Material: Materia: Obra: Definiciones perteneciente o relativo a la materia. cada una de las materias que se necesitan para una obra. realidad espacial y perceptible por los sentidos de la que están hechas las cosas que nos rodean y que, con la energía, constituye el mundo físico cosa u objeto, hecho o producido por un agente edificio en construcción
Definiciones Los materiales empleados en la construcción de obras civiles (edificios, puertos, puentes, presas, caminos, canales, conductos, túneles, etc.) deben poseer las siguientes aptitudes: capaz de soportar los esfuerzos a los que estarán sometidos durante su vida en servicio, sin grandes deformaciones (resistencia, rigidez, estabilidad volumétrica) capaz de soportar las acciones del medioambiente manteniendo sus propiedades a lo largo de su vida en servicio (durabilidad). capaz de armonizar con el entorno arquitectónico (estética) capaz de respetar al medioambiente (sustentabilidad)
Ciencia, tecnología e ingeniería de los materiales La ciencia de los materiales investiga la relación entre la estructura y las propiedades de los materiales. La ingeniería de los materiales se fundamenta en las relaciones propiedades-estructura y diseña o proyecta la estructura de un material para conseguir un conjunto predeterminado de propiedades. La tecnología de los materiales es el estudio y puesta en práctica de técnicas de análisis y ensayos para el desarrollo, caracterización y selección de los materiales.
Estados de la materia
Historia de los materiales 2.500.000 a 3000 AC 9.500 AC a 1700 DC 1700 a 1950 DC edad de piedra edad de los metales edad del acero materiales naturales cueros rocas madera arcillas uso según el material útiles de caza y herramientas vivienda y monumentos materiales artificiales cobre bronce hierro ladrillos cerámicos morteros técnicas de fabricación aleaciones uso según el material útiles de guerra, estructuras agricultura, herramientas complejas tecnologías de fabricación aceros aleados tratamientos térmicos leyes fundamentales de la física y la química tabla periódica, rayo x, microscopio estructura cristalina. técnicas caracterización y ensayos. diseño de material según uso revolución industrial máquinas y herramientas estructuras de grandes luces hormigón armado y pretensado
Los materiales y el desarrollo humano 1930 a 2000 desde 1990 edad de silicio y plásticos edad molecular ciencia de los materiales materiales compuestos materiales sintéticos petroquímica y polímeros electrónica informática comunicaciones superconductores recursos naturales medio ambiente nanotecnología biomateriales materiales adaptativos materiales autorreparables materiales de altas prestaciones
Materiales naturales Clasificación de los materiales Se encuentran en la naturaleza. Constituyen los materiales básicos para fabricar los demás productos. En ocasiones estos recursos son limitados y se pueden agotar, en otras ocasiones pueden reciclarse o reutilizarse. El reciclado o reciclaje es una buena solución para preservar el medio natural y ahorrar recursos naturales, al mismo tiempo que se reducen costos. Ejemplos: la madera, las rocas, la lana, la arcilla, etc. Materiales artificiales Se obtienen a partir de otros materiales que se encuentran en la naturaleza y no han sufrido transformación previa. También reciben este nombre los productos fabricados con varios materiales que sean en su mayoría de origen natural. Ejemplos: el hormigón, el acero Materiales sintéticos Están fabricados por el hombre a partir de materiales artificiales. No se encuentran en la naturaleza ni tampoco los materiales que los componen. Ejemplo: los plásticos
Clasificación de los materiales Metales Cerámicos Polímeros Ferrosos: aceros y fundiciones No Ferrosos: aleaciones de aluminio, bronce Cristalinos: porcelanas, refractarios, rocas No cristalinos: vidrios, cemento hidratado Naturales: madera, fibras naturales, petróleo Sintéticos: plásticos, asfalto, resinas epoxi, neopreno Reforzados con partículas: hormigón, concreto asfáltico Compuestos Reforzados con fibras: HRF, PRFV, hormigón armado Laminados: enchapados
Metales perfiles barras tubos chapas
Cerámicos ladrillos piezas de hormigón simple revestimientos
Polímeros maderas Tubos plásticos Perfiles de PVC
Compuestos hormigón armado y pretensado madera laminada y contrachapada concreto asfaltico hormigón PRFV
Cronología de los materiales
Costo de los materiales
Costo de los materiales
Costo de los materiales 1 lb = 0,45 kg
Costo de los materiales
Perfil ambiental material Consumo relativo de energía y emisión de CO2
Perfil ambiental de los materiales
Perfil ambiental acero
Perfil ambiental hormigón
Fallos en la construcción
Propiedades de los materiales Físicas densidad, permeabilidad (gases, líquidos, radiaciones), térmicas (dilatación, conductividad, calor especifico), magnéticas, ópticas, eléctricas, etc. Químicas punto de fusion, ebullición, resistencia a la corrosión, ph, reactividad, solubilidad, difusión, etc. Mecánicas resistencia, tenacidad, resiliencia, ductilidad, rigidez, dureza, creep, extensibilidad, etc. Tecnológicas maleabilidad, templabilidad, trabajabilidad, mecanibilidad soldabilidad, etc. Ecológicas toxicidad, biodegrabilidad, reciclabilidad, renovabilidad
Propiedades de los materiales Metales Cerámicos Polímeros buena resistencia a la tracción y compresión conducen el calor y la electricidad son dúctiles y tenaces baja resistencia a la corrosión sufren fatiga elevado punto de fusión sufren creep a alta temperatura son densos y rígidos buena resistencia a la compresión y baja resistencia a la tracción y flexión buena resistencia a las altas temperaturas son frágiles no sufren corrosión son porosos elevado punto de fusión son densos y rígidos moderada y baja resistencia y rigidez baja resistencia a las altas temperaturas son aislantes buena resistencia química con el medio ambiente son livianos bajo punto de fusión y elevado coeficiente de expansión térmica sufren creep a temperatura ambiente son combustibles
Niveles de organización de la materia y niveles de observación Nivel Atómico Nivel Micro estructural
Niveles de organización de la materia y niveles de observación Nivel del Material Ensayo de materiales
Niveles de organización de la materia y niveles de observación Nivel Estructural Ensayo de componentes estructurales
Niveles de organización de la materia y niveles de observación Nivel Estructural Comportamiento estructural
Niveles de organización de la materia subatómico atómico estructural material micro estructural
Niveles de organización de la materia subatómico atómico estructural material micro estructural
Niveles de organización de la materia subatómico atómico estructural material micro estructural
Niveles de organización de la materia subatómico atómico estructural material micro estructural
Niveles de organización de la materia subatómico atómico estructural material micro estructural
Propiedades y micro estructura Efecto de la velocidad de solidificación en la micro estructura y dureza de un acero
Propiedades y micro estructura Efecto del tamaño de grano en la dureza de un acero ferrifico
Propiedades y micro estructura Efecto del Nb en la microestructura y resiliencia de un acero ferrifico
Propiedades y micro estructura Efecto de la deformación del grano en las propiedades de un acero
Propiedades y micro estructura Efecto del tamaño de grano en la resistencia de una cerámica densa
Propiedades y micro estructura Efecto de la porosidad en la resistencia de una fundición de aluminio
Propiedades y micro estructura Efecto de la porosidad en la resistencia de mortero de cemento portland
Propiedades y micro estructura Efecto de la porosidad en la conductividad térmica
Propiedades y micro estructura Efecto del contenido de carbono en la microestructura del acero
Propiedades y micro estructura Efecto del contenido de carbono en las propiedades del acero
Defectos de los materiales Defectos de superficie: Limites de grano
Defectos de los materiales Oxido de cobre: vacante de cobre Defectos cristalinos puntuales
Defectos de los materiales Superaleación de Ti Defectos cristalinos lineales
Defectos de los materiales microfisuras y huecos en un acero a alta temperatura microfisuras y poros en un Ladrillo ceramico Huecos, poros y microfisuras
Estudio y ensayo de los materiales Se realizan para determinar las características de los materiales Se realizan para juzgar si el material cumple con las propiedades especificadas. Forman parte de los procedimientos para el control de producción Pueden ser destructivos o no destructivos Se deben realizar sobre muestras representativas Los resultados se analizan estadísticamente Se hacen en laboratorio o en obra Se aplican equipos y procedimientos normalizados Ejemplos: tracción de aceros, compresión de hormigón, flexión de madera, densidad de agregados, viscosidad de asfaltos, desgaste de baldosas, compresión de ladrillos, composición química cementos, penetración de asfaltos, petrográficos, etc.
Estudio y ensayo de los materiales maquinas de ensayo
Estudio y ensayo de los materiales dispositivos de medición
Estudio y ensayo de los materiales óptico (milímetro/micra) Electrónico (micra/nanómetro) atómico de fuerzas (nanómetro/amstrong) dispositivos de observación
Modelación numérica de los materiales
Modelación numérica de los materiales
Selección de los materiales Debemos tener en cuenta las siguiente factores tipo de solicitación a que estará sometido condiciones de agresividad del medio ambiente condiciones climáticas vida en servicio requerimientos estéticos requerimientos ambientales y energéticos metodología constructiva de la obra tiempo de ejecución de la obra calificación de la mano de obra balance económico (costo de puesta en obra y mantenimiento) otros
Selección de los materiales Métodos Tradicional : basado en información sobre el comportamiento en servicio de los materiales en aplicaciones semejantes. Gráfico: se basa en gráficos en los que se correlacionan las propiedades mas relevantes para las condiciones de servicio del material
Selección de los materiales Métodos
Selección de los materiales Métodos Base de datos, catálogos, software : aportados por fabricantes de materiales, investigaciones, organismos (ASTM, SAE, IRAM, etc).
Normas y especificaciones Son documentos aprobados por un organismo reconocido que establece las características y propiedades que hay que cumplir en determinados productos, procesos o servicios, incluyendo los métodos de evaluación Las normas resultan fundamentales para programar los procesos de producción y asegurar la calidad. Se crean con el consenso de todas las partes interesadas e involucradas en una actividad (fabricantes, administración, consumidores, laboratorios, centros de investigación). Deben aprobarse por un Organismo de Normalización reconocido. Se identifican por siglas según el Organismo que lo apruebe: IRAM, ASTM, UNE, etc. www.iram.org.ar/index.php?id=catalogo-de-normas
Control de calidad Son los procedimientos, métodos y técnicas de evaluación que se aplican para poder determinar si un producto o servicio cumple o no cumple con la calidad especificada. El control de calidad aplica técnicas de muestreo, ensayo, análisis de resultados y criterios de conformidad. El control de calidad incluye el control de producción, el control de recepción y el control de auditoría. Se lleva adelante mediante planes de Inspección y Ensayo Es independiente a la producción Se aplican Normas y procedimientos estandarizados.