Propiedades básicas de materiales

PROPIEDADES GENERALES

  1.       Fisicas
  2.      Químicas
  3.      Físico-químicas
  4.      Mecánicas


Pregunta: como se diseña? Que hace falta para diseñar?

Hay que conocer las propiedades.

¿Cómo se valoran las propiedades?

Mediante ensayos.

Como se mide? Es un valor absoluto la medida obtenida?

Hay que ponerse de acuerdo en las propiedades y en los métodos de inspección y de ensayo.

Es imposible crear nueva tecnología sin conocer las propiedades básicas de los materiales

  1. Fisicas: solo incursionan cuando sean necesario para el estudio de las propiedades mecánicas.
  2. Químicos:
    1.       composición de los materiales;
    2.       deterioro por oxidación
  3.     Fisico-químico: límite entre ambo
  4. Mecánicos:

a.       Resistencia

b.      Dureza

c.       Rigidez

d.      Deformabilidad

e.      Tenacidad

f.        Resiliencia

 

Propiedades mecánicas.

1)      Resistencia. Hay dos acepciones: i) a la deformación, ii) a la rotura

i)        Resistencia que ofrece el material a ser deformado

(1)    Elastica: se recupera cuando desaparece la carga

(2)    Plástica: queda deformado cuando desaparece la carga

La resistencia que opone un material para lograr una determinada deformación elástica se denomina “Rigidez” y está medida por el módulo de elasticidad.

La verdadera resistencia a la deformación es la tensión para la cual el material comienza a sufrir deformaciones plásticas y que se denomina límite elástico.

Cuando la carga aumenta hasta cierto valor para el cual se destruye la cohesión del material, éste rompe y a aquel valor de lo denomina “Resistencia a la Rotura”.

2)      Dureza: es una manifestación de la resistencia del material y se define como la resistencia a ser rayado o penetrado por otro material.

3)      Rigidez: la resistencia que opone un material para alcanzar una determinada deformación elástica (medida por el módulo de elasticidad)

4)      Deformabilidad:

i)        ser susceptible a sufrir deformación;

ii)       cantidad de deformación que puede lograr sin rotura.

Deformación elástica:

(1)    todos los materiales se deforman elásticamente;

(2)    se denomina elasticidad (cantidad de deformación elástica que es capaz de lograr un material)

Deformación plástica

(3)    Plasticidad: capacidad de un material para deformarse plasticametne hasta la rotura

(4)    Ductilidad: cantidad de deformación plástica que es capaz de sufrir un material hasta su rotura. Si no es tracción, esta cantidad se llama maleabilidad

 

5)      Tenacidad: Capacidad que tiene un material de absorber trabajo hasta la rotura. Depende de la resistencia y de la deformación a la rotura.

6)      Resistencia: ídem tenacidad pero hasta el límite elástico.

 

 

Ensayos

Para apreciar correctamente el comportamiento de un material en un uso determinado habría que ensayarlo en las mismas condiciones de uso.

Esto se debe a que las propiedades mecánicas no dependen solamente de las propiedades intrínsecas del material sino de condiciones externas:

  • Del carácter del esfuerzo (tracción, flexion)
  • De la naturaleza del esfuerzo (mono, bi o triaxial9
  • De la condición de aplicación (cargas lentas, rapidas, repetidas)
  • De la temperatura de trabajo del material

 

Para ensayar un material en iguales condiciones de uso se necesitarían infinitas maquinas complejas de ensayos. Por lo tanto, se realizan ensayos simples y normalizados (reproducibles en distintos laboratorios)

Tipos de ensayo: Clasificación

1)      Según su objetivo

  1. De rutina o control de calidad: son del tipo industrial destinados a verificar si un material cumple con determinada especificación y reúne los requisitos mínimos de calidad que se le exigen
  2. Investigación tecnológica: tiene como propósito. i) arribar a un nuevo entendimiento de los materiales conocidos, ii) descubrir las propiedades de materiales nuevos, iii) seleccionar un material para un uso determinado.
  3. Investigación científica: tiene como objetivo la acumulación de un acervo de información ordenado y confiable. Son los que permiten llegar al conocimiento de algo que nos hace avanzar en la tecnología de materiales.

2)      Según el estado final de la pieza

  1. Ensayos destructivos: el material o pieza se destruye durante el ensayo. La mayoría de este tipo de ensayos se verán en el curso.
  2. Ensayos no destructivos:

3)      Según la ciencia que se aplica en su realización

  1. Ensayos químicos: i) análisis químico, ii) corrosión.

                             i.      Para predecir el comportamiento es necesario en algunos casos conocer su composición.

Ejemplo 1: si se quiere conocer porque un acero tiene tal dureza o resistencia, o la ductilidad, es necesario conocer su composición. Si un acero presenta características de fragilidad seguramente tiene un excesivo contenido de C. Si es inoxidable, tiene un exceso de Cr.

Ejemplo 2: En base a la composición química del cemento se puede llegar a conocer la potencial resistencia mecánica del hormigón que se elabora con el mismo. Los constituyentes del comento se conocen en un análisis químico. EN base a esto, se puede predecir si la resistencia va a crecer rápido o lento.

  1. b)      Ensayos físicos:

Para seleccionar el material para una dada aplicación se deben conocer sus propiedades físicas como peso, dimensión, peso específico, conductividad eléctrica y térmica, propiedades acústicas, coeficientes de dilatación.

Si el Hormigón y el acero no tuvieran el mismo coeficiente de dilatación, no existiría el hormigón armado.

Las propiedades mecánicas de las maderas se relacionan fuertemente con el peso específico. Las maderas duras son las de mayor peso específico.

c)       Ensayos Físico-químicos.

Por ejemplo, la reacción que se produce por los álcalis del cemento y la sílice no cristalina presentes en los agregados, que provocan una expansión dentro del hormigón. La presión se produce después de varios años de construida la estructura y somete a la tracción a la matriz, por lo que se destruye.

d)      Ensayos de estructura

La experiencia demuestra que el conocimiento de la estructura interna de los materiales es cada vez más importante. Tomamos una barra de acero al C, la cortamos en dos mitades. A una de ellas la dejamos así y a la otra la metemos en un horno a 940°C, la sacamos y la enfriamos en agua (se dice que la templamos). No hemos modificado su composición química pero si analizamos su estructura interna, veremos que se modificó debido a la velocidad de enfriamiento.

Consecuencia: si ambas mitades se ensayan a tracción, notamos que la resistencia a la tracción del trozo templado es 4 o 5 veces mayor que el otro, además se endurecio y se fragilizó. Por lo tanto, el aumento de dureza y resistencia se debio a un cambio de estructura que le quito ductilidad y lo fragilizó.

Su estructura interna modificó las propiedades mecánicas.

               Ensayos:

1.       Macro-estructuras

2.       Micro-estructuras

3.       Ultra-micro estructuras

e)      Ensayos mecánicos

Dice cómo se comporta un material frente a los esfuerzos a lo que son solicitados. Se clasifican en función de:

 a) velocidad de aplicación de carga.

.

(1)    Corto tiempo: i) estático, ii) dinámico.

(2)    Largo tiempo: i) estático, ii) dinámico.

b) tiempo que permanecen aplicados

a)      Ensayo estático de corta duración: son los ensayos de tracción, compresión, flexión, etc.

b)      Ensayos dinámicos de corta duración: También llamados de choque o de impacto debido a que las cargas actúan en forma impulsiva e instantánea. Estos ensayos dan información complementaria, sobre todo en el estudio de tenacidad a distintas temperaturas.

Un ejemplo clásico: fundición de hierro tiene alta resistencia a la compresión estática, pero si recibe un golpe, se rompe con facilidad por su fragilidad inherente.

 

Ensayos de duración

Hay aplicaciones donde las cargas actúan durante tiempo prolongado, a veces en forma constante (fundaciones, paredes de dique) y en tal caso se llama ensayo de creep o fluencia lenta, y a veces las cargas varian en el tiempo (puente ferroviario) en cuyo caso se denomina ensayo de duración dinámico (o de fatiga).

 

Normas, epecificaciones y reglamentos

Que importancia tiene la normalización de ensayos? Repetir los ensayos en distintos laboratorios con el mismo resultado.

 

Clasificación

1)      Normas de ensayo: indican cómo se deben realizar un determinado ensayo para conocer una determinada característica, los cuidados que hay que tener y la interpretación de los resultados del mismo.

2)      Norma de especificación: son las indicaciones de los valores máximos y mínimos que para cada propiedad debe reunir un determinado material o pieza. En ella se citan las normas de ensayo con que se determinaron las propiedades.

3)      Reglamento: son un compendio de normas relativas a un determinado tema: Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón armado.

 

 

 

     Jueves 16 de Julio de 2020