Resumen de Introducción a los Materiales, Resúmenes de Materiales

¡Descarga Resumen de Introducción a los Materiales y más Resúmenes en PDF de Materiales solo en Docsity! INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES - PARCIAL I INGENIERÍA DE EDIFICACIÓN 23/24 TEMA 1. CIENCIA Y MATERIALES ● CIENCIA: Conjunto de conocimientos basados en hechos observables, comprobados experimentalmente, ordenados, interrelacionados y expresados con precisión, que se plantea los orígenes y las causas de las cosas. Lo no comprobable no puede ser objeto de la ciencia. Las teorías científicas deben ser susceptibles de ser cuestionadas y de demostrar su error. ● TÉCNICA: conjunto de procedimientos o habilidades que nos permite obtener unos resultados buscados. ● TECNOLOGÍA: conjunto de herramientas o medios técnicos, junto a su comprensión y manejo, que nos permite obtener unos resultados buscados. *Estos tres conceptos están relacionados, ciencia aporta la base conceptual a la técnica y tecnología, pero muchos avances científicos son producto de anteriores avances tecnológicos y técnicos. ● MÉTODO CIENTÍFICO: desarrollo de una secuencia de actos que finalmente se traducen como conocimiento. 1. Elección y definición del campo de estudio: Interés por comprender/ explicar la naturaleza. 2. Observación de unos hechos. 3. Análisis; razonamiento y planteamiento de preguntas. 4. Descripción de un conjunto de hechos; expresión de aquello que se observa. 5. Formulación de hipótesis. 6. Planificación, diseño y realización de experimentos. 7. Análisis de los resultados. 8. Conclusión; formulación de resultados. 9. Comunicación a la comunidad científica. ● LENGUAJE Y CONCEPTOS: El lenguaje científico debe ser preciso y universal. El lenguaje más preciso es el de las matemáticas. Tipos de conceptos/ palabras: 1. Concepto clasificatorio: trata de agrupar objetos o sucesos agrupando aquello que tienen en común. *Clasificaciones: organización del conjunto de los conceptos. Para que esta ordenación constituya una clasificación, ha de formar una partición; se establecen partes del conjunto, llamadas clases, de manera que ninguna clase quede vacía, que cada elemento pertenezca a una clase y solo a una. 1 INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES - PARCIAL I INGENIERÍA DE EDIFICACIÓN 23/24 2. Concepto comparativo: define relaciones de coincidencia y precedencia para una característica en un grupo de objetos. Establece relaciones cualitativas entre objetos. Ej. Antigüedad. 3. Concepto métrico (magnitud): se puede cuantificar. Estos conceptos asignan números reales a los objetos/ sucesos, precisan de unidades. * Unidad: es una cantidad, de una magnitud, que se toma como patrón. * Medida: medir significa buscar el número real que le corresponde a un objeto/ suceso respecto a esa magnitud. ● CIENCIA DE LOS MATERIALES: conjunto de conocimientos sobre los materiales. Más que de una ciencia, se trata de un conjunto de conocimientos pertenecientes a otras ciencias, pero aplicados sobre un dominio común, el de los materiales. Hay dos ciencias que ayudan a conocer los materiales: Física (estudia y expresa matemáticamente todos los cambios que no implican la transformación de la naturaleza del material) y Química (estudia las sustancias y sus transformaciones). ● SISTEMAS DE UNIDADES: conjunto coherente de patrones de medida que sirve para expresar cualquier magnitud. * Unidad/ Patrón: debe cumplir con las condiciones de ser constante y reproducible. *Unidades básicas: aquellas que se definen independientemente, no necesitan de otras unidades para definirse. *Unidades derivadas: son aquellas que se definen a partir de las básicas mediante una fórmula. *Sistemas de unidades más usados: Sistema Internacional, Sistema Cegesimal, Sistema Técnico (1 kp = 1 kg x 9,8 m/s2) ● SISTEMA INTERNACIONAL (SI): *UNIDADES BÁSICAS: Magnitud Unidad Nombre Símbolo Longitud Metro m Masa Kilogramo kg Tiempo Segundo s Intensidad de corriente eléctrica Ampere A Temperatura termodinámica Kelvin K Cantidad de sustancia Mol mol Intensidad luminosa Candela cd 2 INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES - PARCIAL I INGENIERÍA DE EDIFICACIÓN 23/24 ● PARTÍCULAS ELEMENTALES: partículas que son indivisibles. Una partícula deja de ser elemental cuando se encuentran otras partículas en su interior (como los protones o neutrones, que al estar constituidos por quarks, se habla de partículas subatómicas). Las partículas elementales se diferencian por su CARGA, MASA y VIDA MEDIA. *Modelo Estándar (distingue grupos de partículas elementales para explicar la materia): - Leptones: grupo al que pertenecen los electrones. - Quarks: al que pertenecen los protones y neutrones. - Bosones: partículas portadoras de las fuerzas que explican las relaciones entre partículas y excluyen la fuerza gravitacional. ● ÁTOMOS: estructuras de carácter eléctrico integradas por partículas. ÁTOMO PROTÓN (+, relativamente pesado, u.a.m) NEUTRÓN (neutra, relativamente pesado) ELECTRÓN (único elemental) (-, muy ligero) Propiedades fundamentales para diferenciar estas partículas: MASA, CARGA ELÉCTRICA y VIDA MEDIA. ➢ Clasificación de estas partículas: Según su masa: partículas LIGERAS, DE MASA MEDIA, DE GRAN MASA. Según su carga: POSITIVAS, NEGATIVAS, NEUTRAS. Según su vida media (tiempo que permanece sin desintegrarse): ESTABLES o INESTABLES. ➢ Átomos: entes neutros eléctricamente, ya que poseen el mismo nº de protones que de electrones. ➢ Iones: cuando los átomos se desequilibran cediendo o captando electrones se cargan eléctricamente, convirtiéndose en iones. IONES CATIÓN: ion positivo, el átomo ha cedido electrones. ANIÓN: ion negativo, el átomo ha captado electrones. Por tanto, la materia se diversifica en elementos (clases de átomos), que sólo se diferencian por el nº de partículas, pero todos están constituidos por el mismo tipo de partículas. ➢ Estructura del átomo: ÁTOMO NÚCLEO En él se concentra la masa del átomo. Tiene carga positiva. Está constituido por dos partículas: neutrones y protones. CORTEZA Zona muy ligera. Carga negativa. Constituida por electrones. 5 INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES - PARCIAL I INGENIERÍA DE EDIFICACIÓN 23/24 ELECTRONES INTERNOS Dispuestos en las capas más cercanas al núcleo. No pueden interaccionar con otros átomos. DE VALENCIA Más alejados del núcleo. Pueden interaccionar con otros átomos. CENTRO ATÓMICO NÚCLEO + ELECTRONES INTERNOS (Carga= carga central). *La carga central siempre será positiva. [Carga central = carga del núcleo - carga de electrones internos] = [nº protones - nº electrones internos] *Carga central < Carga del núcleo *La carga central es la que atrae a los electrones de valencia hacia el núcleo. ➢ Características del átomo: ○ Nº atómico (Z): nº de protones que tiene el núcleo. Característica fundamental del átomo. ○ Nº másico o Nº de masa (A): nº protones + nº neutrones. ○ Peso atómico o Masa atómica: peso o masa de un átomo. Es la masa media de los diferentes isótopos tal como se presentan en la naturaleza. ○ Valencia: nº entero que expresa la capacidad de combinación de un elemento para formar un compuesto. Se mide con relación al átomo de hidrógeno. Se diferencian entre los elementos con valencia fija y los de valencia variable. Las uniones se forman mediante enlaces químicos. ○ Electrones de valencia: electrones en la capa más externa de un átomo. Intervienen en las reacciones químicas y son los que determinan las propiedades químicas de los materiales. ○ Nº de oxidación: diferencia entre el nº de electrones de un átomo en estado neutro y el nº de electrones cuando se ha convertido en un ion o en un compuesto. ■ Nº oxidación + : el átomo pierde electrones. ■ Nº oxidación - : el átomo gana electrones. ● DESIGNACIÓN DE LOS ELEMENTOS: ● EL SISTEMA PERIÓDICO: - Los átomos se distinguen por el nº de protones. Si dos átomos tienen = nº de protones, pertenecen al mismo elemento. 6 INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES - PARCIAL I INGENIERÍA DE EDIFICACIÓN 23/24 - Es una tabla donde se clasifican los elementos según un orden creciente de sus nº atómicos. - Filas: períodos. Columnas: grupos. ● ELECTRONEGATIVIDAD: capacidad que tiene el átomo para captar electrones. En las filas (períodos) aumenta hacia la derecha en la tabla, y en las columnas (grupos) hacia arriba. ● CLASES DE ÁTOMOS POR SU RELACIÓN ENTRE ELLOS: ○ ISÓTOPOS: son aquellos que tienen el mismo nº de protones y distinto nº de neutrones. Es decir, igual nº atómico (Z) y distinto nº másico (A). Poseen las mismas propiedades químicas, ya que todos son del mismo elemento, pero tienen distintas propiedades físicas. Por tanto, suponen una clasificación de los átomos pertenecientes al mismo elemento. ○ ISÓTONOS: poseen el mismo nº de neutrones pero distinto nº de protones. ○ ISÓBAROS: átomos que tienen el mismo nº másico. ● ENLACES ATÓMICOS: también llamados ENLACES PRIMARIOS, ENLACES INTERATÓMICOS E INTERMOLECULARES. Son los que mantienen unidos a los átomos de los diferentes elementos. *Distancia de enlace: distancia para conseguir el equilibrio entre las fuerzas de atracción y repulsión que existe en el enlace de los átomos. 3 formas básicas de enlace entre átomos ENLACE IÓNICO ENLACE METÁLICO ENLACE COVALENTE Combinación de enlaces ENLACE COORDINADO (e. iónico + e. covalente) ○ ENLACE IÓNICO: se produce entre elementos de electronegatividad alta y muy diferente. Se produce transferencia de electrones: un átomo cede electrones (formando un ion positivo/ catión) y otro capta estos electrones (formando un ion negativo/ anión). Son esferas cuya carga eléctrica se distribuye uniformemente en todas direcciones y en toda la superficie. Características: - A Tª ambiente se presentan como sólidos cristalinos (enlace de los minerales). - Poseen puntos de fusión y ebullición altos. - Alta dureza (estructura tridimensional rígida). - Fundidos o disueltos en agua conducen electricidad (sensibles al agua). 7 INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES - PARCIAL I INGENIERÍA DE EDIFICACIÓN 23/24 COMPUESTOS Sustancias formadas por varios tipos de elementos, pueden descomponerse por procedimientos químicos (no físicos) en sustancias más simples (elementos). Por encima del nivel molecular se estudia la microestructura de las sustancias. ○ ENLACES SECUNDARIOS: unión entre moléculas (intermolecular) ENLACES SECUNDARIOS: FUERZAS DE VAN DER WAALS se forman en las moléculas polares ENLACES SECUNDARIOS: PUENTES DE HIDRÓGENO ● ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA: son los distintos grados de agregación que se pueden presentar entre las partículas de una sustancia. El estado de las partículas depende del grado de energía que tengan, de forma que tendrán un estado líquido, sólido o gaseoso. GASEOSO Se caracteriza por la carencia de fuerzas que mantienen unidas las moléculas entre sí, hay una gran movilidad de estas. No tienen forma ni volumen definidos. - Adoptan la forma del recipiente que los contiene. -No ponen resistencia al cambio de forma. -Fácilmente compresibles. -Expansibles. -Muy baja densidad. -Su volumen y forma dependen de las condiciones externas a las que están sometidos. LÍQUIDO Existencia de fuerzas de cohesión lo suficientemente débiles como para permitir el movimiento de unas con respecto a las otras, pero suficientemente fuertes para limitar su separación. -Adoptan la forma del recipiente que los contiene. -Difícilmente compresibles. -Tienen volumen cte. -Densidad alta con respecto a los gases. -La superficie de separación entre líquidos y gases es horizontal. -Poseen viscosidad y tensión superficial. SÓLIDO Existencia de grandes fuerzas de cohesión entre las moléculas, por lo que, las moléculas se mantienen en posiciones fijas. Tienen un volumen y una forma fijos. -Rigidez. -Elevada densidad. -Presentan estructura cristalina, generalmente. ○ Cambios de estado: 10 INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES - PARCIAL I INGENIERÍA DE EDIFICACIÓN 23/24 *Características: - Existe un calor de transformación. - Mientras que dura el cambio de estado, la tª permanece cte (fijada la presión). ● MEZCLAS: formadas por un conjunto de sustancias puras que se unen FÍSICAMENTE, sin que se produzca una reacción química entre ellas (si fuera así hablaríamos de un compuesto). Son sustancias POLIFÁSICAS, siendo la superficie de separación entre dos fases contiguas la INTERFASE. ○ Propiedades: - En las mezclas los cambios de estado no se producen a una tª cte. -Se caracterizan por permitir la separación de sus componentes por medios físicos. -Se puede distinguir la naturaleza heterogénea del conjunto a simple vista (o con microscopio. ○ Tipos de mezclas: HOMOGÉNEAS y HETEROGÉNEAS MEZCLAS HOMOGÉNEAS DISOLUCIONES / SOLUCIONES / MEZCLAS HOMOGÉNEAS -Son mezclas que se forman al introducirse una fase homogéneamente en otra, de manera que la primera pierde su identidad física, formal y molecular. -Se comportan como sustancias monofásicas. -El conjunto es homogéneo, por lo que en cualquier punto de la mezcla la composición es la misma. -Se produce una unión a nivel molecular, no atómica. Por tanto, cuando se separan las distintas sustancias que componían la disolución, continúan conservando su identidad química (no se produce ninguna reacción). -Para separar los componentes de la disolución hay que recurrir a 11 INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES - PARCIAL I INGENIERÍA DE EDIFICACIÓN 23/24 cambios de estado. -Sus características pueden cambiar de acuerdo a su composición, pues la composición no es constante, puede tener diversas proporciones dentro de unos márgenes. COMPONENTES DE UNA DISOLUCIÓN 1. DISOLVENTE (sustancia mayoritaria) 2. SOLUTO/S (sust. minoritaria, se reparte uniformemente en el disolvente) CARACTERÍSTICAS 1) En la disolución el soluto y el disolvente conservan sus propiedades químicas. 2) Las propiedades físicas de la disolución no son las mismas que las de los componentes por separado 3) Misma composición y propiedades en todos los puntos de la mezcla. 4) Existen disoluciones en todos los estados físicos OTRAS CARACTERÍSTICAS 5) CONCENTRACIÓN : Relación entre la cantidad de soluto y de disolvente. Concentración en VOLUMEN: ml soluto/ ml soluto + ml disolvente ml soluto*100/ml soluto + ml dis. (%) Concentración en MASA: g soluto/g soluto + g disolvente Concentración en masa de soluto por volumen de disolvente: g soluto/ l disolvente MOLARIDAD: moles de soluto en 1 l de disolución PARTES POR MILLÓN (ppm): partes que corresponde a 1 soluto en 1 millón de partes de disolución 6) SOLUBILIDAD: Cantidad máxima de soluto que puede aceptar un disolvente, o bien, la concentración máxima de una disolución. TIPOS DE DISOLUCIÓN SEGÚN SU CONCENTRACIÓN - Diluidas: contienen muy poco soluto. - Concentradas: la concentración está cerca de la solubilidad. - Saturadas: la concentración coincide con la solubilidad. - Sobresaturadas: la concentración es superior a la solubilidad. El exceso de soluto no se disuelve y se precipita. TIPOS DE DISOLUCIÓN POR EL Nº DE COMPONENTES - Binarias: compuestas de 1 disolvente y 1 soluto. - Terciarias: 1 disolvente y 2 solutos. - Cuaternarias: 1 disolvente y 3 solutos. (...) 12 INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES - PARCIAL I INGENIERÍA DE EDIFICACIÓN 23/24 ● ESCALAS DE OBSERVACIÓN: cuando hablamos de construcción nos estamos refiriendo a objetos que pueden ser observados, manejados o usados directamente por el hombre. Nos movemos en la escala de metros a milímetros. ● MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN: ○ MATERIAL: toda aquella porción de materia constituyente de cualquier objeto que fabricamos o construimos. ○ MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN: materiales susceptibles de utilizarse en una obra de edificación y formar parte de ella. ○ CONSTRUCCIÓN: según unas leyes se denomina construcción al conjunto de la materia ordenada. ○ CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES: SEGÚN SU ORDEN NATURALES: aquellos que el hombre obtiene sin transformar la naturaleza de las sustancias que lo integran. ARTIFICIALES: para obtenerlos el hombre provoca cambios en la naturaleza de sus sustancias. *Materiales sintéticos: sufren más transformaciones. SEGÚN SU CARÁCTER QUÍMICO INORGÁNICOS: sustancias que están formadas por moléculas complejas. Tienen generalmente enlaces covalentes. Se presentan en estado líquido o gaseoso a tº ambiente. Son insolubles en agua. Buenos aislantes. Arden… - Minerales: (piedra, cerámica,...) Isótropos y polifásicos - Metales: Polifásicos y policristalinos. ORGÁNICOS: formadas por moléculas más simples. Sus átomos se unen mediante enlaces iónicos o metálicos. Se presentan en estado sólido. Son solubles en agua. Buenos conductores. La mayoría no arden… - Madera. - Materiales bituminosos. - Plásticos. SEGÚN CRITERIOS ECOLÓGICOS 1- De alto consumo energético. 2- De bajo consumo energético. 3- Abundantes 4- Escasos 5- Contaminantes 6-No contaminantes 7-Biodegradables 8-No biodegradables SEGÚN LA COMPLEJIDAD DE SU COMPOSICIÓN SIMPLES: formados por un solo material. COMPUESTOS (composites): están fabricados por dos o más materiales, para mejorar las propiedades de los m. simples. Suele haber una “MATRIZ”, llamada al material con fase 15 INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES - PARCIAL I INGENIERÍA DE EDIFICACIÓN 23/24 continua que liga al resto de materiales, y el “REFUERZO” para los materiales que constituyen la fase discontinua. Ej. Hormigón armada; hormigón MATRIZ y barras de acero el REFUERZO. Tipos principales: 1) COMPUESTOS PARTICULADOS. Partículas esféricas. 2) COMPUESTOS FIBROSOS. Forma lineal 3) COMPUESTOS LAMINADOS. Con láminas SEGÚN SU FORMA O DEFINICIÓN FORMAL NO CONFORMADOS: son los que adquieren su forma en la puesta en obra. CONFORMADOS: llegan a la obra con una forma definida. Por su tamaño: pequeños o grandes Por la aptitud para ser transformados: -Transformables: pequeños o grandes (semiproductos) -No transformables (componentes) Por la forma en la que se colocan en obra: -Por adición con un material intermedio -Fijados mecánicamente ● EL PROCESO CONSTRUCTIVO: serie de operaciones que experimenta un material hasta ponerse en obra y llegar a formar parte de un edificio. Materia prima > Procesos técnicos > Productos Con los materiales de construcción se construyen elementos, subsistemas o sistemas constructivos, los cuales constituyen, en conjunto, el edificio. *Elemento constructivo: es la unidad constructiva básica a nivel funcional, elaborada con varios materiales que se han unido, combinado o aparejado. Ej: arco, muro… *Subsistema o sistema constructivo: es un conjunto de elementos constructivos que se agrupan para desempeñar una función dentro del edificio. Ej: cimentación, cubierta… *Edificio: conjunto de subsistemas. 16 INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES - PARCIAL I INGENIERÍA DE EDIFICACIÓN 23/24 TEMA 3. CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS ● Química: ciencia que estudia las sustancias y sus transformaciones. ● Sustancia: conjunto o parte de una materia de composición y características definidos y uniformes en todos sus puntos y, además, SUS COMPONENTES NO SE PUEDEN SEPARAR POR MEDIOS FÍSICOS, no se pueden separar sin actuar sobre los enlaces atómicos. Las sustancias tienen una fórmula química (la cual indica cuáles son los elementos que contiene la sustancia y en qué proporción) y posee una estructura determinada. Los materiales de construcción están formados por sustancias, por lo que, lo que influye a estas tiene repercusión directa sobre los materiales. La unidad de cantidad de sustancia en el Sistema Internacional (SI) es el MOL. El mol es la cantidad de sustancia que contiene tantas partículas como átomos hay en 12 g de carbono-12. ● Partículas: dado que las moléculas son la porción mínima de las sustancias, serán estas las partículas propias de esta escala de observación asociada a la ciencia química. Los procesos químicos, cambian los enlaces entre los átomos, pero no los átomos, dando lugar a nuevas moléculas o nuevas sustancias. ● Fase: se entiende por fase a cualquier parte homogénea y diferenciada físicamente dentro de una porción de materia. Las distintas sustancias constituyen fases, al igual que ocurre con las disoluciones. Cuando dos materiales forman una fase al ponerse en contacto, puede haber ocurrido dos procesos distintos: a) Que los materiales (sustancias) se hayan disuelto. El proceso y el resultado es una disolución. b) Que los materiales (sustancias) hayan reaccionado produciendo nuevas sustancias. El proceso es una reacción química. ● REACCIÓN QUÍMICA: proceso por el cual dos o más sustancias puras, llamadas REACTIVOS interaccionan entre sí dando lugar a otras sustancias distintas denominadas PRODUCTOS. En ella surge un reagrupamiento de átomos, produciéndose nuevas sustancias, pero se mantienen el nº y tipo de átomos. ○ Características de una reacción química: 1) Los reactivos desaparecen con la reacción. 2) Con la reacción aparecen una o varias sustancias nuevas; los PRODUCTOS. 3) Las propiedades de los PRODUCTOS son diferentes a los REACTIVOS. 4) Toda reacción va acompañada de un desprendimiento o absorción de energía. ➢ Reacciones EXOTÉRMICAS: desprenden energía en forma de calor. ➢ Reacciones ENDOTÉRMICAS: absorben energía en forma de calor. 5) Las reacciones siguen unas leyes químicas: LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MASA: en toda reacción química la masa total de las sustancias se conserva, por tanto; masa total productos = masa total reactivos. LEY DE LAS PROPORCIONES DEFINIDAS: cuando se combinan varios elementos para dar como resultado un compuesto determinado, siempre lo 17 INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES - PARCIAL I INGENIERÍA DE EDIFICACIÓN 23/24 dejar un residuo de cenizas. Da lugar con tres componentes: calor, combustible y comburente. ○ Fuego: es una combustión en la que se emiten llamas y, en ocasiones, humo. ○ Incendio: fuego incontrolado. ○ Carga de fuego: suma de las energías caloríficas que se liberan en la combustión de todos los materiales existentes en un espacio. ○ Reacción al fuego: respuesta de un material al fuego medida en términos de su contribución al desarrollo del mismo con su propia combustión, bajo condiciones específicas de ensayo. Es decir, potencialidad de un material para transmitir el fuego y que se propague fácilmente. Es una característica que tiene el material. ○ Resistencia al fuego: capacidad de un elemento de construcción para mantener durante un período de tiempo determinado las funciones que les sean exigibles, así como la integridad y/o el aislamiento térmico en los términos especificados en el ensayo normalizado correspondiente. Es decir, es la capacidad para mantener durante un tiempo el aislamiento térmico. No es una característica del material, sino una característica de un elemento constructivo. ○ TIPOS DE RESPUESTAS QUE OFRECE UN MATERIAL ANTE UN FUEGO: REACCIÓN AL FUEGO DE LOS MATERIALES Esta característica es la que más determina la posibilidad de crecimiento y propagación de un incendio. La respuesta específica de cada material se clasifica en función de su combustibilidad. Norma CPI-96 (norma anterior): M0 - material incombustible e ininflamable (piedra, ladrillo..) M1 - material combustible pero ininflamable. Es decir, arde en las llamas pero se apaga en ausencia de estas (pvc) M2 - material de inflamabilidad baja (moqueta de lana 100%) M3 - combustibilidad e inflamabilidad medias (madera espesor > 10cm) M4 - combustibilidad e inflamabilidad alta (tejidos acrílicos) Norma UNE-EN 13501 1:2002 - EUROCLASES (actual): A1 - no combustible. Sin contribución al fuego, grado máximo A2 - no combustible. Grado menor. B - Combustible. Contribución al fuego muy limitada. C - Combustible. Limitada. D - Combustible. Media E - Combustible. Alta F - Sin clasificar Clasificaciones adicionales: - Opacidad de los humos: los materiales se designan con s1, s2 o s3, de acuerdo con que los humos que produzcan sean de baja, media o alta opacidad. - Caída de gotas o partículas inflamadas: los materiales se designan con d0, d1 o d2, de acuerdo con que la caída sea nula, media o alta respectivamente. RESISTENCIA AL FUEGO DE LOS Esta característica se refiere, no a cada material individual, 20 INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES - PARCIAL I INGENIERÍA DE EDIFICACIÓN 23/24 ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS sino a los elementos constructivos, formados por un conjunto de materiales. CP9-96 (norma derogada): EF - Estabilidad al fuego. Hace referencia al mantenimiento de su constitución física y su capacidad mecánica. PF - Estanqueidad o Parallama. Hace referencia a su estanqueidad frente al paso de llamas o de gases por la cara opuesta a la acción del fuego. Implica a EF. RF - Resistencia al fuego. Resistencia térmica suficiente para mantener en la cara opuesta a la acción del fuego una tª inferior a 140ºC. Implica el cumplimiento de EF y PF. Norma UNE-EN 13501 2:2002 (actual) - Principales clases: R - Capacidad portante. E - Integridad. Capacidad de soportar la acción del fuego por una de sus caras sin que se transmita el incendio a la cara opuesta como consecuencia del paso de llamas o gases calientes. I - Aislamiento térmico. Capacidad de soportar el fuego por una de sus caras sin que se transmita a la otra como consecuencia de una transmisión de calor. Formas de expresarlas: R (t) - Se cumple la capacidad durante el tiempo t. EI (t) - Se cumple la integridad y el aislamiento durante t. REI (t) - Se cumple todo durante t (en minutos). 21 INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES - PARCIAL I INGENIERÍA DE EDIFICACIÓN 23/24 TEMA 4. PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS FÍSICAS. *NOTA. Cabe diferenciar las definiciones de PROPIEDADES y CARACTERÍSTICAS: mientras que las PROPIEDADES no dependen de las condiciones del entorno, las CARACTERÍSTICAS sí. ➢ FÍSICA: Ciencia que estudia las leyes de la Naturaleza en cuanto a materia y energía, sin ocuparse de las sustancias que la forman. Por tanto, un cambio físico afectará a las características de los cuerpos, pero no implicará cambios en las sustancias que lo componen. ➢ QUÍMICA: ciencia experimental que estudia la naturaleza de las sustancias: su composición y transformaciones. ➢ MECÁNICA: parte de la física que estudia las FUERZAS y sus efectos sobre los cuerpos. ● MASA: la masa es una propiedad de la materia, no depende del entorno. Representa la cantidad de materia que tiene un cuerpo. Se puede expresar como la relación entre la fuerza que actúa sobre un cuerpo y la aceleración que le produce. [m= f/a] Teniendo en cuenta que la inercia es la propiedad por la cual un cuerpo se opone a cambiar su velocidad, la masa es una medida de la inercia: a moyor masa, mayor inercia. Unidades de masa: S.I.-> kg ; S.T. -> utm ● VOLUMEN: es el espacio que ocupa un cuerpo. TIPOS DE VOLUMEN Cualquier cuerpo, o porción de material en estado sólido, constará de una parte maciza/ sólida (Vs) y otra Hueca (Vh),de esta parte hueca habrá una porción accesible (Vh’) y otra porción inaccesible (Vh’’). VOLUMEN APARENTE O TOTAL (V, Vap): comprende la totalidad del cuerpo. V=Vap=Vs + Vh= Vs + (Vh’ + Vh’’) VOLUMEN REAL O NETO (Vs, V🇷): es el volumen de la parte sólida. Vs=Vap - Vh VOLUMEN RELATIVO (Vr): volumen que incluye la parte sólida y los huecos inaccesibles. Vr= Vap - Vh’ = Vs + Vh’’ VOLUMEN BRUTO (Vb): un cuerpo incluyendo todas sus oquedades. Ej: el ladrillo hueco. ● PESO: Fuerza con que la Tierra atrae a un cuerpo. Se puede decir que el peso es la fuerza que experimentan los cuerpos en un campo gravitatorio, por tanto, dependerá de la situación del cuerpo. Unidades de peso (fuerza): - S.I. -> N ; el Newton es una unidad derivada: 1N = 1kg x 1m/s² - S.T. -> kp (kilopondio o kilogramo- fuerza) ; el kp es una unidad básica: 1kp = 1kg x 9,8 m/s² 22 INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES - PARCIAL I INGENIERÍA DE EDIFICACIÓN 23/24 ● ADHESIÓN: fuerza de atracción entre DOS SUPERFICIES en contacto, de = o ≠material. ● HELADICIDAD: tendencia de un material a deteriorarse por efecto de las heladas y deshielos, debido del aumento de volumen que sufre el agua al congelarse. En resumen, se trata de saber cómo ha disminuido la calidad del material después de haber estado expuesto a varios ciclos de hielo-deshielo. ○ En materiales pétreos (rocas): Pp = [(Ps inicial - Ps final) / Ps inicial] *100 % ; medimos el porcentaje de material que se rompe. ○ COEFICIENTE DE HELADICIDAD (C heladicidad): sirve para prever si al material le van a afectar las heladas, pero no cuantifica en qué medida se deteriora. C heladicidad = [Vh’ / Vh]*100 = [n’ / n]*100 ; Si C heladicidad ≥ 75% : material potencialmente heladizo. ● PERMEABILIDAD: capacidad que presenta un material sólido para ser atravesado por un fluido, gas o líquido, en unas condiciones de presión y temperaturas dadas, en un tiempo dado. Siempre se refiere a un par de materiales. Está directamente relacionado con la cantidad, forma y disposición de los poros del sólido. ● COMPORTAMIENTO DE UN MATERIAL FRENTE AL CALOR: ○ CALOR: forma de energía que fluye desde un cuerpo que tiene mayor tª a otro que tiene menos. Da lugar a dilataciones, cambios de estado, flujos de energía, incluso reacciones químicas. Se puede considerar una forma de transferir energía cinética de las moléculas y átomos de un cuerpo a las de otro. ○ TEMPERATURA (T): es una magnitud relacionada con la energía cinética de las partículas. Indica el grado de calor de un cuerpo, se percibe por sensaciones de calor o frío. Se mide en diferentes escalas, basadas en los cambios de estado del agua. La temperatura de una sustancia se mantiene cte durante todo el tiempo durante el cual se produce el cambio de estado. ○ CAPACIDAD CALORÍFICA (C): relación entre la cantidad de calor suministrada y la diferencia de tª que le provoca. Es decir, cuánta energía se necesita aportar a un cuerpo para que aumente su temperatura en un grado. C = Q / ∆T La capacidad calorífica de un cuerpo dependerá de su masa y de las sustancias que lo compongan, pero en su fórmula no interviene la masa. Unidad de capacidad calorífica: S.I. -> J/K ; S.T. -> cal / Cº 25 INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES - PARCIAL I INGENIERÍA DE EDIFICACIÓN 23/24 ○ CANTIDAD DE CALOR (Q): la cantidad de calor que absorbe o cede un cuerpo es proporcional al incremento de temperatura que experimenta (∆T) y a su masa, dependiendo, además, de la naturaleza de las sustancias que lo forman. Cantidad de calor = cte característica del material x masa del cuerpo x incremento de temperatura que experimenta -> Q = c x m x ∆T -> Medida: Julios, calorías o kilocalorías Expresado en calorías 1 kcal = 1.000 cal Expresado en energía o trabajo (en SI -> Julios) 1 cal = 4,18 J 1 J = 0,24 cal 1 J = 1 N x 1 m *La potencia (trabajo realizado en unidad de tiempo) tiene por unidad en el SI el vatio (W) 1 W = 1 J / 1 s ○ CALOR ESPECÍFICO (c) - caloría: es una característica de una sustancia. Definida por su capacidad calorífica por unidad de masa, o bien, como la cantidad de calor (energía) necesaria para elevar un grado la tª de una unidad de masa de dicha sustancia o material. c = Q / (m*∆T) ; c = C / m ; Unidades de medida: SI -> J/kgK ; kcal / kgºC ; cal / gºC *Calor específico del Agua -> 1 cal / g ºC *A mayor necesidad de calorías, mayor cantidad de calor necesito para aumentar la Tª ○ CALOR DE TRANSFORMACIÓN o CALOR LATENTE (L): cantidad de calor necesaria, absorbida o cedida, por la unidad de masa para efectuar, a tª cte, un cambio de estado en el material. Ej. Calor de solidificación, de fusión… Q = m * L -> L = Q / m ○ FORMAS DE TRANSMISIÓN DEL CALOR: ■ CONDUCCIÓN: se produce la transmisión de calor por contacto molecular, sin que se desplace la materia. ■ CONVECCIÓN: se realiza por desplazamiento de las partículas de los fluidos. ■ RADIACIÓN: se hace en forma de ondas electromagnéticas, se verifica sin contacto ni desplazamiento de partículas. El vacío facilita esta transmisión de calor. ○ FLUJO DE CALOR: cantidad de calor que atraviesa un cuerpo en un tiempo determinado (Q/t). Unidad: 1kcal / h = 1,163W ○ CONDUCTIVIDAD TÉRMICA: capacidad de un material para ser atravesado por el calor, viene definido por el COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA; ○ COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA (λ): es una característica de cada material, es la cantidad de calor que pasa en la unidad de tiempo (flujo de calor), a través de la unidad de superficie de una muestra de extensión infinita de caras plano-paralelas y de espesor unidad, cuando se establece una diferencia de tª entre sus caras de un grado. A mayor λ, más fácilmente se atraviesa el calor. Q / t = λ * (S/L) * ∆T -> λ = Q*L/S*∆T*t ; Unidad: kcal/hmºC ; W/mK ó W/mºC ○ RESISTIVIDAD TÉRMICA (r): inversa de la conductividad. r = 1 / λ 26 INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES - PARCIAL I INGENIERÍA DE EDIFICACIÓN 23/24 ○ INERCIA TÉRMICA: capacidad de un cuerpo para mantener su tª, es decir, para oponerse a modificarla. A mayor inercia térmica, más trabajo costará cambiar su tª. *Cuanto mayor sea el calor específico del material, más grande sea su masa, y menor sea su coeficiente de conductividad, mayor será su inercia térmica. ○ COEFICIENTE DE DILATACIÓN TÉRMICA (δ): expresa el cambio de dimensiones que va a experimentar un material en función de un incremento de tª. ■ Coeficiente de dilatación térmica lineal: δ🇱 = ε / ∆T -> ε=∆L/Lo ■ Coeficiente de dilatación térmica superficial: δѕ = εѕ / ∆T -> εѕ=∆S/So ■ Coeficiente de dilatación térmica volumétrica: δ🇻 = ε🇻 / ∆T -> ε🇻=∆V/Vo 27 INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES - PARCIAL I INGENIERÍA DE EDIFICACIÓN 23/24 ➢ MÓDULO DE POISSON: relación que existe entre la deformación lateral (en dirección perpendicular a las fuerzas) y axial (= dirección que las fuerzas). Coeficiente de Poisson: μ = deformación lateral / deformación axial ● ROTURA: es el fraccionamiento del material. ○ Rotura frágil: cuando el material rompe sin pasar previamente por una deformación apreciable. Si esto ocurre dentro del período elástico o recta de Hooke, el material alcanzaría su tensión de rotura al final de la recta o muy cerca de ella, sin tramo final horizontal. ○ Rotura dúctil: cuando se produce una gran deformación antes de llegar a la rotura. *Es importante que los materiales se deformen antes de romperse, como aviso al colapso. ● RIGIDEZ: capacidad de un material para oponerse a una deformación, es decir, para responder ante una tensión con poca deformación. Cuando la recta de Hooke sea más vertical, nos estará indicando que el material es más rígido: a mayor E, mayor rigidez. ○ Material rígido: experimenta poca deformación a pesar de aumentar su tensión. Representación casi vertical. ○ Material dúctil: el material responde con una gran deformación ante el aumento de tensión. 30 INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES - PARCIAL I INGENIERÍA DE EDIFICACIÓN 23/24 ○ Material orgánico: existe mucha deformación ante la tensión. A pesar de ello hay proporcionalidad entre tensión y deformación pero en un corto tramo. *Esto nos dice que en todos los materiales existe proporcionalidad (se cumple la ley de hooke), por lo que, que se comporte más elásticamente sólo se puede comprobar en la descarga. ● DEFORMABILIDAD: capacidad de un material para deformarse. Deformación de rotura: valor máximo de la deformación unitaria que adquiere el material antes de romperse. ● RESISTENCIA: tensión máxima que puede alcanzar un material para cada tipo de esfuerzo (compresión, tracción, flexión, corte, sección). ● RESISTENCIA CARACTERÍSTICA: es aquella que representa un grado de confianza exigido por una norma. Es un concepto estadístico: normalmente, en construcción, se toma la resistencia característica de un 95%. Es decir; existe una probabilidad de 0,95 de que los valores hallados para la resistencia, mediante ensayos, sean superiores a la resistencia adoptada como característica, mientras solo existe una probabilidad de 0,05 de que se presenten valores más bajos. ● ELASTICIDAD: hace referencia a una rama de la Física y, también, a una cualidad de los materiales. Se denomina comportamiento elástico de un material a la propiedad de recuperar su forma cuando cesa la fuerza que lo deformaba. ● PLASTICIDAD: propiedad de un material de mantener su deformación cuando cesa la fuerza que lo produjo. ● TIPOS DE MATERIALES ATENDIENDO A SUS POSIBILIDADES DE DEFORMACIÓN ELÁSTICOS Aquellos que recuperan su forma cuando cesa la fuerza que lo deformaba. Ej: acero. PLÁSTICOS Aquellos que mantienen su deformación aunque desaparezca la fuerza que lo deformaba. Materiales que sufren grandes deformaciones sin grandes esfuerzos. Ej: arcilla. FRÁGILES Aquellos que no experimentan deformaciones apreciables antes de romperse. Ej: piedra. DÚCTILES Aquellos que, siendo resistentes, experimentan una gran deformación antes de romper. ● TENACIDAD: capacidad para resistir grandes esfuerzos sin romperse. ● DUREZA: resistencia a ser marcado o desgastado por otro. Es decir, es un comportamiento superficial, aunque puede ser indicativo de comportamientos más profundos. Calificándolos: muy duros, duros, semiduros, semiblandos, blandos y muy blandos. Se puede determinar sometiendo al material a diferentes pruebas: ○ Dureza por rayado: mide la capacidad del material para rayar y ser rayado. Se cuantifica por comparación con una serie de materiales (minerales) que, ordenados, forman una escala (Escala de Mohs), a cada material corresponde un nº en la escala y, por tanto, una dureza. ○ Dureza por penetración o choque: métodos basados en la respuesta (huella) del material ante una acción ejercida sobre su superficie, bien estática (presión) o dinámica (choque). 31 INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES - PARCIAL I INGENIERÍA DE EDIFICACIÓN 23/24 Los aparatos que miden la dureza así se llaman DURÓMETROS, encontramos los siguientes tipos: - Brinell y rockwell (materiales duros) (prueba estática): Dureza Brinell= fuerza aplicada / superficie esférica de la huella - Shore y KNOOP (materiales blandos) (prueba dinámica) - Vickers (pequeñas superficies) (prueba estática) Dureza Vicker = fuerza aplicada / superficie de la huella ○ Dureza por desgaste o Desgastabilidad: se basan en pruebas de erosión o abrasión. D= (Vi - Vf) / S —--> *S = Superficie de contacto o rozamiento; V= volumen unidades: longitud 32