismo, con relación a su masa y en contacto con el agua, mayor será la velocidad de reacción y mayor será la cantidad de conglomerante que interviene en la reacción.
    Actualmente no se emplea el término de “FINURA”, y si el de “SUPERFICIE ESPECÍFICA”, ósea, el área de superficie por unidad de masa de conglomerante.
    La SUPERFICIE ESPECÍFICA relaciona los metros cuadrados de superficie con respecto 1 kg de material.
11. CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
    La cantidad de calor que pasa depende del espesor de la pared, de su superficie, de la diferencia de temperaturas entre las caras de la pared, del tiempo transcurrido y del material de que está formada la pared. Responde este fenómeno a la fórmula.
    
    
    Este coeficiente es el llamado COEFICIENTE DE CONDCUTIVIDAD TÉRMICA. Que se define en “general”, como la cantidad de calor que pasa de una cara a otra de un cuerpo, teniendo en cuenta el espesor, tiempo y unas temperaturas determinadas.
    Los materiales que mejor conducen el calor son los metales, medianamente, el vidrio, los ladrillos, el hormigón, son malos conductores. Los materiales porosos (piedra pómez, corchos), se denominan aislantes térmicos.
12. COEFICIENTE DE DILATACIÓN
    La dilatación es el aumento de las dimensiones de un cuerpo causadas por aumento de la Tª. Los cambios de dimensiones motivadas por la Tª, pueden tener, efectos considerables.
    Una junta de dilatación son 2 peines separados que permiten el movimiento de la estructura sin que se toquen sus extremos.
    La propiedad “DILATACION” se define mediante el COEFICIENTE DE DILATACIÓN, que expresa la dilatación que experimenta la unidad de longitud, cuando su Tª se eleva a un grado.
    Se denomina COEFICIENTE de DILATACION LINEAL. Su símbolo es: α
    Además, α, no es constante con la Tª, ya que se producen cambios en la micro estructura.
    
    
13. CONDUCTIVIDAD ELECTRICA
    La CONDUCTIVIDAD ELECTRICA define la facilidad con que un material deja pasar a través de él la corriente eléctrica.
    Si entre los extremos de cualquier material conductor se establece una diferencia de potencial, circulará por él una corriente eléctrica, cuya intensidad dependerá del material de que esté constituido el mismo, de sus dimensiones y de la ddp.
    Se utiliza el concepto de RESISTENCIA ELECTRICA:
    
    
    La RESISTIVIDAD es la inversa de la conductividad, y depende del material conductor y de la Tª.

GENERALIDADES - Introducción

Un material es adecuado si soporta las acciones a que es sometido. La reacción del cuerpo frente a esas acciones dependerá de (1) la forma y clase de la acción, (2) la forma del cuerpo, (3) características del material de que está constituido.
Evaluando las diversas reacciones, como consecuencia de dichas acciones, que recibe el material, se definen sus propiedades, las cuales identificaran a un material como adecuado o no adecuado a soportar las acciones a las que pueda ser sometido en su aplicación.
Entre todas las propiedades hay que diferenciar entre:

1. Propiedades intrínsecas (inherentes): peso, densidad, volumen (depende del material)
2. Las constantes físicas, que son las propiedades que se manifiestan al actuar sobre el material, agentes físicos, como la conductividad térmica y eléctrica (depende de los agentes externos)
3. La resistencia, durabilidad… (depende de ambas). 

Ajeno a la parte técnica, la utilización de un material puede verse condicionada por la estética y por el aspecto económico.Se define como CALIDAD de un material, el grado en que dicho material cumple un conjunto de características optimas en su aplicación.