República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior

Universidad del Zulia

Núcleo COL – CABIMAS

Estudio De Los Materiales

Realizado por:

Cesar E. Rojas F. CI: V-21044149

Cabimas, Agosto De 2015.

Índice

Conceptos Básicos

Introducción

1. Ciencia E Ingeniería De Los Materiales.

2. Estructura Atómica.

3. Estructura Cristalina.

4. Propiedades Y Comportamiento Mecánico.

5. Propiedades Físicas De Los Materiales.

Conclusión

Bibliografía

Conceptos Básicos

Materiales de construcción. Se definen como los cuerpos que integran las obras de

construcción, cualquiera que sea su naturaleza, composición y forma.

Dentro de los materiales son aquellos que sirven para la realización de una edificación u

obra de ingeniería civil. Según la función que desempeñan en la obra se pueden clasificar

en materiales fundamentales, materiales conglomerantes y materiales complementarios o

auxiliares.

Los materiales fundamentales (Acero, hormigón, rocas, etc) sirven para construir las

unidades de obra capaces de soportar los esfuerzos mecánicos y las acciones

atmosféricas a que va a estar sometida la construcción que se proyecta.

Los materiales conglomerantes son aquellos que constituyen la base de los morteros y

hormigones, empleándose en construcción para unir o enlazar materiales del grupo

anterior, además de constituir los últimos, por sí solos y en combinación con el acero, un

material de construcción fundamental por excelencia. Las pastas que con ellos sé

consiguen permiten ser extendidas y moldeadas convenientemente para adquirir, después

de endurecidas, unas características mecánicas similares a las de los materiales pétreos

naturales y artificiales. Los principales conglomerantes empleados en la construcción son

el cemento Pórtland, el yeso y la cal.

Los materiales complementarios o auxiliares son aquellos que se utilizan dentro de las

edificaciones como complementos utilitarios de las mismas. El vidrio, pinturas, aislantes,

materiales eléctricos, de fontanería, carpintería de madera, de aluminio, de PVC, etc,

constituyen algunos ejemplos.

La Ciencia de los Materiales se ocupa principalmente de las propiedades,

clasificación, procesamiento y usos de las diversas manifestaciones de la materia en el

Universo. El comportamiento de los materiales queda definido por su estructura a nivel

microscópico, la estructura electrónica de un átomo determina la naturaleza de los

enlaces atómicos que a su vez contribuye a fijar las propiedades de un material dado. En

forma general, las propiedades se separan para su estudio en dos grandes ramas:

propiedades físicas y propiedades mecánicas.

Clasificación de los materiales. Los materiales utilizados en construcción en una

primera clasificación se pueden dividir en dos tipos generales atendiendo a su origen

(Clasificación genética): naturales y artificiales.

Los materiales naturales, son aquellos que pueden ser empleados tal como se hallan en

la naturaleza, labrándolos para darles la forma y dimensiones adecuadas, pero sin realizar

en ellos transformación físico-química alguna.

Los materiales artificiales, son aquellos que, tras un proceso de elaboración y

transformación de su composición, adquieren las características apropiadas a su uso. Se

utilizan como materias primas para su obtención los materiales naturales, que modificados

a base de los distintos procesos de fabricación, dan como resultado el material artificial.

Esta primera gran clasificación, se divide a su vez en dos grupos de acuerdo con la

naturaleza del material, pudiendo ser de carácter orgánico o inorgánico.

Los materiales orgánicos, proceden de animales o vegetales, crecen y mueren de

acuerdo a las leyes biológicas, con una forma propia definida, reproduciéndose y siendo

perecederos, por lo que son necesarios tratamientos que impidan su alteración. Como

ejemplo de material natural orgánico, tenemos las maderas y como artificial orgánico los

plásticos.

Los materiales inorgánicos, están formados por yuxtaposición de sus moléculas, y

pueden adoptar estructura vítrea o cristalina. Forman parte de este grupo las rocas y

minerales utilizados para la obtención de la mayoría de materiales artificiales.

Pertenecientes a este grupo, son los materiales más importantes utilizados en

construcción.

Como ejemplo de material natural inorgánico, todos los pétreos naturales y como artificial

inorgánico: los cerámicos, los aglomerantes, los metales, etc.

1. Ciencia e Ingeniería De Los Materiales

La responsabilidad de conocer, aplicar e investigar en materiales es de la

Ingeniería de Materiales. Sin embargo solo se puede avanzar cuando se conoce

profundamente las causas y consecuencias de los conocimientos que se han

adquirido con anterioridad. Estamos ante la especialización dada por la Ciencia y

la Ingeniería de Materiales, que conviene definir:

Ciencia de materiales. Una disciplina científica íntimamente relacionada con la

investigación, que tiene por objeto el conocimiento básico de la estructura interna,

propiedades y procesamiento de los materiales.

Ingeniería de materiales. Una disciplina de ingeniería que trata del conocimiento

de los materiales a niveles fundamentales y aplicados, con objeto de que puedan

ser convertidos en productos necesarios o deseados por una sociedad

tecnológica.

A veces es difícil definir la frontera entre ambos conceptos pues existe una zona

de uso común, según la formación del especialista. Lo que sí es evidente es que

ambos deben caminar unidos de forma obligada.

El uso combinado de la ciencia y la ingeniería de materiales permite a los

ingenieros convertir los materiales en los productos requeridos por la sociedad.

 Se refleja la conexión de la Ciencia e Ingeniería de Materiales con las otras

disciplinas e ingenierías. Las ciencias básicas están localizadas en la zona superior, más

básico, mientras que las distintas disciplinas de la ingeniería (mecánica, eléctrica, civil,

química, etc.) se sitúan en la zona inferior, más aplicación. Las ciencias de los materiales,

metales, cerámicos y polímeros, se disponen en la zona intermedia. La ciencia e

ingeniería de materiales se muestra formando un nexo, dentro del conocimiento de los

materiales, entre las ciencias básicas, y las ramas de la ingeniería. Se ha incluido la

ingeniería de materiales en el escalón de ingenierías de diseño cuando se constituyen

como empresas manufacturadoras intrínsecas.

2. Estructura Atómica

El estudio de la estructura atómica de la materia sirve para explicar las propiedades delos

materiales. La materia está compuesta por átomos, que a efectos prácticos se

considerarán partículas esféricas de 10-10m de tamaño.

Átomo

(Del latín atomus, y éste del griego άτομος, indivisible) es la unidad más pequeña de un

elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir

mediante procesos químicos.

La nube de carga electrónica constituye de este modo casi todo el volumen del átomo,

pero, sólo representa una pequeña parte de su masa. Los electrones, particularmente la

masa externa determinan la mayoría de las propiedades mecánicas, eléctrica, químicas,

etc., de los átomos, y así, un conocimiento básico de estructura atómica es importante en

el estudio básico de los materiales de ingeniería

Los átomos están formados por un núcleo, de tamaño reducido y cargado positivamente, rodeado por una nube de electrones, que se encuentran en la corteza.

ELECTRÓNEs una partícula elemental con carga eléctrica negativa igual a 1,602 · 10-19 Coulomb y masa igual a 9,1093 · 10-28 g, que se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos.

NEUTRÓNEs una partícula elemental eléctricamente neutra y masa ligeramente superior a la del protón (mneutrón=1.675 · 10-24 g), que se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos.

PROTÓNEs una partícula elemental con carga eléctrica positiva igual a 1,602 · 10-19 Coulomb y cuya masa es 1837 veces mayor que la del electrón (mprotón=1.673 · 10-24 g). La misma se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos.

El número atómico es la cantidad de protones que posee el núcleo de

un átomo. Debe ser un número entero. Se denomina "atom" a un

átomo de un elemento determinado, debido a que en su núcleo existe

esa cantidad determinada de "protones".

Como cada protón y neutrón pesa una unidad, el peso de un átomo

será la suma de ambos. En consecuencia, los pesos atómicos serán

todos números enteros, o sencillamente la cantidad de partículas

(tanto neutrones como protones) del núcleo.

La masa atómica relativa de un elemento es la masa en gramos de 6.023 × 1023 átomos

(número de Avogadro NA) de ese elemento.

La masa atómica de un elemento es la que corresponde al

promedio de las masas de sus distintos isótopos según las

abundancias relativas naturales de estos en dicho elemento. Hay

que tener en cuenta las masas de los distintos isótopos y sus

porcentajes en la naturaleza.

3. Estructura Cristalina

Estructura cristalina: La estructura física de los sólidos es consecuencia de la

disposición de los átomos, moléculas e iones en el espacio, así como de las

fuerzas de interconexión entre los mismos. Si esta distribución espacial se repite,

diremos del sólido que tiene estructura cristalina. Los metales, aleaciones y

determinados materiales cerámicos tienen estructura cristalina.

Retículo espacial: La ordenación atómica en los sólidos cristalinos puede

representarse situando los átomos en el origen de una red tridimensional, que se

denomina retículo espacial. En este tipo de redes cristalinas cada punto que

puede ser identificado por un átomo o ion, tiene un entorno idéntico.

Celdas unitarias: La red espacial que representa una estructura cristalina se

puede definir como una repetición en el espacio de celdas unitarias.

El volumen y orientación espacial de cada celda unitaria viene caracterizado por

las siguientes constantes:

- Tres vectores, a, b, c, que convergen en un punto común o vértice

- Tres ángulos, α, β y γ interaxiales

En cristalografía, dependiendo del módulo o valor de los vectores reticulares (a, b,

c), y de su dirección o ángulos interaxiales (α, β y γ), nos podemos encontrar con

siete sistemas cristalinos diferentes y catorce retículos espaciales diferentes,

denominados redes de Bravais.

Casi todos los metales elementales cristalizan en tres tipos de estructuras

fundamentales:

• BCC: Cúbica centrada en el cuerpo (ferrita, Cr, V, K)

• FCC.: Cúbica centrada en las caras

(austenita, Au, Ag, Cu, Al)

•HCP: Hexagonal compacta (Zn , Cd,

Mg)

Relación Entre Constantes En Las Estructuras Cristalinas Metálicas Básicas

1.Índice de coordinación: Número de átomos que en una red cristalina rodean a

uno dado

2. Factor de empaquetamiento atómico FPA: Relación existente entre el

volumen que ocupan los átomos en una celda unitaria y el volumen de la celda

unitaria.

3. Arista a: Es la arista de la celda unitaria.

4. Radio R: Es el radio de los átomos presentes en la celda.

5. Planos y direcciones compactas. Son aquellos en las que los átomos que

están sobre ellos están en contacto unos con otros

6. Planos de máxima densidad: Son aquellos en los que la superficie de las

secciones atómicas es mayor.

Modelo de esfera dura

• Los átomos (o iones) se consideran como esferas sólidas con diámetros bien definidos

• Las esferas más cercanas se tocan entre sí.

• En los metales cada esfera representa el núcleo atómico.

Acomodamiento Atómico

4. Propiedades Mecánicas De Los Materiales.

Propiedades mecánicas: Describen la forma en que un material soporta fuerzas

aplicadas, incluyendo fuerzas de tensión, compresión, impacto, cíclicas o de

fatiga, o fuerzas a altas temperaturas. A continuación, se definen algunas de ellas:

Tenacidad: Es la propiedad que tienen ciertos materiales de soportar, sin

deformarse ni romperse, los esfuerzos bruscos que se les apliquen.

Elasticidad: Consiste en la capacidad de algunos materiales para recobrar

su forma y dimensiones primitivas cuando cesa el esfuerzo que había

determinado su deformación.

Dureza: Es la resistencia que un material opone a la penetración.

Fragilidad: Un material es frágil cuando se rompe fácilmente por la acción

de un choque.

Plasticidad: Aptitud de algunos materiales sólidos de adquirir

deformaciones permanentes, bajo la acción de una presión o fuerza

exterior, sin que se produzca rotura.

Ductibilidad: Considerada una variante de la plasticidad, es la propiedad

que poseen ciertos metales para poder estirarse en forma de hilos finos.

Maleabilidad: Otra variante de la plasticidad, consiste en la posibilidad de

transformar algunos metales en láminas delgadas.

5. Propiedades Físicas Los Materiales

Dependen de la estructura y procesamiento del material. Describen características

como color, conductividad eléctrica o térmica, magnetismo y comportamiento óptico,

generalmente no se alteran por fuerza que actúan sobre el material. Pueden dividirse en:

eléctricas, magnéticas y ópticas

Cohesión: Fuerza que ocasiona la unión entre las partículas del material, está

relacionada con las fuerzas atómicas.

Densidad (m/v):

Huecos accesibles: si consideramos una membrana alrededor del material tendremos

unos huecos accesibles a través de los cuales el viento y el agua pueden entrar.

Huecos inaccesibles: no pueden llegar los fluidos.

Porosidad: Relación entre el volumen de poros y el volumen total.

Oquedad: Tamaño total de los huecos entre el volumen del conjunto.

Compacidad: Complementaria de la porosidad.

Absorción: Porcentaje de agua absorbida expresada en tanto por 100 de el peso de la

materia seca; depende de la porosidad y de las condiciones, ya que no todos los poros

son accesibles. La absorción máxima se obtiene en laboratorio mediante ebullición o

haciendo el vacío.

Coeficiente de saturación: Es el volumen absorbido en condiciones normales dividido

por el volumen absorbido en condiciones de laboratorio. Influye en el comportamiento del

material frente agresiones químicas y agentes exteriores sobre todo en materiales

granulares.

Permeabilidad: Facilidad que tiene un material para ser atravesado por un fluido cuando

actúa una presión diferencial a ambos lados del material, es importante en obras

hidráulicas.

Índice de poros: Proporción entre el volumen total de poros y el volumen total de

material.

Capilaridad: es la mayor o menor facilidad que tiene un líquido de ascender o disminuir a

lo largo de un poro accesible. Las condiciones geométricas de los poros influyen en la

capilaridad de un diámetro determinado y no sufren ensanchamientos bruscos.

Heladicidad: Es la mayor o menor resistencia del material a la fragmentación en

presencia de hielo en su interior, el agua al congelarse aumenta el volumen de agua un 7

por ciento esto genera unas presiones que pueden producir la rotura del material que la

contiene. La heladicidad está relacionada con la absorción y disposición de los poros, ya

que si están en el superior del material el volumen aumenta hacia el exterior y no influye

la helada.

Solubilidad: Determina el comportamiento de los materiales de construcción, como la

cantidad máxima de soluto (material) que puede existir en un volumen dado de disolvente

en unas condiciones determinadas de temperatura.

Finura: Es importante en los conglomerantes. Se refiere al mayor o menor grado de

fragmentación del material. Antiguamente se medía mediante el tanto por ciento en peso

que quedaba en unos tamices, hoy se utiliza el concepto de superficie específica que es

el área de la superficie correspondiente con la unidad de masa del material.

Conclusión

En el marco de teorías e ideas concernientes a la producción de edificaciones y a una

sistematización del proceso constructivo, se cree más pertinente para referirse y describir

las diversas formas de construcción hablar de las técnicas de construcción ejecutadas

más que de sistemas constructivos empleados, considerando así los diferentes

procedimientos y métodos aplicados.

El término sistema constructivo, en cuanto a procesos de producción, está circunscrito por

una técnica constructiva y es utilizado en relación con los de industrialización y tecnología,

referido a la sistematización de un proceso. Pero una construcción como producto u

conforma asimismo un sistema, constituido por sistemas parciales o subsistemas.

Es de considerar que al referirse a estos términos, tan utilizados al tocar toda temática del

campo de la construcción, más que definirlos de una forma rígida e inflexible se deben

cumplir un conjunto de normas regidas en Venezuela las cuales se contemplan en las

Normas COVENIN.

Finalmente es necesario mencionar, haciendo alusión a tales términos y con la amplitud

involucrada en su significado, que para una construcción eficaz y eficiente se requiere una

coordinación que haga posible el cumplimiento de las diversas exigencias funcionales,

estructurales de estabilidad, resistencia y equilibrio, plásticas, económicas y ambientales,

que debe presentar toda construcción..

Introducción

Esta diversidad de productos y de materias primas nos lleva a profundizar los

conocimientos de sus propiedades, para comprender e interpretar su comportamiento en

forma correcta. Sólo un estudio detallado de estos materiales nos puede garantizar su

máximo aprovechamiento.

En el presente trabajo vamos a ver a grandes rasgos algunos conceptos que integran

la estructura de los Materiales, los cuales nos servirán para poder tener en claro algunas

ideas que nos servirán para tener una comprensión más clara de dicha materia, así

mismo nos permitirá familiarizarnos y aplicaciones a la industria y a la vida diaria.

Dentro de los materiales son aquellos que sirven para la realización de una edificación u

obra de ingeniería civil. Según la función que desempeñan en la obra se pueden clasificar

en materiales fundamentales, materiales conglomerantes y materiales complementarios o

auxiliares.