Propiedades físicas y mecánicas de los materiales Parte I

Transcripción

1 Propiedades físicas y mecánicas de los materiales Parte I

2 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

3 Capítulo 1. Conceptos Generales 1.1 Tipo de materiales: Metálicos, Cerámicos, Polímeros, Compuesto, Tierra, Madera, Piedra, etc 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)

4 Capítulo 1. Conceptos Generales

5 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

6 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

7 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)

8 2.1 Propiedades físicas: Densidad. Porosidad. Permeabilidad Densidad: Masa de la unidad de volumen. (Unidades del S. I.: kg/m 3 ). 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.

9 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, O 2, CO 2 ) 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)

10 - Humedad: Cantidad de agua absorbida del aire por un peso determinado de material seco. Se expresa en % de peso en seco. H m = h m m Absorción: es la cantidad máxima (de saturación) que puede absorber un peso determinado de material seco. % de peso en seco K a m = s m m 100

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

12 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 s t k T x S.I. Watt/ºK m En general, k solid > k liquido > k gas 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

13 2.2 Propiedades térmicas Dilatación térmica: es el aumento de dimensiones de un sólido debido a un aumento de su temperatura. l =.l. 0 = 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 =. = resistividad del material, R = resistencia del conductor, l = longitud del conductor, S = superficie del conductor S t

14 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 (CO 2, 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

15 Materiales isótropos Presentan propiedades que no varían en función de la dirección considerada (δ 1 = δ 2 ) Materias anisotrópicos Presentan una organización cristalomórfica diferenciada que afecta las propiedades del material Las propiedades varían en función de la dirección considerada (δ 1 δ 2 ) δ 1 δ 2