ensayo de los materiales

1. TEMA 1.- INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES
1.- CONCEPTOSGENERALES.
1.1.-CONSTRUCCIÓN.
Construcciónesel arte de construir,esdecir,realizarconloselementosymaquinarianecesarios,y siguiendo
un planpreviamenteestablecido,lasobrasrequeridaspara laejecuciónde unaedificación,una
infraestructura(puente,presa,etc),unamáquina,etc,empleandolosmaterialesadecuadosylas
correspondientesnormastécnicassegúnel caso.Laparte de lamismaque se ocupadel estudio,desarrollo
y direcciónde obrasindustrialesrecibe el nombrede ConstrucciónIndustrial.
Partiendode elementossimplescomoladrillos,cemento,áridos,vidrio,madera,acero,plásticos,etc,y
utilizandocombinacionesadecuadasde losmismos,se proyectanotrosconjuntosparciales como
cimentaciones,muros,pilares,vigas,forjados,etc,que ensutotalidadcompletaránel conjuntofinal que
no serásinoel edificioque se pretende construir.
Este estudioabarca el conocimientode losmaterialesque se utilizanenlarealizaciónde lostrabajos
constructivosllevadosacabo con mayorasiduidad,conel finde elegiraquellosque porsus
características reúnanlasmejorescondicionestécnicasyeconómicas.Porotraparte se estudiala
disposiciónde losdistintoselementosque integran el conjunto,de acuerdoconel material empleadoylas
hipótesisde cálculo,paralograrunaeficazresistenciaademásde unabuenaarmoníaensus formas.
A la horade diseñarunaestructurao dispositivo,el ingenierodisponede unaampliagamade materiales
a su disposición(de 40000 a 80000), por loque debe conocercomo seleccionarlosmaterialeso
combinaciónde ellos,que mejorse ajustenalasdemandasde sudiseñooa su propósito,
proporcionándolelaspropiedadesque el requiere.Loserrorespuedencausardesastres.
Por tanto,el ingenierode diseñodebe:
1.- Conocercomo seleccionarlosmaterialesque mejorse ajustenalasdemandasde sudiseño
(Económicas,estéticas,resistencia,durabilidad,etc.).
2.- Conocerlaspropiedadesylimitacionesde losdistintostiposde materialesyseleccionaraquellosque
le proporcionenvaloresadecuadosde laspropiedadesque el requiere.Paraellosexistenensayos
normalizadosparasudeterminación.
En la tabla1.1.1 puedenverse lasclasesde propiedadesque el ingenierode diseñodebe considerarala
hora de elegirlosmateriales.2
Tabla 1.1.1.- Clasesde propiedadesde losmateriales.3
ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN UN EDIFICIO(Figura1.1.1)
Los distintoselementosque integranunaedificaciónuobracivil puedenclasificarse segúnlafunciónque
realizanendosgruposdiferentes:
- Elementosfundamentalesoestructurales(resistentes).Acero,rocas,hormigón.etc
- Elementoscomplementarios.
Los elementosfundamentalesconstituyenlaestructuraresistentesdel edificiouobracivil,ysu función
esabsorbery soportar lascargas que actúan sobre el mismotransmitiéndolasal terrenoatravésde la
cimentación.Comointegrantesde losmismosse tienen:
- Cimentaciones.- Basesde losedificios.
- Elementosverticalesde sustentación.- Muros,pilaresyentramadosverticales.
- Elementoshorizontalesde sustentación.- Forjados,vigasylosasde suelo.
- Elementosinclinados.- Cubiertas.
- Elementosde enlace.- Escaleras.
Los elementoscomplementariosproporcionanal edificiohabitabilidad,comodidad,funcionalidady
confort,De entre ellosse puedendestacar:

2. - Cerramientosexterioresde estructurasentramadas.
- Tabiques:Elementosde separaciónnoresistentes.
- Puertasyventanas.
- Instalaciones:Fontanería,saneamiento,electricidad,ascensores,etc.
Se puedenconsiderar,ademásde losdosgruposanteriores,unaseriede elementosauxiliaresque aunque
no quedanincorporadosal edificiosonnecesariosparasuconstruccióncomolos andamios,lascimbrasy
losapeos. 4
Figura 1.1.1.- ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN UN EDIFICIO5
1.2.- CONCEPTOY TIPOS DE MATERIALES. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
El conceptode material puede definirse comounaporciónfinitade materiaconsusmismas
características generales,perosiendoun elementoreal contamañoydimensiones,pudiendoser
trabajable ytransformable parasumejoraprovechamiento.
El hechode teneruna determinadacomposiciónquímicayunascaracterísticas físicasdeterminadas,con
dimensionesfinitasylaposibilidadde transformartantounascomo otras,nos permite laadaptaciónde
losmaterialesparael usoespecíficoque se le requiereenlaobra,mediante distintosprocesosde
fabricación.
Materialesde construcción.
Se definencomoloscuerposque integranlasobrasde construcción,cualquieraque seasunaturaleza,
composiciónyforma.
Dentrode los materialessonaquellosque sirvenparalarealizaciónde unaedificaciónuobrade
ingenieríacivil.Segúnlafunciónque desempeñanenlaobrase puedenclasificarenmateriales
fundamentales,materialesconglomerantesymaterialescomplementariosoauxiliares.
Los materialesfundamentales(Acero,hormigón,rocas,etc) sirvenparaconstruirlasunidadesde obra
capaces de soportarlosesfuerzosmecánicosylasaccionesatmosféricasaque va a estar sometidala
construcciónque se proyecta.
Los materialesconglomerantessonaquellosque constituyenlabase de losmorterosyhormigones,
empleándose enconstrucciónparauniroenlazarmaterialesdel grupoanterior,ademásde constituirlos
últimos,porsí solosyen combinaciónconel acero,un material de construcciónfundamental por
excelencia.Laspastasque con ellossé consiguenpermitenserextendidasymoldeadasconvenientemente
para adquirir,despuésde endurecidas,unascaracterísticasmecánicassimilaresalasde losmateriales
pétreosnaturalesyartificiales.Losprincipalesconglomerantesempleadosenlaconstrucciónsonel
cementoPórtland,el yesoylacal.
Los materialescomplementariosoauxiliaressonaquellos que se utilizandentrode lasedificaciones
como complementosutilitariosde lasmismas.El vidrio,pinturas,aislantes,materialeseléctricos,de
fontanería,carpinteríade madera,de aluminio,de PVC,etc,constituyenalgunosejemplos.
Clasificaciónde losmateriales.
Los materialesutilizadosenconstrucciónenunaprimeraclasificaciónse puedendividirendostipos
generalesatendiendoasuorigen(Clasificacióngenética):naturalesyartificiales.
Los materialesnaturales,sonaquellosque puedenser empleadostal comose hallanenlanaturaleza,
labrándolosparadarleslaformay dimensionesadecuadas,perosinrealizarenellostransformación
físico-químicaalguna.
Los materialesartificiales,sonaquellosque,trasunprocesode elaboraciónytransformaciónde su
composición,adquierenlascaracterísticasapropiadasasu uso.Se utilizancomomateriasprimasparasu
obtenciónlosmaterialesnaturales,que modificadosabase de losdistintosprocesosde fabricación,dan
como resultadoel material artificial.

3. Esta primeragran clasificación,se divideasu vezendosgrupos de acuerdocon la naturalezadel
material,pudiendoserde carácterorgánicoo inorgánico.6
Los materialesorgánicos,procedende animalesovegetales,crecenymuerende acuerdoa las leyes
biológicas,conunaformapropiadefinida,reproduciéndose ysiendoperecederos,porloque son
necesariostratamientosque impidansualteración.Comoejemplode material natural orgánico,tenemos
lasmaderasy como artificial orgánicolosplásticos.
Los materialesinorgánicos,estánformadosporyuxtaposiciónde susmoléculas,ypuedenadoptar
estructuravítrea o cristalina.Formanparte de este grupolasrocas y mineralesutilizadosvarala
obtenciónde lamayoría de materialesartificiales.Pertenecientesaeste grupo,sonlosmaterialesmás
importantesutilizadosenconstrucción.
Comoejemplode material natural inorgánico,todoslospétreosnaturalesycomoartificial inorgánico:los
cerámicos,losaglomerantes,losmetales,etc.
De loanteriormente expresado,podemosestablecerclasificaciónde losmaterialessegúncomose indica
enel cuadro 1.2.1, que si biennoes la única,sí parece la másindicadapara el estudiode losmaterialesde
construcción.
CUADRO 1.2.1.- CLASIFICACION DELOSMATERIALES
- PÉTREOS NATURALES:Rocas
Cerámicosyvidrios
- PÉTREOS ARTIFICIALES:Aglomerantes:Yesos,calesycementos
Aglomerados:Morteros,hormigones,yprefabricados.
- METÁLICOS.
- ORGÁNICOSNATURALES:Maderasy corchos.
- ORGÁNICOSARTIFICIALES:Resinasyplásticos
- BITUMINOSOS.
- PINTURAS.
1.3.- METODOLOGÍA PARA EL ESTUDIO DE LOS MATERIALES.
La correctautilizaciónde unmaterial enunadeterminadaobra,pasaporanalizarsi éste esadecuadopara
la misiónque debe cumplirenlamisma,paraellodebe poseerciertascaracterísticasque justifiquensu
uso.A lolargo de la historia,el problemase haresueltode formaexperimental,esdecir,enbase al
conocimientoadquiridosegúnse ibacomprobandosi el material cumplíaono lasexigenciasque de él se
precisabanencada caso.
Actualmente se hallegado,trasel conocimientocientífico-técnico,adominarel comportamientode un
determinadomaterial paraunaciertaaplicación,pudiéndosemedirycomprobarsi el mismoposee una
propiedadenel nivel adecuadoexigibleencadaparte de laobra, loque nosconduce a la eleccióndel
material másidóneoparacada uso determinado.7
El procesose basa enel estudiode lareacciónque se produce ante cualquieraccióndel exterior,yasea
mecánica,eléctrica,química,etc.El control de estareacciónnos define ymide laspropiedadesdel
material.
La reaccióndependeráde:
- La clase y forma de la acción.
- Las características del material.
- La forma y dimensionesdel mismo.
Segúnestasvariables,se puedenrealizardiferentesensayosque nosdeterminenel nivel ovalorque tiene
un material de unapropiedadconcreta,siendoimprescindible normalizarel procesoparapodercomparar
resultadosyestablecernivelesde calidad(efectuandodiferentesacciones,condiferentesmaterialesycon

4. distintostiposde probetas).
Para ello,se hanestablecidounaserie de normasque regulanlosprocedimientosde ensayo,(unificando
criterioscomolasdimensionesde lasprobetasdel material,indicandocondicionesde presión,
temperatura,etc.),comosonlasnormasUNE española,DIN alemana,ASTMamericana,olas
recomendacionesde organismoscomolaRILEM, así como losPliegosde CaracterísticasGeneralesde
obligadocumplimientocomoel RC-93sobre cementosoel RY-85 de yesos,así como instruccionesy
demásreglamentación.
Comoresumen,lametodologíaaseguirparael estudiode losmateriales,puede serlasiguiente:
- Conocery valorarlas propiedadesque queremosexigirles.
- Conocery realizarlosensayosadecuadosparaobtenerlamedidaque indicael cumplimientode dichas
propiedades.
- Adoptarlosusosapropiadosa losque se puede destinarel material.
- Analizarlasventajase inconvenientesante otrosmaterialessimilares.
De acuerdoa losdatos que nosaportendichosestudios,podremoselegirel material másapropiadopara
cada necesidad.
Sinembargo,lautilizaciónde unmaterial enobra,nose realizaúnicamente enbase alosestudios
citados,ya que,losfactoresque intervienenalahora de su elecciónsonmuchomáscomplejos,pudiendo
agruparse del siguientemodo:
- Característicastécnicas.
- Condicionanteseconómicos.
- Condicionantesestéticos.
Los dosúltimos,limitanlaposibilidadde utilizarsiempre el material másadecuadoparacada caso.No
obstante,se utilizaránsiempre aquellosque cumplanal menoslosnivelesmínimosde calidadexigidos
por la normativa.
Otra cuestiónnomenosimportante atenerencuenta,eslavida mediade unaobra (durabilidad),dándose,
enocasiones,desequilibriosde calidadque hacenque dichaobraquede obsoletaantesde tiempo,debido
a que no se ha sabidoconjugarel nivel de exigenciasyel de durabilidadde losmaterialesque están
formandolamismaobra y por lotanto alterándose yenvejeciendoentiemposdistintos.8
1.4.- ENSAYOSDE MATERIALES.
La eleccióndel material másadecuado,exige el conocimientopreviode suspropiedadestécnicas:físicas,
químicasy mecánicas.Todaesta información,laofrecenlosensayosde materiales,realizados
generalmente sobre probetasnormalizadasyenocasionesenelementosde lapropiaobra.
Por lotanto,el fundamentode larealizaciónde unensayo,serálamedidade unadeterminadapropiedad
que deseamosexigirle aunmaterial parasu utilización.
Segúnel finque se persiga,se distinguen lossiguientestiposde ensayos:
CUALITATIVO
CUANTITATIVO
TIPO DE ENSAYOS
DESTRUCTIVO
NO DESTRUCTIVO
Los ensayoscualitativosson,normalmente,losdestinadosacontrolarlaproducción,de formaque
satisfaganciertasnormasperfectamente definidas.Debenserrápidosysimples,alavezque exactos,
fiablesysensibles.
Los ensayoscuantitativossonlosmásutilizados,exigiéndolesunagranprecisiónyfiabilidad,destinando
ensu realizaciónmayorcantidadde tiempoque losanteriores.Entre otros,losobjetivosde este tipode

5. ensayossonlossiguientes:
- Conocery estudiarlaspropiedadesde unmaterial ylainfluenciaque sobre lamismasejerce su
composiciónquímica,losprocesosensufabricaciónylastransformacionesensuestructura.
- Controlary estudiarel comportamientode losmaterialesenservicio.
- Ensayar piezasque hanfalladoenservicio,tratandode hallarsuscausasy forma de evitarlas.
- Obtenervaloresde resistenciaque sirvande base al cálculoy elecciónde losmaterialesmás adecuados
para su utilización.
Todosestosobjetivosse consiguenmediante el usode ensayosde tipodestructivoynodestructivo
basadosenlos siguientesmétodos:
Químicos:su finalidadesconocerlacomposiciónquímicadel material ysuresistenciaalosagentes
químicos.Se realizanensayoscualitativosycuantitativos,siendoengeneral,nodestructivos.
Físicos:destinadosaconocerlas propiedadesfísicas(densidad,porosidad,propiedadestérmicas,
eléctricas,etc.),asícomoobservary medirdefectosinternoscomogrietas,coqueras,etc.Parala
obtenciónde estaspropiedades,sonutilizadostantolosensayosdestructivoscomolosno
destructivos.9
Mecánicos:son engeneral,destructivosytienenporobjeto:
- Determinarlascaracterísticaselásticasyde resistencia,segúnel comportamientode probetas
normalizadassometidasadeterminadosesfuerzos.
- Ensayosestáticos(tracción,compresión,flexión...).
- Ensayoscon tensionesmúltiples.
- Ensayosde dureza.
- Ensayosdinámicos(concargas bruscaso variables).
- Ensayosde duración(fatigay fluencia).
- Ensayostecnológicos(plegado,doblado,de forjado,de tubos...).
- Determinarexperimentalmentelastensionesque se desarrollanenmaterialesoelementosconstructivos,
cuandose sometenaesfuerzosanálogosalosque tiene que soportarenservicio.Poreste procedimiento,
esfácil decidirel diseñomásadecuado,el materialosustratamientos.
Comonorma general,todoensayodebe cumplirunaserie de condiciones:
- Serhomogéneo.
- Las muestras tomadas,debenserrepresentativas.
- De realizacióntécnicamente sencilla.
- Fiable yrepetitivo.
- Que su procedimientoesté perfectamente definidoypreferiblemente normalizado.
1.5.- NORMATIVAS.
Confección.
La realizaciónde todanormativaomodificaciónde lamisma,llevaconsigountrabajode análisis,
comparacióny experimentaciónque sigueel siguiente esquema:
Comisióntécnica:Grupode trabajoque dirige ycontrolala confecciónde lanorma.
Grupo de trabajo:formadopor una comisiónde expertos, abierta,dondese planteael debateintelectual y
experimental de loque se pretende normalizar.
Exposiciónpública:periodoenel cuál se daa conocer el documentoyenel que se puedenpresentarlas
alegacionesymodificacionesque se considerenoportunas.
Aprobación:trámite porel cuál,la normaes aprobadapor el gobiernoypublicadaenel BoletínOficial
del Estado.
Tipos.

6. Dentrode la ampliagama de normativasexistentes,podemoshacerunaprimeraclasificaciónatendiendo
a los distintostipos,segúnlossiguientescriterios:
- Las que describenlanormalizaciónde losproductos.
- Las que desarrollanlanormalizaciónde laejecuciónde losensayos.
Entre otras,cabe destacarlasnormas UNE, EH, RC, RY, NLT, ASTM, DIN...
Las limitacionesyvaloresque indicanlasnormas,podránserono de obligadocumplimiento.Cuestión
éstaque debe quedarexplicitadaenproyecto.10
Contenido.
Toda normativatiene comofinalidadprincipal darhomogeneidadal tratamientode losdistintosensayos.
Del mismomodo,el contenidode lamismasigue unesquemaprincipal yhomogéneo,que podemos
resumirdel siguiente modo:
Objeto:se enuncialafinalidadde lautilizaciónde lanormayel ensayoa realizar.
Toma de muestras:la normaespecificacómo,enqué cantidadesyqué formasdebentenerlasmuestras
del material aensayar,para que losresultadosseancomparablesyfiablesencualquiercasoylugar.
Aparatosempleados:se describenperfectamente lasherramientas,aparatosydemásutillaje utilizadoen
el ensayo,indicandosusespecificaciones,potencia,velocidadesde carga,tiempos,etc.
Procedimientooperativo:se detallaexhaustivamentecadapasode la realizacióndel ensayo.
Obtenciónde resultados:se expresanlasdistintasformulaciones,apartirde las cualesse adoptanlos
valoresmínimosde exigenciasegúnel ensayoque se realice,asícomosu interpretación.
1.6.- PRESENTE Y FUTURO DE LOSMATERIALES DE CONTRUCCIÓN.
El crecimientoenel consumode losmaterialesde construcciónestádirectamenterelacionadoconel
aumentode lapoblaciónmundial yconel desarrollode lospaíses(obrasde ingenieríacivil,
infraestructuras,etc.).Se puedepensarque,al menosacortoplazo,el hormigón,el mortero,yeso,
ladrillos,piedranatural,el acero,etcseguiránsiendolosmediosmásbaratosde construir,y suconsumo
no cesará de aumentarproporcionalmenteal crecimientode lapoblaciónyal desarrollo.
mportancia de la Construccion Civil
se nutre basicamente de los conocimientos relacionados con las ciencias exactas como la matematica, fisica,
quimica y la geotecnia, etc. las principales ocupaciones del constructor civil estan relacionadas con proyectos y
construccion de obras, para ello el constructor debe tener bases para presupuestar, planear, organizar ejecutar,
dirigir todos los aspectos de la construccion, controlar la calidad y modificar los proyectos alcanzando los
objetivos de calidad y plazo requeridos.
a su vez es una de las carreras con mayor campo
de accion e importancia en el progreso de las culturas,
se encarga de la planeacion, proyeccion, construccion y
como obras hidraulicas que satisfagan las necesidades de la poblacion
y mejoren sus condiciones de vida considerando un manejo racional
del ambiente.
Selecciónde materiales
 4. La selección de materiales (SM). Trata de una actividad que involucra unagama de conocimientos
técnicos, cuya amplitud difícilmente es cobijada porun solo tipo de profesional; por ser el punto focal de

7. una serie deespecialidades tecnológicas que van desde el diseño hasta el análisis dedesempeño en
campo. En otras palabras, interdisciplinaridad e interactividadson particularmente exigidas en la SM, de la
cual la selección del procesoy el diseño del producto también hacen parte, integrando así ingenieros
deproducción, de materiales y mecánicos, entre otros. Ing. Fredy Llano M 4
 5. Criterios de selección de materiales...Los procedimientos de selección de materiales obedecen a
diversoscriterios. Se enlistan los más conocidos:• Conocimiento de variables de
operación•Consideraciones dimensionales• Consideraciones de forma• Consideraciones de peso•
Consideraciones de resistencia mecánica• Resistencia al desgaste• Facilidad de fabricación• Requisitos
de durabilidad Ing. Fredy Llano M 5
 6. Criterios de selección de materiales• Número de unidades• Disponibilidad del material• Costo•
Existencia de especificaciones y códigos• Viabilidad de reciclado• Valor del desecho• Grado de
normalización Ing. Fredy Llano M 6
 7. Causas de fallas determinadas en varias investigaciones Origen %Selección incorrecta de materiales
38Defectos de fabricación 15Tratamiento térmico incorrecto 15Fallas de diseño 11Condiciones
imprevistas de operación 8Control inadecuado de las condiciones de trabajo 6Inapropiada inspección o
control de calidad 3Cambio equivocado de materiales 2 Ing. Fredy Llano M 7
 8. Mecanismos causantes de fallas en plantas industriales Mecanismo %Corrosión 29Fatiga 25Fractura
frágil 16Sobrecargas 11Corrosión a alta temperatura 7Corrosión bajo tensión/fatiga combinada con
6corrosión/fragilización por hidrógenoFluencia 3Desgaste-abrasión y erosión- 3 Ing. Fredy Llano M 8
 9. EL análisis de fallas es una de las mas importantes técnicas paramantener y asegurar la integridad y la
seguridad de productos einstalaciones industriales. Los resultados de las investigaciones
decausas/mecanismos de fallas contribuyen para:• Prevención de fallas en equipamientos / productos•
Mejoramiento y modificaciones del diseño• Mejor entendimiento del diseño, de los materiales, de las
técnicas de fabricación y de los métodos de inspección. Ing. Fredy Llano M 9
 10. Naturaleza interactiva de la factibilidad de un producto o componente Ing. Fredy Llano M 10
 11. Materiales• Acero aleado alta resistencia• Aluminio 7074• Titanio• PRFCCriterio 1Resistencia a la
tensión [Mpa] Material Acero Aluminio Titanio PRFC Resistencia 1000 500 800 700 Ing. Fredy Llano M 11
 12. Criterio 2IM. Relación resistencia /peso Material Acero Aluminio Titanio PRFC Resistencia 133 185
170 390 /pesoCriterio 3IM. Costo/kg Material Acero Aluminio Titanio PRFC Costo/kg 0.75 3 15 20 Ing.
Fredy Llano M 12
 13. Ing. Fredy Llano M 13
 14. • No se pueden seleccionar los materiales con base en una sola propiedad.• Suelen existir múltiples
soluciones correctas de un problema de selección de materiales. Por esto es preciso investigar varias
soluciones alternas antes de llegar a la solución definitiva.• Los materiales que se seleccionen deben
funcionar juntos como un sistema sin degradar las propiedades de los demás materiales.• Existen
software que ayudan a realizar la selección adecuada de materiales. Ing. Fredy Llano M 14
 15. Se requiere fabricar una estructura metálica soldada parasoportar un motor de combustión:Criterios
para la selección del material:• Presentar buena soldabilidad• Resistir esfuerzos de fatiga y térmicos•
Presentar resistencia la corrosión• Presentar bajo costo de mantenimiento• Presentar bajo costo de
fabricación• Utilizar perfiles estructurales estandarizados• Emplear materiales de bajo costo y de fácil
disponibilidad Ing. Fredy Llano M 15
 16. Estas exigencias pueden clasificarse en tres grandesgrupos:• Científico-tecnológicas: rendimiento,
fiabilidad y conservación.• Económicas: costo del material, cantidad, proceso.• Socio-ecológica: costos
asociados a la protección del medio ambiente o a la prevención de riegos, de todo tipo, inherentes al
material. Ing. Fredy Llano M 16