Fundamentos de la Ciencia de Materiales: Propiedades Mecánicas y Criterios de Selección

Criterios de Selección y Uso de Materiales

Condiciones Generales de Uso del Material (M)

1. Nivel de conocimiento del Material (M).
2. Criterio Funcional: Propiedades específicas (resistencia, durabilidad, decoración). Propiedades en construcción.
3. Criterio Económico: Costo presente y costo futuro.
4. Criterio Ambiental (impacto positivo o negativo).
5. Disponibilidad (Material y tecnología).

Clasificación y Propiedades de Materiales Comunes

Cerámicos

Ejemplos: Ladrillos, vidrio, losas, cemento.

• Ventajas (V): Aislante térmico (T), resiste compresión y altas temperaturas (T°).
• Desventajas (DV): Frágil y de difícil manufactura.

Metales

Ejemplos: Acero, Cobre (Cb), Aluminio (Al).

• Ventajas (V): Buena resistencia, buen conductor eléctrico (Elec) y térmico (T°), gran zona plástica.
• Desventajas (DV): Corrosión, baja resistencia a temperaturas altas (costo asociado).

Polímeros

Ejemplos: PVC, poliuretano, polietileno, neopreno.

• Ventajas (V): Liviano, fácil fabricación y no se corroe.
• Desventajas (DV): Baja resistencia a fuerzas, contamina, baja resistencia a la temperatura (T°).

Compuestos

Ejemplos: Hormigón Armado, Mezcla asfáltica.

• Ventajas (V): Buena combinación de propiedades, resistencia.
• Desventajas (DV): Alto costo.

Propiedades Mecánicas Fundamentales de los Materiales

1. Tenacidad

   Medida de la energía (E) necesaria para romper un material (M). Es diferente a la Resistencia.

2. Resistencia

   Medida de la tensión necesaria para deformar o romper un material.

3. Resiliencia

   Es la razón entre la energía (E) que se recupera y la que se aplicó para deformar un material (M). La energía que no se recupera queda almacenada en el material (Q).

4. Módulo de Resiliencia

   Un material absorbe energía al ser deformado, lo que se nota por el aumento de temperatura al deformarlo. Se llama Módulo de Resiliencia Elástica a la energía almacenada por volumen unitario del material hasta el límite elástico.

5. Dureza

   Se entiende por la resistencia de un material (M) a la penetración plástica de su superficie, es decir, a deformarse permanentemente cuando se aplica una carga puntual superficial.

6. Resistencia al Impacto

   Varía en función de la temperatura (T°). Se observa una zona frágil a baja temperatura y una zona dúctil a temperatura normal.

7. Fatiga de Materiales

   Deterioro progresivo de un material hasta la rotura parcial o total bajo el efecto de tensiones alternadas o repetidas. Esto ocurre incluso si la tensión máxima a la que está sometido es inferior al límite de fluencia o resistencia a la tracción.

   Factores que influyen en la Fatiga:

   • Diseño (terminación superficial).
   • Fabricación (soldadura).
   • Operación (temperaturas extremas).
   • Montaje (operación).
   • Cantidad o magnitud de cargas y el material en sí.

Fenómenos de Deformación a Largo Plazo

Creep o Termofluencia

Se refiere a la deformación que ocurre en el tiempo. Si se aplica una carga sobre una losa de forma permanente, esta se deformará, y con el paso del tiempo, la deformación aumentará en función de la temperatura (T°).