TEÓRICA N3 / PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICA DE LOS MATERIALES

UNIVERSIDAD DE MORON
FACULTAD DE ARQUITECTURA, DISEÑO, ARTE Y URBANISMO
CÁTEDRA TECNOLOGÍAS 2
2019
PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS
DE LOS MATERIALES
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TECNO2019

PROPIEDADES
FISICAS
DE LOS MATERIALES
Son aquellas que se pueden medir u observar sin alterar la composición del
material, usualmente se asume que el conjunto de propiedades físicas
definen el estado de un sistema físico.
TECNOLOGÍAS 2TECNOLOGÍAS 2

PESO ESPECÍFICO
La necesidad del conocimiento de los materiales por
parte de un profesional, nos lleva a investigar todos los
aspectos concernientes a sus propiedades tecnológicas,
mecánicas, físicas, químicas, acústicas, térmicas, etc.,
como así también sus posibilidades de disponibilidad,
costos, traslado, etc.

Pero sobre todas las cosas como diseñadores debemos tener
la capacidad no solo de DAR RESPUESTAS TÉCNICAS sino
cuales son las posibilidades de uso desde un aspecto
constructivo con una PERSPECTIVA DE DISEÑO

Analizando las propiedades físicas de los materiales, aparece
entonces, como primer tema que es fundamental para el
conocimiento de su comportamiento frente a otras diversas
solicitaciones, EL PESO.
El peso es la fuerza que ejerce el planeta para atraer a los
cuerpos. La magnitud de la fuerza en cuestión también se
conoce como peso.

Conocer el peso específico de un cuerpo es muy importante
para determinar cuáles son las mejores condiciones para su
procesamiento
En cuanto a la materialización concreta de la obra, podremos
determinar si algún objeto, ejemplo equipamiento, podrá se
maniobrable manualmente, o si es necesario el uso de
maquinarias; si los elementos a transportar podrán ser
trasladados con un determinado vehículo o si es necesario
uno de mayor envergadura.

Con esto en mente, podemos definir la noción de peso específico que:
…es el vínculo existente entre el peso de una
cierta sustancia y el volumen
correspondiente…
(peso sobre volumen)Pe = P
V

El volumen (V) podrá ser de tres magnitudes diferentes:
•VOLUMEN REAL (Vr)
•VOLUMEN APARENTE (Va)
•VOLUMEN A GRANEL (Vg)

VOLUMEN REAL (Vr)
Considerando al material sin poros o vacios
VOLUMEN APARENTE (Va)
Considerando con poros o vacios
El volumen real de un material es una situación que solo se
puede obtener en el laboratorio, donde es posible compactar
el material y eliminar los poros, mientras que el volumen
aparente de los materiales se encuentra en la naturaleza o en
la forma de comercialización, es el que percibimos con
nuestros sentidos.

La tercera magnitud de
volumen, es el caso de los
materiales que se presentan en
forma de polvo o gránulos,
denominándose VOLUMEN
A GRANEL (Vg),
pudiéndose ser suelto o
compacto, dependiendo del
grado de apretamiento de las
partículas.

VOLUMEN REAL (VR) – prueba de laboratorio
VOLUMEN APARENTE (VA) – tal como se comercializa
VOLUMEN A GRANEL (VG) – reducido a partículas.
Si denominamos (E) a los espacios vacios o poros,
encontramos que:
Va= Vr + E

De acuerdo a la relación planteada, el Pe se mide en unidades
compuestas como:
•Kg/m3
•Kg/cm3
•T/m3
•Kg/dm3
•T/dm3
Siendo la mas común y la que adoptaremos para el uso en la
material kg/m3

Es así que podemos establecer una diferencia de P.E. en altos y bajos, teniendo como
límite entre ambos, el P.e. del agua, cuyo valor es de 1000kg/m3.
Como regla general podemos decir que todo material por debajo de ese valor, flota
en el agua y lo denominaremos de bajo P.e. y los materiales por encima de
1000kg/m3 son de alto P.e., pues se hunden en el agua.
BAJO PESO ESPECIFICO
Telgopor, corcho, algunas
maderas, etc.
ALTO PESO ESPECIFICO
Hierro, plomo, ladrillos, aluminio, vidrio,
etc.

POROSIDAD Y COMPACIDAD
La mayor o menos presencia de espacios vacios dentro de un
material nos determinará los valores de porosidad y
compacidad del mismo.
Es la relación entre el volumen real y el volumen aparente

POROSIDAD
Es la relación entre el volumen de aire (espacios
vacios- Ev) que contiene un cuerpo y su VOLUMEN
APARENTE
COMPACIDAD
Podemos decir que el grado de compacidad está
dado por la cantidad de VOLUMEN REAL (Vr)
contenida en la unidad de VOLUMEN APARENTE
(Va)
Podemos identificar de acuerdo a esta relación:
Alta compacidad = Aislación hidrófuga y acústica
Baja compacidad = Aislación Térmica

PERMEABILIDAD Aislación hidrófuga
Propiedad de algunos materiales de dejarse atravesar
por un liquido; intervienen el espesor, la superficie, la
temperatura, la presión y la naturaleza del material.
Factores que afectan el grado de permeabilidad:
Porosidad: el grado de conexión de los poros entre si
incide sobre la permeabilidad del material
Temperatura: los fluidos disminuyen la viscosidad con el aumento de la temperatura,
por lo tanto sus moléculas pasaran a través del solido con mayor facilidad y velocidad,
lo que aumente la permeabilidad.
Presión: la presión que se ejerza sobre un fluido es una fuerza que aumenta la
posibilidad de su pasaje a través de un material.
Naturaleza del fluido: a mayor fluidez aumenta o se facilita la permeabilidad.

ABSORCION
Es la propiedad que tienen los materiales de
atraer y retener entre sus moléculas, otras
moléculas que pueden estar en estado gaseoso
o líquido.
ADSORCIÓN
Es un proceso por el cual los líquidos son
atrapados o retenidos en la superficie de un
material en contraposición a la absorción.
La capacidad de absorción se establece midiendo la cantidad de agua que retienen en sus
poros en un tiempo determinado.

HIGROSCOPICIDAD
Es la propiedad de algunos
cuerpos de absorber agua y
modificar su peso, lo que produce
un aumento de su peso.
El aire contenido en sus poros es
rellenado.
a: Peso del agua que impregna el
material
Ps: Peso del material seco
Ph: Peso del material húmedo
a= (Ph – Ps / Ps ) x 100

PROPIEDADES
MECANICAS
DE LOS MATERIALES
Consisten en la resistencia que ofrecen los materiales al ser
sometidos a determinados esfuerzos exteriores.

DUREZA
Mayor o menor grado que
un cuerpo puede imponer
sobre otro.
Se determina por la
penetración, rallado y/o
abrasión.

ELASTICIDAD
Es la capacidad que tiene un material de recuperar su forma por si
solo una vez retirada la carga deformante.

PLASTICIDAD
Por oposición, es la
propiedad de mantener
deformación una vez de
retirada la carga, pero
conservando su cohesión
interna.

RIGIDEZ
Se adjudica a los cuerpos que
para un esfuerzo dado, sufre
menores deformaciones.
Esta propiedad está relacionada al
modulo de elasticidad.
No solo importa que el material
resista las fuerzas, sino además,
que la deformación que estas
producen se encuentre dentro de
los límites compatibles con la
función que debe cumplir la
pieza.

TENASIDAD
Corresponde a los materiales capaces de admitir mayores deformaciones
antes de romperse.
Materiales como el hierro, resisten los golpes sin romperse, se llaman
materiales tenaces.

FRAGILIDAD
Es la propiedad de
ciertos materiales de
llegar a su límite de
rotura con poco
trabajo de
deformación, opuesta
a la tenacidad.

ISOTROPÍA
Se dicen isótropos a
los cuerpos que
presentan igual
comportamiento para
cualquier dirección
considerada.
Por ejemplo, metal
fundido.

ANISOTROPIA
Por oposición son
anisótropos aquellos
que presentan
condiciones diferentes
de acuerdo a la
dirección que actúa la
fuerza.
Por ejemplo, la madera
que posee fibras
orientadas.

PROPIEDADES ESPECIALES
TÉRMICAS
La conductibilidad térmica de los materiales es la capacidad de transmitir calor
donde intervienen la superficie, espesor, tiempo, la diferencia de temperaturas y la
propia naturaleza del material.
ACÚSTICAS
Se diferencian dos cualidades, la aislación que es la capacidad de un material de
impedir el pasaje de las ondas sonoras y la absorción que por oposición tiene la
propiedad de reducir el nivel sonoro al interior de su masa.
SENSORIALES
Son aquellas propiedades que como el color, el olor, el oído o la textura, están
relacionadas con la impresión que produce el material en nuestros sentidos.

IMPORTANCIA DE LA PROPIEDADES FISICAS
El conocimiento de las propiedades físicas de los materiales nos permitirá resolver
muchos problemas, desde la etapa de diseño hasta la planificación y producción de la
obra
En los aspectos de diseño nos ayuda a determinar, resistencia de un material,
posibilidades de acopio de materiales, el peso de las estructuras, dimensiones que
ocupa, etc.
Si tenemos en cuenta el peso de una estructura de hormigón armado, con un
P.e. = 2400 kg/m3, aproximadamente el 70% del volumen está destinado a soportar
su propio peso. De acuerdo a esto imagínense si pudiéramos obtener un material con
las mismas cualidades técnicas pero con un P.e. varias veces menor.

ESTRUCTURA
La Estructura es un componente
esencial de la arquitectura. Lo cual
quiere decir que cumple la función
insustituible de mantener la
arquitectura en pie, resistir diversas
solicitaciones y cargas.
Una estructura es un conjunto de
elemento unidos entre sí capaces de
soportar las fuerzas que actúan
sobre ella, con el objeto de
conservar su forma.

FUNCIONES DE LAS ESTRUCTURAS
SOPORTAR CARGAS
Es la principal función de toda estructura ya que las fuerzas o
cargas siempre están presentes en la naturaleza: la gravedad, el
viento, el oleaje, etc.

MANTENER LA FORMA
Es fundamental que las estructuras no se deformen, ya que si esto
ocurriese, los cuerpos podrían romperse. Es lo que ocurre cuando los
esfuerzos son muy grandes.

PROTEGER
Una estructura
debe proteger
las partes
delicadas de
los objetos
que los
poseen.

ESTABLE
La estructura no
puede volcar o
caerse aunque
reciba diferentes
cargas

LIGERAS
Las estructuras
deben ser lo más
ligeras posibles. Si la
estructura fuese muy
pesada, podría
venirse abajo y,
además se
derrocharían muchos
materiales.

Las fuerzas que actúan sobre una
estructura se denominan CARGAS.
Fuerzas que resultan del peso de todos los
materiales de construcción, del peso y
actividad de sus ocupantes y del peso del
equipamiento.
También de efectos ambientales y
climáticos tales como nieve, viento, etc.

CARGAS ESTÁTICAS
Son las cargas más importantes que soporta la estructura y no presentan
cambios bruscos a lo largo del tiempo, se mantienen constantes, como ser el
peso propio de los elementos constructivos de la estructura.

CARGA PERMANENTE
Carga vertical aplicada sobre una estructura que incluye el peso de la misma estructura
más la de los elementos permanentes. También llamada carga muerta.
En esta categoría se pueden clasificar las cargas correspondientes al peso propio y al
peso de los materiales que soporta la estructura tales paredes, pisos, techos,
cielorrasos, escaleras, elementos divisorios, terminaciones, revestimientos, etc.
En general las cargas
muertas se pueden
determinar con cierto
grado de exactitud
conociendo la densidad de
los materiales.
Permitiendo realizar el
dimensionamiento y
calculo estructural.

CARGAS VIVAS
Corresponden a cargas gravitacionales debidas a la ocupación normal de la estructura y
que no son permanentes en ella.
Debido a la característica de movilidad y no permanencia de esta carga el grado de
incertidumbre en su determinación es mayor.
La determinación de la posible carga
de diseño de una edificación ha sido
objeto de estudio durante muchos
años y gracias a esto, por medio de
estadísticas, se cuenta en la
actualidad con una buena
aproximación de las cargas vivas de
diseño según el uso de la
estructura.
Las cargas vivas no incluyen las
cargas accidentales como nieve ,
sismo o viento.

CARGAS ACCIDENTALES
VIENTO
Se verifica por la acción de este sobre las
superficies, que se traduce en una fuerza
de empuje o succión.

NIEVE
Su acumulación origina cargas importantes sobre los techos. Las cubiertas de mucha
inclinación son típicas en las zonas de nieve, logrando así evacuar una parte de ella
y bajar la carga.

SISMO
Los sismos originan
aceleraciones
transmitidas por el
terreno que al actuar
sobre la masa se
traducen en fuerzas. La
acción del sismo puede
tener cualquier
dirección y provoca
empujes (cargas)
verticales y horizontales,
siendo las horizontales
las más peligrosas.

ESTADOS BÁSICOS
DE TENSIÓN

Las CARGAS a las cuales se someten las estructuras provocan determinados
ESTADOS TENSIÓNALES a los elementos que la compone.
Estos estados pueden ser variados y se presentan con efecto aislado o
conjunto según sean los orígenes de las cargas y la superposición de su
acción en la estructura.
La tensión es la carga por unidad de superficie y se expresa generalmente en
kg/cm2

Para poder determinar los diferentes estados tensiónales debemos
conocer primero las condiciones de apoyo o sujeción de los miembros de
una estructura determinada.
Cada uno de los extremos de una pieza o uno solo de ellos se une al
terreno o a otros elementos estructurales por medio de sustentaciones
que limitan los grados de libertad al movimiento que tiene dicha pieza.
Los grados de libertad son 3:
•VERTICAL
•HORIZONTAL
•ROTACIÓN

Los estados tensiónales pueden clasificarse en:
•COMPRESION
•TRACCION
•FLEXION
•PANDEO
•TORSION
•CORTANTE

COMPRESION SIMPLE
Es el estado de tensión en el cual
las partículas del material se
aprietan entre sí.
Una columna sobre la cual se
apoya un peso se encuentra
sometida a COMPRESIÓN: su
altura disminuye COMPRESIÓN
por efecto de la carga.
El acortamiento es típico en la
compresión.

TRACCION SIMPLE
Es el estado de tensión en el cual las partículas del material tienden a
separarse. Su causa se puede explicar cómo dos fuerzas de igual magnitud
pero de sentido contrario actuando sobre la misma recta de acción.

FLEXION SIMPLE
La flexión puede considerarse como
un mecanismo estructural capaz de
canalizar cargas verticales en
dirección horizontal, o dicho en forma
más general, en dirección
perpendicular a las cargas.
Básicamente es la combinación de la
tracción y la compresión en distintas
fibras del mismo material, de tal
manera que las fibras superiores de la
pieza sufren compresión y las
inferiores tracción.

PANDEO
Cuando en una barra esbelta
actúa una fuerza axial de
compresión y esta aumenta
lentamente, llega a un valor en
el cual el elemento esbelto, en
lugar de limitarse a acortar su
longitud, “pandea” y por lo
general se rompe.

CORTANTE SIMPLE
Cuando dos planos próximos
de una sección transversal
de un elemento estructural
se deslizan entre sí por
acción de dos fuerzas
iguales, de sentido contrario
y que actúan en direcciones
infinitamente próximas, se
dice que este elemento está
sometido a esfuerzos de
CORTE.

TORSION
Cada vez que dos
cargas de giro en
sentido opuestos
son aplicadas a un
elemento
estructural tienden
a torcerlo es
entonces que
estamos en
presencia de
esfuerzos de
TORSION.

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