Materiales I: Introducción a los materiales, su historia y usos tradicionales

MATERIALES I – UNIDAD 1
1
Introducción
La asignatura Materiales I aportará un amplio y variado soporte teórico - práctico
para el cabal entendimiento y desarrollo de otras asignaturas de la carrera y para
la ejecución de los proyectos ingenieriles que acometan los futuros
profesionales.
Especial atención se la brindará al conocimiento del uso tradicional de los
materiales, su identificación y diferenciación, a partir de las correspondientes
propiedades físicas, químicas y tecnológicas, por citar las más importantes, pero
destacando la necesidad de la actualización constante sobre los nuevos avances
aportados por las investigaciones
En esta Unidad I, se abordará el estudio de los distintos materiales, sus
diferentes usos, desarrollando una amplia capacidad de análisis de los distintos
materiales, incluyendo aspectos físicos y tecnológicos, económicos y sociales,
estéticos y ambientales.
Objetivos
General
▪ Identificar, caracterizar y seleccionar adecuadamente los materiales a
utilizar en las distintas tareas de ingeniería, de la construcción y del diseño
aplicado, reconociendo además la importancia de la investigación
permanente, tanto de los materiales de uso tradicional como de los
nuevos que aporte la industria.
Específicos
● Conocer el uso tradicional de los distintos materiales para armonizar sus
usos con el contexto económico-social establecido y contribuir a su
desarrollo.
● Desarrollar una amplia capacidad de análisis de los distintos materiales,
que incluya aspectos físicos y tecnológicos, económicos y sociales,
estéticos y ambientales.
● Comprender la importancia del uso racional de los materiales naturales y
sus desechos para preservar el medio ambiente y los recursos naturales
del país.
Desarrollo

2
1.1 Introducción.
Los estudios arqueológicos realizados en el mundo han demostrado el uso de materiales
de ingeniería en beneficio de la humanidad desde hace 10.000 años.
La búsqueda de nuevos materiales progresa continuamente pues los arquitectos buscan
nuevas aplicaciones y mezclas de piedras y cementos, desde el punto de vista mecánico
y estético, los ingenieros mecánicos, por ejemplo, buscan materiales para resistir altas
temperaturas, de modo que los motores de reacción puedan funcionar más
eficientemente; los ingenieros eléctricos procuran encontrar nuevos materiales para
conseguir que los dispositivos electrónicos puedan operar a mayores velocidades y
temperaturas; los ingenieros aeroespaciales tratan de descubrir materiales con mayores
relaciones resistencia-peso para aviones y vehículos espaciales y los ingenieros
químicos se afanan en descubrir materiales más resistentes a la corrosión.
Por ello, los profesionales, sea cual sea su especialidad, deben tener conocimientos
básicos y aplicados sobre los materiales de uso habitual en ingeniería y arquitectura
para poder realizar su trabajo más eficazmente cuando vayan a utilizar los mismos.
1.1.1Definiciónde“materiales”.
Denominamos materiales a las sustancias que componen cualquier objeto o producto
que se encuentre en todas partes alrededor nuestro y una clasificación muy general y
básica de ellos sería:
• Materiales primarios (Materias primas)
• Materiales elaborados (Productos elaborados)
Durante el desarrollo de esta unidad estudiaremos características y propiedades
generales de materiales que son indispensables para acometer obras de ingeniería y
arquitectura.
1.2 Análisis histórico. Uso tradicional
de los materiales.
Tal ha sido la importancia de los materiales en el desarrollo humano que las edades
históricas han recibido el nombre de los materiales que sucesivamente fueron
potenciando su desarrollo; el hombre primitivo tuvo acceso solo a un número muy
limitado de materiales, los cuales encontró en la naturaleza: piedras, madera, arcilla,
cuero y unos pocos más, pero con el decursar del tiempo y el aumento de sus
capacidades y habilidades producto del trabajo, comenzó a utilizar y crear incluso,
nuevos materiales que a su vez potenciaron su desarrollo.

3
1.2.1Edaddepiedra.
Figura 1: Crómlech de Stonehenge, Inglaterra.
El hombre comienza a confeccionar los primeros utensilios de la historia al afilar piedras
para dotarles de superficies de corte con las que desgarrar carne, cortar pieles para
abrigarse, afilar palos para cazar y defenderse, perfeccionando luego estos útiles con
mangos de madera y así fabricar hachas, mazos y otras herramientas similares.
También se comenzaron a utilizar herramientas hechas de huesos de animales. El
dominio del fuego tuvo aplicación tecnológica inicial consistente en endurecer las puntas
afiladas de troncos de madera para utilizarlas como las armas livianas primigenias y
útiles de labranza.
Las investigaciones arqueológicas han determinado que el uso de la madera por el
hombre data de unos 500.000 años atrás; la primera muestra de madera
tecnológicamente protegida descubierta data de unos 250.000 años. Posteriormente se
utilizó la madera para la fabricación de utensilios, techumbres, embarcaciones y puentes
rudimentarios.
Con sus herramientas así mejoradas el hombre comenzó a trabajar la tierra, y con ello
a transformarse de nómada en sedentario. Surgen las primeras aldeas y al necesitar,
almacenar los excedentes de las cosechas, surge un nuevo material: la cerámica, la
cual evolucionó también hacia la confección de los primeros ladrillos.
Con el decursar del tiempo, el hombre descubrió técnicas para producir materiales con
propiedades superiores a las de los naturales.
No obstante, tendrían que pasar varios siglos para que llegara la gran revolución en el
empleo de los materiales: el descubrimiento de los metales.
Figura 2: Utensilios del neolítico.

4
1.2.2 Edad del cobre.
Hacia el año 9500 a.n.e. a alguien en las proximidades de la antigua Mesopotamia se
le ocurrió calentar hasta fundir unas piedras que encontró, obteniendo así, con relativa
facilidad, tras darle forma y dejarlas solidificar, la primera pieza metálica de la historia,
que fue de cobre, y de paso, llevó a cabo el primer proceso industrial, por muy
rudimentario que fuese.
El inicio de la edad del cobre no se data oficialmente hasta el año 5000 a.n.e., cuando
su uso ya era frecuente en la mayoría de las culturas de la época. Las propiedades que
presentaba entonces eran bastante pobres, pero la sencillez del proceso de obtención
en comparación con el hierro (algo que sin duda en la siderurgia moderna ocurre
totalmente al contrario) lo hizo el primer
metal fabricado. Se comenzaron a
desarrollar hornos especiales que
alcanzaban elevadas temperaturas,
necesarias para fundir la mena.
Es en esta época, hacia el año 4500 a.n.e.
cuando se comienza a trabajar el oro,
metal que sería desde el principio muy
apreciado por su belleza y rareza, al igual
que para nosotros en la actualidad.
Figura 3: pepita de cobre.
1.2.3 Edad del bronce.
Trabajando con el cobre y sus “impurezas”
e intentando mejorar sus propiedades
mecánicas se obtuvo el bronce. Se cree
que fueron los egipcios los primeros que
añadieron estaño al cobre (3000 a.n.e.),
creando así la primera aleación
intencionada. Las proporciones
inicialmente usadas solían rondar el 10%
de estaño. Se comprobó cómo aumentaba
la dureza, disminuía el punto de fusión y
aumentaba la resistencia a la corrosión del
nuevo metal. El bronce aún tiene grandes
aplicaciones en la industria mecánica
actual.
Figura 4: elementos manufacturados de bronce

5
1.2.4 Edad del hierro.
Con casi 7000 años de retraso respecto al cobre, llegó la hora de que la humanidad
comenzará a usar el más importante de todos los materiales, el hierro. No fue por
problemas de abundancia (es el segundo mineral más común en la corteza terrestre,
tras el aluminio), ni de desconocimiento, fue puramente tecnológico: no se podían
obtener las altas temperaturas necesarias para su procesamiento, que además era
relativamente complicado.
Como curiosidad, en un
principio el hierro era
considerado la joya más
preciada, pues se trataba
de hierro meteórico,
procedente de meteoritos,
por lo que era muy escaso.
Según escritos antiguos,
los precursores del empleo
del hierro habrían sido los
hititas, que habrían
comenzado a fundirlo a
partir del año 2000 a.n.e.
Figura 5: objetos de la edad de hierro.
1.2.5 El acero.
Figura 6: Enciclopedia Online (noviembre 8, 2019). Edad de los
Metales. Recuperado
de: https://enciclopediaonline.com/es/edad-de-los-metales/
Durante los siglos siguientes los avances en el
campo de los materiales fueron bastante
modestos. Básicamente consistieron en el
descubrimiento de nuevos elementos, a los que
en la mayoría de los casos no se les encontró
utilidad inmediata; y en el perfeccionamiento de
los materiales ya existentes y de sus métodos
de obtención. Lo principal fue la obtención de
acero de forma intencional. Se había
comenzado a dominar la técnica en la alta edad
media (previamente el hombre detectó cambios
en las propiedades del hierro en función de la
cercanía o de la cantidad de leña que se utilizaba para calentar), y esta técnica consistía
en calentar hierro en presencia de carbón durante varios días de modo que el hierro
absorbía suficiente carbono hasta llegar a convertirse en acero.

6
A partir del Siglo XIV se comenzaron a aumentar en tamaño y sofisticación los hornos
empleados para fundir el acero y se construyeron los primeros altos hornos, que ya
permitieron una adecuada separación entre la escoria y el metal, purificando.
Otro paso de gran transcendencia lo dio Henry Bessemer en 1855 ideando un
dispositivo (el convertidor) que permitía realizar un gran afino del acero mediante la
inyección que un chorro de aire caliente en el metal líquido, separándose de ese modo
las escorias oxidadas del acero por diferencia de densidades. Se continuaron
perfeccionando y modernizando hornos y convertidores hasta los modernos y eficientes
hornos eléctricos actuales.
La industria siderúrgica “estalló”, permitiendo el incremento acelerado en la altura de los
nuevos edificios y las estructuras en general, la construcción de grandes puentes, el
desarrollo del ferrocarril, de la producción de maquinarias y herramientas para un sinfín
de aplicaciones, surge la industria automotriz…
Si hemos de elegir un nombre para esta época, sin duda sería la Edad del Acero.
Figura 7: metalurgia al inicio de los tiempos
1.2.6 Los morteros.
Hacia el año 700 a.n.e. los etruscos comenzaron a usar unas mezclas de puzolana
(material silíceo o aluminio-silíceo de origen volcánico y con propiedades cementosas)
y cal para hacer un mortero que se considera como el precursor del actual cemento. El
nombre de mortero proviene del cajón que los albañiles romanos utilizaban para
preparar o manipular la mezcla. De esos morteros parte la concepción de un material
imprescindible en la época actual: el hormigón en todas sus variantes, como mezcla de
arena, piedra triturada y cemento.
1.2.7 Los plásticos.
El primer plástico se origina en USA en 1860 al desarrollarse un sustituto del marfil al
que se llamó celuloide. Con él se empezaron a fabricar distintos objetos como mangos
de cuchillo, armazones de lentes y película cinematográfica. El celuloide puede ser
ablandado repetidamente y moldeado de nuevo mediante calor, por lo que recibió el
calificativo de termoplástico.

7
La baquelita la inventó Leo Baekeland en 1907, el primer plástico calificado como
termoestable: plásticos que pueden ser fundidos o moldeados mientras están calientes,
pero que no pueden ser ablandados ni moldeados por segunda vez. La baquelita es
aislante y resistente al agua, a los ácidos y al calor moderado. Se extendió rápidamente
a numerosos objetos de uso doméstico y componentes eléctricos de uso general.
Los resultados alcanzados por los primeros plásticos y el desarrollo de la industria
petrolera incentivaron a los químicos y a la industria a buscar otras moléculas sencillas
que pudieran alcanzarse para crear polímeros.
En la década del 30, se creó un termoplástico al que se llamó polietileno (PE) (Gran
Bretaña). También el poliestireno (PS) (Alemania), un material muy transparente
comúnmente utilizado para vasos y potes. Se crea la primera fibra artificial, el nylon en
la empresa Du Pont (USA). Al nylon le siguieron otras fibras sintéticas como por ejemplo
el orlón y el acrilán.
Hacia los años 50 aparece el polipropileno (PP). Se produjo el cloruro de polivinilo
(PVC), un plástico duro y resistente al fuego, especialmente adecuado para cañerías de
todo tipo. Al agregarles diversos aditivos se logra un material más blando, sustitutivo del
caucho, comúnmente usado para ropa impermeable, manteles, cortinas y juguetes. Un
plástico parecido al PVC es el politetrafluoretileno (PTFE), conocido popularmente
como teflón y usado para rodillos y sartenes antiadherentes.
Desde hace varios años, principalmente en lo que tiene que ver con el envasado en
botellas y frascos, se viene desarrollando vertiginosamente el uso del tereftalato de
polietileno (PET), material que viene desplazando al vidrio y al PVC en el mercado de
envases.
1.2.8 El silicio.
Muchos sugieren que la segunda mitad del Siglo XX debería designarse como la «edad
del silicio» dado el gran impacto de los equipos electrónicos modernos, basados
fundamentalmente en la tecnología del silicio, desde los diodos hasta
microprocesadores.
1.2.9 Titanio, aluminio y uranio.
Si bien el plástico se incorporó de inmediato a la industria, no le sucedió lo mismo a otra
serie de materiales, elementos que originarían aleaciones en la mayoría de los casos,
descubiertos alrededor del Siglo XIX y que demoraron hasta que pudieron ser
aprovechados por la industria de un modo eficiente. Los más significativos posiblemente
fueron el titanio (para revestimientos), el aluminio (aleaciones, industria aeronáutica) y
el uranio (combustible nuclear).

8
1.3 Clasificacióndelosmateriales.
1.3.1 Clasificación de los materiales según el
campo de utilización.
1. Materiales de Ingeniería.
2. Materiales de Construcción.
Figura 8
Clasificación de los Materiales de Ingeniería.
Fuente: Elaboración propia.
Para el estudio y clasificación de los materiales hay que agruparlos, lo cual se hace
siguiendo diversos criterios, ya que resulta imposible obtener una clasificación única que
abarque todas las características propias del material, su origen y sus aplicaciones en
la ingeniería y en la construcción. Las dos grandes clasificaciones anteriores y que se
desarrollan a continuación tienen el inconveniente de la repetición, pero debido a que
un mismo material interviene en una forma u otra. Las clasificaciones marcadas con √
se considerarán adoptadas.

9
Figura 9
Clasificación de los Materiales de Construcción (abreviada).
1.3.2 Clasificación de los materiales de
ingeniería.
• Materiales metálicos: Son sustancias inorgánicas compuestas por uno (metal
considerado puro) o más elementos metálicos y/o algunos elementos no metálicos
(aleaciones). Elementos metálicos son el hierro, el cobre, el aluminio, el níquel y el
titanio, aleaciones son el acero, las fundiciones de hierro, el bronce, el latón, los
silumines, etc., y tienen una estructura cristalina en la que los átomos están
dispuestos de manera muy ordenada.
Son buenos conductores del calor y la electricidad. Muchos metales son
relativamente resistentes y dúctiles a la temperatura ambiente y presentan alta
resistencia, incluso a altas temperaturas.

10
Los materiales metálicos suelen clasificarse como aleaciones y metales ferrosos y
no ferrosos. Se emplean en numerosas industrias; entre otras, la aeronáutica, la
automovilística, la biomédica, de los semiconductores, electrónica, energética; en
estructuras civiles y construcciones de todo tipo. Imprescindibles para la fabricación
de todo tipo de herramientas, instrumentos de medición y elementos de máquina y
para la construcción de maquinarias en general.
Los científicos e ingenieros especializados en materiales buscan constantemente
mejorar las propiedades de las aleaciones existentes y diseñar y producir nuevas con
mejores propiedades mecánicas, resistencia a altas temperaturas y ligereza.
• Materiales poliméricos: Químicamente constan de largas cadenas moleculares que
se basan en compuestos orgánicos. Desde un punto de vista estructural, la mayoría
de los materiales poliméricos no son cristalinos. La resistencia y ductilidad de los
materiales poliméricos varía considerablemente. Algunos de estos materiales son
buenos aislantes eléctricos y se emplean como tal. En general tienen densidades y
temperaturas de fusión relativamente bajas. Los plásticos han sustituido a los
metales, al vidrio y al papel en la mayoría de los principales mercados que manejan
grandes volúmenes, como los del embalaje y la construcción, y están presentes
prácticamente en todas las industrias, desde la aeronáutica hasta la fabricación de
equipos electrodomésticos y teléfonos celulares
• Materiales cerámicos: Son materiales inorgánicos formados por elementos
metálicos y no metálicos enlazados químicamente entre sí. Los materiales cerámicos
pueden ser cristalinos, no cristalinos o mezclas de ambos. La mayoría de los
materiales cerámicos tienen una gran dureza y resistencia a las altas temperaturas
pero tienden a ser frágiles. Su peso ligero, gran resistencia y dureza, buena
resistencia al calor y al desgaste, poca fricción y propiedades aislantes los hace
deseables para el recubrimiento de hornos para el procesamiento de metales, para
la fabricación de componentes de motores de alta gama, para la fabricación de
herramientas de corte de alta velocidad.
• Materiales compuestos: Puede definirse como dos o más materiales (fases o
constituyentes) integrados para formar un material nuevo. Los constituyentes
conservan sus propiedades y el nuevo compuesto tendrá propiedades distintas a la
de cada uno de ellos. La mayoría de los materiales compuestos están formados por
un material específico de relleno que a su vez sirve de refuerzo, y una resina
aglomerante con objeto de lograr las características y propiedades deseadas.
Dependiendo del tipo de matriz empleado, el material compuesto puede clasificarse
como compuesto de matriz metálica, compuesto de matriz cerámica o compuesto de
matriz polimérica: en ellas se insertan, indistintamente fibras o partículas de carbón,
vidrio, aramida, carburo de silicio y otros.
Algunos materiales compuestos avanzados tienen una rigidez y resistencia similar a
la de algunos metales, pero con una densidad considerablemente menor y, por lo
tanto, menor peso general de los componentes, lo cual los ha hecho muy solicitados
por la industria aeronáutica y automovilística y la fabricación de implementos
deportivos.
• Materiales electrónicos: No son importantes por su volumen de producción, pero sí
mucho por su avanzada tecnología. El material electrónico más importante es el
silicio puro, al que se le modifica de distintos modos para cambiar sus características
eléctricas.

11
1.3.3 Clasificación de los materiales de
construcción.
• Clasificación por su naturaleza:
▪ Materiales naturales: Son todos aquellos que se encuentran en la naturaleza.
Constituyen los materiales básicos a partir de los cuales se fabrican los demás
productos. Se utilizan materiales naturales con diferente origen: mineral, vegetal
o animal. Se conoce como materia prima. No son fabricados.
Figura 10
Materiales naturales.
Fuente: https://sp.depositphotos.com/stock-photos/ y elaboracion propia.
▪ Materiales artificiales: Se obtienen a partir de materiales naturales que se
encuentran en la naturaleza y no han sufrido transformación previa. También
reciben este nombre aquellos productos fabricados con varios materiales que
sean en su mayoría de origen natural, como por ejemplo el hormigón, que está
fabricado a partir de arena (material natural), grava (material natural), cemento
(material artificial) y agua (material natural). Otros materiales artificiales son el
acero o el papel. Se conoce como material elaborado.
Figura 11
Materiales artificiales.
Fuente: https://sp.depositphotos.com/stock-photos/ y elaboración propia.

12
▪ Materiales sintéticos: Fabricados por el hombre a partir de materiales
artificiales. No se encuentran en la naturaleza ni ellos ni ninguno de los
materiales que lo componen. En general suelen ser derivados del petróleo y han
representado para la sociedad un fenomenal avance. Ejemplos de este tipo de
materiales son la baquelita, la urea (compuesto químico utilizado en fertilizantes
y adhesivos), la fibra (componentes resistentes en un material reforzado con
ellas). Se conoce también como material elaborado.
Figura 12
Materiales sintéticos.
Fuente: https://sp.depositphotos.com/stock-photos/ y elaboración propia.
• Clasificación de los materiales de construcción por su origen.
▪ Materiales de origen mineral:
▪ Materiales pétreos o piedras naturales.
▪ Materiales cerámicos.
▪ Materiales cementosos.
▪ Materiales bituminosos.
▪ Materiales metálicos.
▪ Agua.
▪ Materiales de origen vegetal:
▪ Madera.
▪ Caucho
▪ Cuerdas.
▪ Paja.
▪ Chusques (bambúes de montaña).
▪ Caña guaduas (bambú de gran resistencia).
▪ Corcho.
▪ Resinas.
▪ Tintes.
▪ Materiales de orígenes varios:
▪ Materiales Plásticos.
▪ Materiales Aislantes.

13
• Clasificación de los materiales de construcción por su disposición
en obra.
▪ Según las funciones que desempeñan en la obra:
● Materiales principales o resistentes: Son de uso imprescindible, son los
materiales que tienen una resistencia muy alta y su uso es imperativo e
insustituible en una obra, dentro de este grupo de materiales se encuentran
los hormigones, las piedras naturales y artificiales, el acero.
● Materiales aglomerantes: Son sustancias susceptibles de cambio y actúan
en combinación con otros para desempeñar una actividad. Comprenden la
variedad de productos inorgánicos, que pueden mezclarse con agua para
formar una masa o pasta; entre estos se encuentra el cemento portland, los
morteros, betún, asfaltos, yeso, cales, etc. La pasta se puede moldear y tener
o no agregados, luego se endurece o fragua convirtiéndose en una masa
compacta.
● Materiales auxiliares: Como su nombre lo indica ayudan a mejorar la calidad
de la construcción, pero su uso no es determinante en la obra. Vidrios,
pinturas.
▪ Según el orden en que intervienen en las obras:
● Cimentación.
● Estructura.
● Cubierta.
● Muros y divisiones.
● Piso y pavimentos.
● Puertas y ventanas.
● Terminaciones.
● Instalaciones.
Figura 13
Materiales bituminosos (asfalto).
Fuente:https://sp.depositphotos.com/stock-photos/asfalto.html?offset=200&qview=8411779
Figura 14
Clasificación General de los Materiales de Construcción.

14
1.4 Propiedades de los materiales.

15
Las propiedades de los materiales son el conjunto de características que hacen que el
material se comporte de una manera determinada ante estímulos externos como la luz,
el calor, las fuerzas (cargas), etc.
1.4.1 Propiedades físicas.
• Densidad: Relación existente entre la masa de un determinado material y el
volumen que ocupa. Su unidad en el S.I. es el Kg/m3
.
𝜌 =
𝑚
𝑉
•
Volumen específico: Magnitud inversa a la densidad. Es el volumen que ocupa la
unidad de masa del material y por tanto no depende de la cantidad de material
(cantidad de metros cúbicos ocupados por un kilogramo de materia). Su unidad en
el S.I. es el m3
/kg
𝑣 =
1
𝛿
=
𝑉
𝑚
• Peso específico: Relación existente entre el peso de una determinada cantidad de
materia (masa m) y el volumen que ocupa. Su unidad en el S.I. es el N/m3
.
𝛾 =
𝑤
𝑉
=
𝑚 · 𝑔
𝑉
= 𝜌 · 𝑔
• Conductividad (o resistividad) eléctrica: Todas las sustancias, en mayor o menor
grado, son conductoras de la corriente eléctrica y también, según ciertas
características de construcción y naturaleza, ofrecen una resistencia al paso de la
corriente eléctrica. Determinan el comportamiento de un material cuando lo
atraviesa la corriente eléctrica. En función de ellas pueden ser:
o Conductores: Permiten el paso de la corriente fácilmente por ellos.
o Aislantes: No permiten fácilmente el paso de la corriente por ellos.
o Semiconductores: Sólo permiten el paso de la corriente eléctrica a
través de ellos en determinadas condiciones. (Por variaciones de
temperatura, o sea, son conductores sólo a partir de una temperatura
determinada).
• Características térmicas: Relativas al comportamiento de los materiales con
respecto a la temperatura, al calor:
o Calor específico: Cantidad de calor que es preciso aportar a la unidad
de masa de una sustancia para que su temperatura aumente 1 °C, sin
que presente cambios de fase.
o Conductividad térmica: Es la propiedad de los materiales de transmitir
el calor.
o Dilatación térmica: La mayoría de los materiales aumentan de tamaño
(se dilatan) al aumentar su temperatura, siempre que no se produzcan
cambios de fase. Su origen reside en que al aumentar la temperatura

16
aumentan las vibraciones de las partículas del material, lo que da origen
a una mayor separación entre ellas.
o Temperatura de fusión: Al calentar un sólido, el movimiento vibratorio
de sus partículas se va haciendo cada vez más amplio, produciéndose la
dilatación; pero si se continúa aumentando la temperatura llega un punto
en el que la magnitud de las vibraciones es tal que la estructura del
material no se puede mantener y se produce su fusión. La temperatura a
la que esto sucede recibe el nombre de temperatura de fusión.
• Propiedades ópticas: Al incidir la luz sobre la superficie de un cuerpo, una parte
de ella se refleja; parte se transmite a través del cuerpo; otra parte se difunde,
es decir, sufre una reflexión no especular en múltiples direcciones y, por último,
la luz restante la absorbe el cuerpo, aumentando su energía interna. El color que
presenta un cuerpo se debe precisamente a la luz reflejada si el cuerpo es opaco,
o a la que pasa a través de él si es transparente o translúcido.
o Los cuerpos opacos absorben o reflejan totalmente la luz, impidiendo
que pase a su través.
o Los cuerpos transparentes transmiten la luz, por lo que permiten ver a
través de ellos.
o Los cuerpos translúcidos dejan pasar la luz, pero impiden ver los
objetos a su través.
• Propiedades acústicas: Deben conocerse para crear un entorno sonoro
deseado en el diseño de las locaciones. Las principales son:
● Reflexión: Capacidad del material para hacer rebotar una onda de sonido desde
su superficie, causando un eco.
● Absorción: Capacidad para convertir las ondas de sonido en calor, cesando su
propagación.
● Difusión: capacidad del material de esparcir o redirigir las ondas de sonido en
un espacio.
1.4.2 Propiedades mecánicas.
Estas quizás son las más importantes, ya que nos describen el comportamiento de los
materiales cuando son sometidos a las acciones de fuerzas exteriores. Una propiedad
muy general de este tipo es la resistencia mecánica, que es la resistencia que presenta
un material ante fuerzas externas.
▪ Resistencia: Capacidad de soportar cargas estáticas.
▪ Resistencia a la fatiga: Capacidad de soportar cargas dinámicas (cíclicas y
vibratorias).
▪ Dureza: Resistencia de un material al rayado, a la penetración y al desgaste.
- Principales escalas de Durezas:
● Mineralógica clásica.
● Brinell.
● Rockwell.

17
● Vickers.
• Dureza Mineralógica clásica: La Escala de Mohs por ejemplo, ordena diez tipos
de minerales en función de su dureza, donde el primer mineral (talco) es el que
tiene menor dureza y el último mineral (diamante) es el que tiene mayor dureza.
Su exactitud no es elevada pero es muy útil en trabajos de campo.
Tabla 1
Dureza mineralógica clásica (Escala de Mohs).
Minerales Dureza de
Mohs
Material que lo raya
Talco 1 Uña
Yeso 2 Uña
Calcita 3 Moneda o cuchillo, cobre
Fluorita 4 Clavo de acero
Apatito 5 Trozo de vidrio, navaja
Ortoclasa 6 Cortaplumas
Cuarzo 7 Lima de acero
Topacio 8 Papel de esmeril
Corindón 9 Raya todos los anteriores
Diamante 10 Raya todos los materiales
Fuente: https://geologiaweb.com/minerales/escala-de-mohs/ y elaboración propia.
• Dureza Brinell:
Método Brinell → Penetración con “bola” → Escala de dureza Brinell
Es un método conveniente en materiales poco homogéneos tales como las fundiciones,
materiales de grano grueso y piezas forjadas, debido a que el tamaño de la impronta
(huella) permite obtener un mejor promedio de la dureza en la zona (si lo comparamos
con los métodos que usan “punta”).
• Dureza Rockwell:
Método Rockwell → Penetración con “punta” → Escalas de dureza Rockwell A, B y
C…
Se fundamenta en la resistencia que oponen los materiales a ser penetrados por un
cono de diamante con diferentes combinaciones carga y de ángulo de la punta.
• Dureza Vickers: Método Vickers → Penetración con “prisma” → Escala de dureza Vickers
Se utiliza una carga pequeña y el penetrador es un diamante en forma de pirámide.

18
▪ Tenacidad: Propiedad inversa la fragilidad. Se define como la capacidad que
tiene un material para almacenar energía, en forma de deformación plástica
antes de romperse. Por ejemplo el acero.
▪ Fragilidad: Es el opuesto de la tenacidad, es la facilidad con la que se rompe un
material sin que se produzca deformación elástica. Por ejemplo el vidrio.
Figura 15
Principales métodos de ensayo de durezas.
Fuente: PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. https://www.studocu.com/ja/document/sendai-university/quimica/aa-
propiedades-de-los-materiales-3/3286413.
▪ Elasticidad: Cualidad que presenta un material para recuperar su forma original
al cesar el esfuerzo que lo deformó.
▪ Plasticidad: Cualidad opuesta a la elasticidad. Indica la capacidad que tiene un
material de mantener la forma que adquiere al estar sometido a un esfuerzo que
lo deformó.
1.4.3 Propiedades químicas.
▪ Estabilidad química: Con esta propiedad definimos si determinada sustancia
tiende, con facilidad, a reaccionar o a descomponerse de manera espontánea al
entrar en contacto con otra.
▪ Oxidación: Cuando un material se combina con el oxígeno, transformándose en
óxidos más o menos complejos, se dice que experimenta una reacción de
oxidación, apareciendo en su superficie una capa de óxido que desacelera el
proceso.
▪ Corrosión: Cuando la oxidación de un material metálico fundamentalmente se
produce en un ambiente húmedo o en presencia de otras sustancias agresivas
(ácidos), se denomina corrosión. Ésta es mucho más peligrosa para la vida de
los materiales que la oxidación simple.
1.4.4 Propiedades tecnológicas.
▪ Maleabilidad: Capacidad de un material para estirarse en láminas sin romperse.
▪ Ductilidad: Capacidad de un material para estirarse en forma de hilos.

19
▪ Forjabilidad: Indica la capacidad que posee un material para ser forjado (golpeo
y calentamiento sucesivos).
▪ Soldabilidad: Facilidad de un material para poder soldarse consigo mismo o con
otros materiales.
Figura 16
Corrosión en metal ferroso.
Fuente: https://www.materialesde.com/propiedades-quimicas-de-los-materiales/
Figura 17
Operación de laminado de chapa. Maleabilidad.
propiedades-de-los-materiales-3/3286413
Figura 18
Operación de Trefilado. Ductilidad.

20
propiedades-de-los-materiales-3/3286413.
Figura 19
Forja en prensa.
Fuente: http://www.taewoong.com/common/img/danjo/se_04.jpg.
Figura 20
Forja manual.
Fuente: https://sp.depositphotos.com/129833242/stock-photo-blacksmith-works-with-hot-red.html.
Figura 21
Cómo se unen los materiales al soldarse.

21
▪ Maquinabilidad: Indica si se pueden o no aplicar eficientemente procesos de
arranque de viruta al material y en qué medida. Aplica fundamentalmente para
madera, metales y plásticos.
▪ Moldeabilidad: Capacidad para obtener formas complejas. (Fundición de
metales, piezas de arcilla cerámicas, mezclas con cemento).
Figura 22
Operación de torneado. Maquinabilidad.
Figura 23
Esquema del molde y la fundición del cuerpo de una rueda dentada. Moldeabilidad.
propiedades-de-los-materiales-3/3286413
Figura 24
Moldeado de mezclas de cemento. Moldeabilidad.

22
Fuente: https://www.ok-plast.de/zum-shop-1/pflasterstein-formen/
▪ Templabilidad: Capacidad de un metal para aumentar su dureza después de
un calentamiento elevado, mantenimiento y un enfriamiento brusco
Figura 25
Representación del proceso de temple.
Fuente: http://www.nzdl.org/cgi-bin/library.cgi?e=d-00000-00---off-0gtz--00-0----0-10-0---0---0direct-10---4-------0-1l--11-
en-50---20-about---00-0-1-00-0-0-11-1-0utfZz-8-00&cl=CL1.3&d=HASH014e32ed215adb38c797ca07.3&x=1.
1.4.5 Propiedades ecológicas.

23
Según el impacto que producen los materiales en el medio ambiente, se clasifican en:
▪ Reciclables: Son los materiales que se pueden reciclar, es decir su material
puede ser usado para fabricar otro diferente.
▪ Reutilizable: Se puede volver a utilizar pero para el mismo uso.
▪ Tóxicos: Estos materiales son nocivos para el medio ambiente, ya que pueden
resultar venenosos para los seres vivos y contaminan el agua, el suelo o la
atmósfera.
▪ Biodegradables: Son los materiales que la naturaleza tarda poco tiempo en
descomponerlos de forma natural en otras sustancias.
1.5 Nociones de Resistencia de
Materiales. Esfuerzos simples y
compuestos.
1.5.1 Nociones de Resistencia de Materiales.
Figura 26
La Resistencia de Materiales en la Mecánica Clásica o Newtoniana.
▪ Resistencia de Materiales: (o Mecánica de Materiales) como disciplina forma
parte de la Mecánica Clásica, caracterizándose porque en ella los elementos,
piezas y estructuras se consideran deformables.

24
Los estudios de Física y Mecánica teórica simplifican (necesariamente) la
realidad y consideran a los cuerpos rígidos e indeformables bajo la acción de las
cargas pero ello es insuficiente para determinar si una carga puede ser
soportada con seguridad. En realidad, todos los cuerpos se deforman y cuando
esta deformación alcanza un límite, sobreviene la rotura.
La Resistencia de Materiales estudia la deformación de los cuerpos bajo carga
y de cómo mantener esta deformación dentro de rangos admisibles.
La Resistencia de Materiales estudia las reacciones internas en un cuerpo o
material debido a la acción de las cargas externas.
▪ El concepto de esfuerzo: El que una pieza pueda romperse o no bajo carga
(carga = acción de una fuerza externa) depende no solo de la magnitud de
esta fuerza externa y de la aparición de las fuerzas internas que se le oponen
(principio de acción y reacción → 3ra
Ley de Newton), sino también del área
transversal (sección resistente) de la pieza y del tipo de material con que esta
haya sido elaborada y por tanto de su capacidad de resistir.
La fuerza interna que aparece en la pieza representa la resultante de las fuerzas
elementales distribuidas a lo largo de toda el área A de la sección transversal, y
la intensidad promedio de estas fuerzas distribuidas o esfuerzo (σ; MPa) es igual
a la fuerza (P; N) repartida en la unidad de área (A; m2
), en la sección.
𝜎 =
𝑃
𝐴
; 𝑀𝑃𝑎
Análisis dimensional (de la unidad Pascal):
1𝑃𝑎 = 1
𝑁
𝑚2
= 1
𝑘𝑔
𝑚
𝑠2
𝑚2
= 1
𝑘𝑔
𝑚𝑠2
1𝑀𝑃𝑎 = 103
𝑃𝑎
▪ El concepto de deformación: Al someter una pieza a fuerzas externas de
tracción por ejemplo, ella sufre una deformación (δ; m) que dependerá de la
magnitud del esfuerzo que ya conocemos y de la longitud (L; mm) de esa pieza.
En Resistencia de Materiales se conceptúa la deformación unitaria, para que la
deformación manejada sea independiente de las dimensiones de las piezas,
definimos la deformación unitaria normal en una pieza bajo carga axial como la
deformación por unidad de longitud de dicha pieza:
𝜀 =
𝛿
𝐿
Figura 27
Representación del concepto de esfuerzo.

25
1. Fuente: Beer, F. P. - Johnston E. R. – Dewolf, J. T. - Mazurek, D. F. Mecánica de Materiales.
https://www.slideshare.net/H-Kramer/mecanica-de-materiales-beer-johnston.
Figura 28
Representación del concepto de deformación.
▪ El Diagrama esfuerzo – deformación: Refleja el comportamiento de un
material sometido a un ensayo (destructivo) de tracción y constituye una de las
herramientas fundamentales para establecer los esfuerzos admisibles
correspondientes a los distintos materiales.
Fuente: Beer, F. P. - Johnston E. R. – Dewolf, J. T. - Mazurek, D. F. Mecánica de Materiales.
https://www.slideshare.net/H-Kramer/mecanica-de-materiales-beer-johnston.

26
En el típico Diagrama esfuerzo – deformación, correspondiente al ensayo de una
probeta de acero, aparecen en él diversos límites admisibles, siendo el límite de
rotura σr considerado como el esfuerzo último.
Figura 29
El Diagrama esfuerzo – deformación del acero.
Resumiendo hasta aquí:
En Resistencia de Materiales nos ocupamos del cálculo de los esfuerzos σ y
deformaciones ε que se produzcan bajo carga, debiendo garantizar el ingeniero
que esas deformaciones estén dentro de unos límites admisibles que dependen
del tipo de material y, obviamente, de que no se produzcan roturas debido a los
esfuerzos actuantes.
Así podemos enunciar que debe cumplirse que:

27
En cuanto a la resistencia:
Esfuerzos aplicados a la pieza < Esfuerzos admisibles del material
𝝈 ≤ 𝝈𝒂𝒅𝒎
En cuanto a la rigidez:
Deformaciones producidas en la pieza < Deformaciones admisibles del
material
𝜺 ≤ 𝜺𝒂𝒅𝒎
La relación entre esfuerzo y deformación: Las estructuras de ingeniería se
diseñan para sufrir deformaciones relativamente pequeñas, dentro de la región
lineal del diagrama de esfuerzo - deformación correspondiente al material. En
esta zona inicial del diagrama, el esfuerzo σ es directamente proporcional a la
deformación ε, y entonces puede escribirse:
𝝈 = 𝑬 · 𝜺
Esta relación se conoce como Ley de Hooke, llamada así en honor del
matemático inglés Robert Hooke (1635-1703). El coeficiente E se denomina
Módulo de Elasticidad del material involucrado o Módulo de Young, en honor
del científico inglés Thomas Young (1773-1829). Representa una característica
importantísima de los materiales.
1.5.2 Esfuerzos simples y compuestos.

28
El dimensionado (diseño) de una pieza para que resista deformación y rotura es
diferente dependiendo del tipo de esfuerzo al que está sometida. Tendremos así
esfuerzos simples, que son los básicos, los más importantes y los compuestos, que son
combinaciones que involucran dos o más esfuerzos simples y son los más peligrosos y
difíciles de calcular.
Figura 30
Esfuerzos simples.
Figura 31
Esfuerzos simples.

29
1.6 Valor social y económico de los
materiales.
1.6.1 Importancia económica de los
materiales primarios y procesados para la
economía del país.
El progreso económico es un componente necesario y de gran incidencia en el progreso
social. No puede existir progreso social sin progreso económico.
La importancia de los materiales ha sido crucial a lo largo de la historia. El desarrollo de
nuevos materiales ha permitido un aumento en el nivel de vida del hombre y ha superado
sus expectativas en un gran número de áreas.
La producción y elaboración de los materiales hasta convertirlos en productos
terminados constituyen una parte importante de cualquier economía actual. Los
ingenieros diseñan la mayoría de los productos manufacturados y los sistemas de
elaboración necesarios para su producción. Dado que los materiales son necesarios
para fabricar productos, los ingenieros deben conocer la estructura interna y las
propiedades de los materiales, de tal manera que puedan elegir los más adecuados
para cada aplicación y crear los mejores métodos para procesarlos.
A través de la historia las técnicas de construcción han estado íntimamente ligadas al
desarrollo del conocimiento humano. Según el hombre fue desarrollando y descubriendo
las formas de aprovechamiento de los elementos que la naturaleza le brindaba fue
creando técnicas o formas de usos de las mismas. Esas técnicas o procedimientos más

30
convenientes para utilizar un material o de transformarlo, a su vez llevaron a la
posibilidad del empleo de otro material que hasta ese momento no se había podido
trabajar, formándose una cadena de material, herramientas, equipos y técnicas, que
llega en nuestros días a la enorme complicación del usos de un gran número de
materiales naturales y artificiales, numerosos equipos para las distintas funciones a
realizar y la solución de las complicaciones técnicas que exige la combinación de esos
factores.
En la actualidad las industrias de materiales de construcción por ejemplo, realizan un
conjunto de inversiones tendientes a aumentar la elaboración de los productos
necesarios para las construcciones de carácter social (viviendas, escuelas, hospitales,
carreteras, etc.). Así como edificios o instalaciones industriales (fábricas, pequeños
negocios, etc.).
También existe un ingrediente cultural, pues antecedentes históricos nos demuestran
que la construcción mixta estuvo presente en el desarrollo de las civilizaciones que
poblaron nuestro planeta, el hombre aprendió a construir su vivienda con tierra y
elementos vegetales como estructura, dando así lugar a interesantes formas de
viviendas que demuestra una cultura constructiva inteligente. En la actualidad, en
diferentes partes del mundo podemos apreciar este patrimonio constructivo y también
podemos verificar su continuidad constructiva, a pesar de los embates de la naturaleza.
A modo de reflexión, se transcribe el siguiente artículo, tomado de
https://elcoloo.com/2013/09/23/el-paraguay-debe-industrializar-sus-materias-primas-y-
dejar-de-actuar-como-una-colonia/

31
Video
● Vídeo: Canal Geografía Historia. Abr 20, 2013. Los materiales y la humanidad.
Parte 1. [Archivo de Vídeo]. YouTube.
https://www.youtube.com/watch?v=2JqyeY9eW3U
● Vídeo: Canal Geografía Historia. Ago 11, 2013. Los materiales y la humanidad.
Parte 2. [Archivo de Vídeo]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=8--
Nmvcy-cg
Referencias bibliográficas
1- Bibliografía Básica
● ASKELAND, DONALD R. - WRIGHT, WENDELIN J. (2017) Ciencia e Ingeniería de
Materiales. 7a Edición. Cengage Learning Editores, S.A. de C.V., México.
https://www.academia.edu/42140323/Ciencia_e_ingenieria_de_materia_Askeland_Donal
d_R_Wright_We_Not_mine_
● BASTIDA FERRA, R. (2008). Propiedades de los materiales II. Instituto Politécnico
Nacional. https://elibro.net/es/lc/biblioupap/titulos/72124
● BEER, F. P. - JOHNSTON E. R. – DEWOLF, J. T. - MAZUREK, D. F. (2010) Mecánica de
Materiales. Quinta Edición. McGraw-Hill/Interamericana Editores, S.A. de C.V.,
México.https://www.slideshare.net/H-Kramer/mecanica-de-materiales-beer-johnston
● PASMAN, M. F. (1997) Materiales de Construcción. Octava edición. Cesarini Hnos.
Editores. Buenos Aires. Argentina. https://pdfslide.net/documents/materiales-de-
construccion-pasman.html
● SMITH, WILLIAM F. - HASHEMI, J. (2006) Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de
Materiales. Cuarta Edición. McGraw-Hill Interamericana Editores, S. A. de C.V., México,
https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&v
ed=2ahUKEwj2lOi7wbTqAhVwGLkGHetXDvcQFjAAegQIBRAB&url=http%3A%2F%2Fw
ww.academia.edu%2F21571707%2FFundamentos_de_la_ciencia_e_ingenier%25C3%2
5ADa_de_materiales_4th_Edition_Fundamentos_de_la_ciencia_e_ingenier%25C3%25A
Da_de_materiales_P%25C3%25A1gina_1_de_5&usg=AOvVaw2sCesNGFlzP4en_yY1b
VzB
2- Bibliografía Complementaria
● ASKELAND, DONALD R. Ciencia e Ingeniería de Materiales. Tercera Edición. International
Thomson Editores.
https://www.academia.edu/40756181/CIENCIA_E_INGENIER%C3%8DA_DE_LOS_MAT
ERIALES_TERCERA_EDICI%C3%93N_International_Thomson_Editores

32
● ASKELAND, DONALD R.(2012) - Wright, Wendelin J. Ciencia e Ingeniería de Materiales.
Sexta Edición. Cengage Learning Editores, S.A. de C.V., México.
https://www.academia.edu/21549296/Ciencia_e_Ingenieria_de_Materiales_Sexta_Edici%
C3%B3n
● CALLISTER, W. D. (1995) Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Tercera
Edición. Editorial Reverté S. A. Barcelona, España. .
https://www.academia.edu/search?from_navbar=true&q=Callister,%20W.%20D.%20Intro
ducci%C3%B3n%20a%20la%20Ciencia%20e%20Ingenier%C3%ADa%20de%20los%20
Materiales
● depositphotos.com. https://sp.depositphotos.com/stock-photography.html.
● EL PARAGUAY DEBE INDUSTRIALIZAR SUS MATERIAS PRIMAS Y DEJAR DE
ACTUAR COMO UNA COLONIA. Artículo. Gerardo Meza Caballero PHD de Harvard.
https://elcoloo.com/2013/09/23/el-paraguay-debe-industrializar-sus-materias-primas-y-
dejar-de-actuar-como-una-colonia/
● ESTANSHOP. https://www.ok-plast.de/zum-shop-1/pflasterstein-formen/
● GEOLOGIAWEB. ¿Qué es la escala de Mohs? https://geologiaweb.com/
● NEWELL, J. (2011) Ciencia de Materiales. Aplicaciones en Ingeniería. Primera Edición.
Alfaomega Grupo Editor, S.A. de C.V., México.
https://www.google.com/search?client=firefox-b-
d&q=Ciencia+de+materiales.+Aplicaciones+en+Ingenier%C3%ADa+James+Newell
● materialesde.com. Propiedades químicas de los materiales.
https://www.materialesde.com/propiedades-quimicas-de-los-materiales/
● Orús Asso, Félix. Materiales de Construcción. Editorial Dossat. Madrid. España.
● ph. https://pxhere.com/
● Propiedades de los Materiales. Fiat – Lancia. Bussines Unit.
https://www.studocu.com/ja/document/sendai-university/quimica/aa-propiedades-de-los-
materiales-3/3286413
● SALAZAR TRUJILLO, J. E.(2007) Resistencia de Materiales Básica para Estudiantes de
Ingeniería. Primera Edición. Centro de Publicaciones Universidad Nacional de Colombia.
Sede Manizales.
https://www.academia.edu/41984211/Resistencia_de_Materiales_B%C3%A1sica_para_E
studiantes_de_Ingenier%C3%ADa_-_Jorge_Eduardo_Salazar_Trujillo
● SHACKELFORD, JAMES F. ( 2005) Introducción a la Ciencia de Materiales para
Ingenieros. Sexta Edición. Pearson Educación, S.A. Madrid
España,https://doku.pub/documents/introduccion-a-la-ciencia-de-materiales-para-
ingenieros-6ta-edicion-james-f-shackelford-d0nxv78d1ylz
● SHANLEY, F. R. (1971). Mecánica de Materiales. Primera Edición. Libros McGraw-Hill de
México S. A. de C. V. https://www.freelibros.me/mecanica/mecanica-de-materiales-f-r-
shanley

33
● shutterstock. caliza en cantera. https://www.shutterstock.com/es/image-photo/limestone-
quarry-382154707
● TEWOONG. Forjando Prensa. http://www.taewoong.com/common/img/danjo/se_04.jpg.
● Tknik. Manual Técnico de formación para la caracterización de madera de uso estructural.
https://normadera.tknika.eus/es/content/desviaci%C3%B3n-de-la-fibra.html
● Yumpu. catálogo general de forja – Eurochafer. El Hierro
Forjado.https://www.yumpu.com/es/document/view/14318241/catalogo-general-de-forja-
eurochafer
3- Biblioteca Virtual UPAP
● BASTIDA FERRA, R. (2008). Propiedades de los materiales II. Instituto Politécnico
Nacional. https://elibro.net/es/lc/biblioupap/titulos/72124
● MARULANDA, J. (2018). Materiales de construcción. El Cid Editor.
https://elibro.net/es/lc/biblioupap/titulos/36726

Materiales I: Introducción a los materiales, su historia y usos tradicionales

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

Similar a Materiales I: Introducción a los materiales, su historia y usos tradicionales

Similar a Materiales I: Introducción a los materiales, su historia y usos tradicionales (20)

Más de Gustavo Techeira

Más de Gustavo Techeira (20)

Último

Último (20)

Materiales I: Introducción a los materiales, su historia y usos tradicionales