Folleto Propiedades de Los Materiales

[UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS] TECNOLOGÍA DE MATERIALES

1 Ing. Jean Edison Palma Vañez

CAPITULO I

PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES

1.1. GENERALIDADES

La palabra material proviene del término latino “materialis”

y hace referencia a aquello perteneciente o relativa a la materia, que

es opuesto a lo espiritual. De todas maneras el concepto tiene

diferentes usos según el contexto. Para la ciencia un material es

cualquier conglomerado de materia o masa. En ingeniería un

material es una sustancia (compuesto químico) con alguna

propiedad útil, ya sea mecánica, eléctrica, óptica, térmica o

magnética.

a. Materia Prima: Se define como materia prima a todos los elementos que se intuyen en la

elaboración de un producto, es todo aquel elemento que se transforma e incorporan en un

producto final. Un producto terminado tiene incluido una serie de elementos y

subproductos que mediante un proceso de transformación permitieron la confección de un

producto final. La materia prima que ya ha sido manufacturada pero todavía no constituye

un bien de consume se denomina producto semielaborado, semiacabado o producto en

proceso.

b. Material: Desde el punto de vista tecnológico, material es la materia transformada, en su

forma o en su esencia con la finalidad de cumplir alguna función. Pueden ser de origen

natural (se encuentra como tal en la naturaleza) o de origen artificial (resultado de algún

proceso de fabricación). En general provienen del medio natural como materia prima, de

donde se obtienen por diferentes métodos.

c. Tecnología De Los Materiales: Es el estudio y puesta en práctica de técnicas de análisis,

estudios físicos y desarrollo de materiales. Está centrada en los aspectos esenciales de los

materiales, para entender la manera en la que se emplean o deberían emplearse, para

predecir el comportamiento que pueden presentar en distintas circunstancias y en

distintos ambientes.

1.2. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

Para estudiar los materiales pueden hacerse diferentes clasificaciones atendiendo a

distintas características.

1.2.1. Según su origen:

a. Materiales naturales: 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 costes. Son naturales

la madera, la lana, el esparto, la arcilla, el oro, etc.



b. 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. Son artificiales el

hormigón y los bloques de hormigón, que son productos artificiales,

fabricados a partir de arena (en un 50%; material natural), grava (en un

30%; material natural), cemento (en un 20%; material artificial) y agua

(material natural).

c. 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. El ejemplo más característico lo constituyen

los plásticos, como la baquelita, que se obtiene a partir de dos materiales

artificiales: formol y fenol. Durante los últimos cien años se han descubierto

multitud de materiales, así como nuevos métodos de fabricación (p.e. la

vulcanización).

1.2.2. Según estructura interna

Los materiales se clasifican generalmente en cinco grupos: metales, cerámicos,

polímeros, semiconductores y materiales compuestos. Los materiales de cada uno de estos

grupos poseen estructuras y propiedades distintas.

a. Metales: Tienen como característica una buena conductividad eléctrica y térmica, alta

resistencia, rigidez, ductilidad. Son particularmente útiles en aplicaciones estructurales o

de carga. Las aleaciones (combinaciones de metales) conceden alguna propiedad

particularmente deseable en mayor proporción o permiten una mejor combinación de

propiedades.

b. Cerámicos: Tienen baja conductividad eléctrica y térmica y son usados a menudo como

aislantes. Son fuertes y duros, aunque frágiles y quebradizos. Nuevas técnicas de procesos

consiguen que los cerámicos sean lo suficientemente resistentes a la fractura para que

puedan ser utilizados en aplicaciones de carga. Dentro de este grupo de materiales se

encuentran: el ladrillo, el vidrio, la porcelana, los refractarios y los abrasivos.

c. Polímeros: Son grandes estructuras moleculares creadas a partir de moléculas orgánicas.

Tienen baja conductividad eléctrica y térmica, reducida resistencia y debe evitarse su uso a

temperaturas elevadas. Los polímeros termoplásticos, en los que las cadenas moleculares

no están conectadas de manera rígida, tienen buena ductibilidad y conformabilidad; en

cambio, los polímeros termoestables son más resistentes, a pesar de que sus cadenas

moleculares fuertemente enlazadas los hacen más frágiles. Tienen múltiples aplicaciones,

entre ellas en dispositivos electrónicos.

d. Semiconductores: Su conductividad eléctrica puede controlarse para su uso en

dispositivos electrónicos. Son muy frágiles.

e. Materiales compuestos: Como su nombre lo indica, están formados a partir de dos o más

materiales de distinto grupos, produciendo propiedades que no se encuentran en ninguno

de los materiales de forma individual.



1.3. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Cada material tiene propiedades que lo diferencian de los demás y determinan lo que

puede hacerse con él. Las principales propiedades las podemos clasificar de la siguiente

manera:

1.3.1. ORGANOLÉPTICAS:

Se distinguen por los sentidos. Son cualitativas, nos guiamos por el aspecto: A veces

elegimos los materiales por el efecto que pueden producir en nuestros sentidos.

a) Aspecto exterior: Forma, dimensiones, irregularidades del material. Ej.: Lajas.

b) El color: Es importante no sólo por su aspecto estético, sino que en ciertos materiales el

color y su tono muchas veces son un síntoma de que están bien fabricado (Ej. Ladrillos).

c) Apariencia: Disposición de las partículas de un material. Ej.: granitos.

d) La textura: Aspecto o sensación que da la superficie de un material. Ej.: yute, sedas, etc.

e) Morfología: La forma específica, ángulos, dimensiones. Ej.: prismas.

1.3.2. PROPIEDADES FÍSICAS

Las propiedades físicas son aquellas en las que se mantienen las propiedades originales de

la sustancia ya que sus moléculas no se modifican

a. Formas y Dimensiones: Es la apariencia externa que presenta un material. En el caso de

los agregados las formas dependen del modo de transporte, pues las sub-redondeadas y las

redondeadas dependen del choque que sufrieron al ser transportados por los ríos y las

PROPIEDADES DE LOS

MATERIALES

FÍSICAS

Formas y dimensiones

Peso específico

Densidad Porosidad

Permeabilidad Capilaridad

Higroscopía

TÉRMICAS

Calor específico Dilatación

Transmisión de calor

Reflexión de calor

ACÚTICAS

Transmisión y Reflexión del

sonido

OPTICAS

ColorReflexión de la

luz

Transmisión de la luz

QUÍMICAS

Composición química

Estabilidad química

Oxidación

Corrosión

MECÁNICAS

Resistencia Tenacidad

Elasticidad Plasticidad

Maleabilidad Ductibilidad

Fluencia Rigidez

Dureza Isotropía



formas angulosas de las piedras y gravas no han sufrido transporte. Dimensiones: Varían

de acuerdo al uso que se les va a dar. Ej. : Cuando las piedras son grandes y se quiere para

concreto armado se trituran las piedras.

b. Peso específico: Es el cociente entre el peso de un cuerpo y su volumen. Se calcula

dividiendo el peso de un cuerpo o porción de materia entre el volumen que éste ocupa.

𝛾 =𝑃

𝑉=

𝑚. 𝑔

𝑉= 𝜌. 𝑔

𝛾: peso específico P: peso de la sustancia V: volumen que la sustancia ocupa 𝜌: densidad de la sustancia 𝑔: aceleración de la gravedad Dependiendo del volumen se puede considerar:

real: es el del material compacto

aparente: del material con poros

a granel: suelto o compacto

c. Densidad

En física, la densidad de una sustancia, simbolizada habitualmente por la letra griega “ro” (𝜌),

es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen. Ejemplo:

un objeto pequeño y pesado, como una piedra de granito o un trozo de plomo, es más denso que

un objeto grande y liviano hecho de corcho o de espuma de poliuretano.

Densidad absoluta: Es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de

un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3),

aunque frecuentemente se expresa en g/cm3.

𝜌 =𝑚

𝑣

Debemos observar que la densidad nos indica la relación entre la masa y volumen de un

determinado cuerpo. Por ejemplo si sabemos que la densidad de aceite es:

𝜌 = 0.821 𝑘𝑔

𝐿

Densidad relativa: La densidad relativa de una sustancia es el cociente entre su densidad y

la de otra sustancia diferente que se toma como referencia o patrón (adimensional)

𝜌𝑟 = 𝜌𝑎/𝑏 =𝜌𝑎

𝜌𝑏

𝑚: 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑢𝑒𝑟𝑝𝑜 𝑣: 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑢𝑒𝑟𝑝𝑜 𝜌: 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎

Cada 0.821 kg aceite ocupara un volumen de 1L.

1L de aceite pesará 0.821 kg.

Densidad relativa del cuerpo “A” con

respecto al cuerpo “B”



Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua

líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4ºC. En esas condiciones, la densidad

absoluta del agua destilada es de 1000 kg/m3, es decir, 1 kg/L. Para los gases, la densidad de

referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0ºC.

Densidad Aparente: Es la relación entre el volumen y el peso seco, incluyendo huecos y

poros que contenga, aparentes o no. Esta definición se emplea tanto en Geología como en

la Teoría de los Materiales.

𝜌𝑎𝑝 =𝑚𝑎𝑝

𝑣𝑎𝑝

La Densidad aparente en los suelo (Da) se obtiene secando una muestra de suelo de

un volumen conocido a 105°C hasta peso constante.

𝐷𝑎 =𝑊𝑠𝑠

𝑉𝑠

Se debe considerar que para muestras de suelo que varíen su volumen al momento del secado,

como suelos con alta concentración de arcillas 2:1, se debe expresar el contenido de agua que

poseía la muestra al momento de tomar el volumen.

d. Porosidad: Es la capacidad de un material de absorber líquidos o gases.

La capacidad de absorción de agua o porosidad másica se puede medir con la siguiente

fórmula matemática:

𝑃𝑚 =𝑚𝑠 − 𝑚𝑜

𝑚𝑜 𝑥 100

Donde:

𝑚𝑠: Masa de una porción cualquiera del material (en seco).

𝑚𝑜: Masa de la porción después de haber sido sumergido un fluido

Esta última ecuación puede ser usada para estimar la proporción de huecos o porosidad volumétrica:

𝑃𝑣 =𝑉𝑜

𝑉𝑇=

𝜌𝑚

𝜌𝑚 +𝜌𝑓

𝜌𝑚

Donde:

𝜌𝑚 : Es la densidad del material (seco). 𝜌𝑓 : Es la densidad del agua.

𝑃𝑣 : Es la proporción de huecos (expresada en tanto por uno)

La densidad aparente de un material no es

una propiedad intrínseca del material y

depende de su compactación.

WSS : Peso de suelo secado a 105°C hasta peso constante.

VS : Volumen original de la muestra de suelo



Al Igual que la densidad, la porosidad admiten ciertos matices y se establecen distintos tipos,

siendo los principales: la "porosidad total" y la "porosidad abierta". De acuerdo con las

características de los espacios vacíos contemplados, pueden considerarse otros tipos de

porosidad: "cerrada", "accesible" a un determinado fluido, “comunicada”, "efectiva" para un

determinado comportamiento, etc.

La porosidad total (n): Se define como el volumen total de vacíos por unidad de volumen

total de material. En este caso deben contabilizarse todos los espacios vacíos presentes:

abiertos y cerrados, accesibles y no accesibles. Su valor no puede obtenerse de forma

experimental, ya que incluye entre los espacios vacíos los no comunicados con el exterior

(poros no accesibles). Su determinación se realiza de forma indirecta a partir del valor de

ambas densidades. Conocida la densidad de las partículas sólidas (𝜌𝑆) y la densidad de la

muestra seca (𝜌𝑑), la porosidad total (n) se calcula a partir de la expresión:

𝑛 =𝜌𝑠 − 𝜌𝑑

𝜌𝑠 𝑥 100 ó 𝑛 =

𝛾𝑠 − 𝛾𝑑

𝛾𝑠

La porosidad abierta (nο): Se conoce también como porosidad accesible o comunicada, y

se define de la misma forma como el volumen de poros abiertos (Va) o comunicados entre

sí y con el exterior (accesibles al agua normalmente) por unidad de volumen total de roca

(VT):

𝑛𝑜 =𝑉𝑎

𝑉𝑇 𝑥 100

Esta porosidad se determina normalmente mediante técnicas experimentales, basadas en

introducir un fluido en los poros y cuantificar su volumen. El procedimiento más común es el

método de la pesada hidrostática, en dicho ensayo se saturan los poros con agua (normalmente

al vacío) de acuerdo con las especificaciones de la norma seguida y se obtiene la porosidad

abierta “accesible al agua”. Otro método utilizado es por inyección de mercurio, en este caso se

introduce mercurio a presión en los poros y a partir del volumen inyectado se determina la

porosidad abierta "accesible al mercurio". En la mayoría de las rocas los valores obtenidos en

ambos ensayos son parecidos, siendo ligeramente mayor la porosidad accesible al agua, ya que

el mercurio no llega a introducirse en los poros muy pequeños (< 0,003 μm), y dicho ensayo

tampoco considera los poros con accesos muy grandes (> 100 μm). En la tabla Nº 1.1 se recogen

los valores de densidad y porosidad de distintos tipos de rocas empleadas como materiales en

edificación.

e. Permeabilidad: Es la capacidad de un material para que un fluido lo atraviese sin alterar

su estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él

una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado, e impermeable si la cantidad de fluido

es despreciable. La velocidad con la que el fluido atraviesa el material depende de tres

factores básicos:

- La porosidad del material

- La densidad del fluido considerado, afectada por su temperatura

- La presión a que está sometido el fluido.



Para ser permeable, un material debe ser poroso, es decir, debe contener espacios

vacíos o poros que le permitan absorber fluido. A su vez, tales espacios deben estar

interconectados para que el fluido disponga de caminos para pasar a través del material.

Un ingeniero hidráulico francés de nombre Henry Darcy fue el primero que realizó estudios

relacionados con el flujo de fluidos a través de medios porosos. En 1856 Darcy publicó su

trabajo, en el cual se describían estudios experimentales de flujo de agua a través de filtros de

arena no consolidada, los cuales tenían como objetivo procesar los requerimientos diarios de

agua potable del pueblo de Dijon (Francia). El equipo utilizado por Darcy (figura 1.1) consistió

en un gran cilindro que contenía un paquete de arena no consolidada de un metro de longitud,

el cual estaba sostenido entre dos pantallas de gasa permeable. En cada extremo había un

manómetro conectado, los cuales medían la presión en la entrada y la salida del filtro cuando

se dejaba fluir agua a través del paquete de arena no consolidada.

Figura Nº 1.1

Equipo experimental de Darcy

𝑣 = 𝐾 (ℎ1 − ℎ2

𝐿) = 𝐾

∆ℎ

𝐿

Donde:

v = Velocidad aparente de flujo (cm/s).

L = Longitud del empaque de arena (cm).

Δh = Diferencia de los niveles manométricos (cm).

K = Constante de proporcionalidad (permeabilidad).

La velocidad, v, de la ecuación de Darcy es una velocidad aparente de flujo. La velocidad real de

flujo se determina dividiendo la velocidad aparente entre la porosidad

La permeabilidad en el SMD se mide en cm2 o m2. La unidad derivada de la Ley de Darcy, es el

darcy, y habitualmente se utiliza el milidarcy: 1 Darcy = 9.86923x10-23 m2



OJO: Permeabilidad en el concreto

La permeabilidad se refiere a la cantidad de migración de agua a través del concreto cuando

el agua se encuentra a presión, o a la capacidad del concreto de resistir la penetración de

agua u otras sustancias (líquido, gas, iones, etc.). Generalmente las mismas propiedades que

convierten al concreto menos permeable también lo vuelven más hermético. La

permeabilidad total del concreto al agua es una función de la permeabilidad de la pasta, de

la permeabilidad y granulometria del agregado, y de la proporción relativa de la pasta con

respecto al agregado. La disminución de permeabilidad mejora la resistencia del concreto

a la restauración, al ataque de sulfatos y otros productos químicos y a la penetración del ion

cloruro. La permeabilidad también afecta la capacidad de destrucción por congelamiento

en condiciones de saturación. Aquí la permeabilidad de la pasta es de particular

importancia porque la pasta recubre a todos los constituyentes del concreto. La

permeabilidad de la pasta depende de la relación Agua – Cemento y del agregado de

hidratación del cemento o duración del curado húmedo. Un concreto de baja permeabilidad

requiere de una relación Agua – Cemento baja y un periodo de curado húmedo adecuado.

Inclusión de aire ayuda a la hermeticidad aunque tiene un efecto mínimo sobre la

permeabilidad aumenta con el secado. La permeabilidad de una pasta endurecida madura

mantuvo continuamente rangos de humedad de 0.1x10-12 cm/s para relaciones Agua –

Cemento que variaban de 0.3 a 0.7

f. CAPILARIDAD: Es la capacidad que tiene un líquido

de subir espontáneamente por un canal minúsculo.

Debido a la tensión superficial, el agua sube por un

capilar. Esto se debe a fuerzas cohesivas, es decir,

fuerzas que unen el líquido; y a fuerzas adhesivas,

que unen al líquido con la superficie del capilar.

Cuando un líquido sube por un tubo capilar, es

debido a que la fuerza intermolecular (o cohesión

intermolecular) entre sus moléculas es menor a la

adhesión del líquido con el material del tubo (es

decir, es un líquido que moja). El líquido sigue

subiendo hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el

tubo. Éste es el caso del agua, y ésta propiedad es la que regula parcialmente su ascenso

dentro de las plantas, sin gastar energía para vencer la gravedad. Sin embargo, cuando la

cohesión entre las moléculas de un líquido es más potente que la adhesión al capilar (como

el caso del mercurio), la tensión superficial hace que el líquido descienda a un nivel inferior,

y su superficie es convexa.

g. HIGROSCOPIA: Es la capacidad de algunas sustancias de absorber o ceder humedad al

medioambiente. También es sinónimo de higrometría, siendo esta el estudio de la humedad,

sus causas y variaciones (en particular de la humedad atmosférica). Son higroscópicos

todos los compuestos que atraen agua en forma de vapor o de líquido de su ambiente, por



eso a menudo son utilizados como desecantes. Algunos de los compuestos higroscópicos

reaccionan químicamente con el agua como los hidruros o los metales alcalinos. Otros la

atrapan como agua de hidratación en su estructura cristalina como es el caso del sulfato de

sodio.

El agua también puede adsorberse físicamente. En estos dos últimos casos, la retención

es reversible y el agua puede ser desorbida. En el primer caso, al haber reaccionado, no se

puede recuperar de forma simple. Algunos ejemplos de los compuestos higroscópicos más

conocidos son:

Cloruro cálcico (CaCl2)

Cloruro de Sodio (Halita)(NaCl)

Hidróxido de Sodio (NaOH)

Ácido sulfúrico (H2SO4)

Sulfato de cobre (CuSO4)

Pentóxido de fósforo (P4O10)

Silica gel

Miel

Para cada sustancia existe una humedad que se llama humedad de equilibrio, es decir, un

contenido de humedad tal de la atmósfera a la cual el material capta humedad del ambiente a

la misma velocidad que la libera. Si la humedad ambiente es menor que este valor de equilibrio,

el material se secará, si la humedad ambiente es mayor, se humedecerá. Así, ciertos minerales

como el cloruro de calcio son capaces de captar agua de la atmósfera en casi cualquier

condición, porque su humedad de equilibrio es muy alta. Sustancias como estas son usadas

como desecadoras. Otros ejemplos son el ácido sulfúrico, el gel de sílice, etc.

1.3.3. PROPIEDADES TÉRMICAS Esta propiedad se describe como la reacción o el

comportamiento de los materiales ante el calor.

a. CALOR ESPECÍFICO: Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad

de masa de una sustancia en un grado. En el Sistema Internacional de unidades, el calor

específico se expresa en J/kg.K en ocasiones también se expresa en cal/g.ºC. El calor

específico del agua es una caloría por gramo y grado centígrado, es decir, hay que

suministrar una caloría a un gramo de agua para elevar su temperatura en un grado

centígrado. De acuerdo con la ley formulada por los químicos franceses Pierre Louis Dulong

y Alexis Thérèse Petit, para la mayoría de los elementos sólidos, el producto de su calor

específico por su masa atómica es una cantidad aproximadamente constante.

𝑐 =𝑄

𝑚 . ∆𝑇



Cuadro Nº 1.1.

Calor Específico de algunas sustancias (J/kg . K)

b. DILATACIÓN: Se llama dilatación al cambio de dimensiones que

experimentan los sólidos, líquidos y gases cuando se varía la temperatura,

permaneciendo la presión constante. La mayoría de los sistemas aumentan

sus dimensiones cuando se aumenta la temperatura. Cuando un cuerpo

recibe calor, sus partículas se mueven más deprisa, por lo que necesitan más

espacio para desplazarse y, por tanto, el volumen del cuerpo aumenta. A

este aumento de volumen se le llama dilatación

Tipos de Dilatación

Dilatación Lineal: Más allá que la dilatación de un sólido suceda en todas las dimensiones,

puede predominar la dilatación de apenas una de sus dimensiones sobre las demás. O aún,

podemos estar interesados en una única dimensión del sólido. En este caso, tenemos la

dilatación lineal (DL)

∆𝐿 = 𝐿𝑜 . 𝛼 . ∆𝑇

Dilatación Superficial: La dilatación superficial corresponde a la variación del área de una

placa, cuando sometida a una variación de temperatura. Las figuras a continuación,

representan una placa rectangular a temperatura To a temperatura T >To.

∆𝑆 = 𝑆𝑜 . 2𝛼. ∆𝑇

Hidrógeno 14.212 hielo 2.090 Aire 1.000 aluminio 878 vapor de agua 1.920 hierro 460 dióxido de carbono 836 cobre 375 Agua 4.180 cinc 376 Benceno 1.881 estaño 210 Glicerina 2.420 plomo

Donde: ∆𝐿 : Dilatación lineal 𝐿𝑜 : Longitud inicial 𝛼 : Coeficiente de dilatación ∆𝑇 : Variación de temperatura

Donde: ∆𝑆 : Dilatación superficial 𝐿𝑜 : Superficie inicial 𝛼 : Coeficiente de dilatación ∆𝑇: Variación de temperatura

http://www.kalipedia.com/popup/popupWindow.html?tipo=imagen&titulo=Junta+de+dilataci%F3n&url=/kalipediamedia/cienciasnaturales/media/200709/24/fisicayquimica/20070924klpcnafyq_201.Ges.LCO.png



Dilatación Volumétrica: En este tipo de dilatación, vamos a considerar la variación del

volumen, esto es, la dilatación en las tres dimensiones del sólido (longitud, ancho y altura).

∆𝑉 = 𝑉 . 3𝛼. ∆𝑇

Cuadro Nº 1.2.

Valores de los coeficientes de dilatación lineal (𝜶)

c. TRANSMISIÓN DE CALOR: Es el paso de energía térmica

desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor

temperatura. Cuando un cuerpo, por ejemplo, un objeto

sólido o un fluido, está a una temperatura diferente de la

de su entorno u otro cuerpo, la transferencia de energía

térmica, también conocida como transferencia de calor o

intercambio de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo

y su entorno alcancen equilibrio térmico. La transferencia de calor siempre ocurre desde un

cuerpo más caliente a uno más frío, como resultado de la Segunda ley de la termodinámica.

Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la

transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse más lenta. El calor se

transmite de un lugar a otro de tres maneras diferentes:

Por conducción entre cuerpo sólidos en contacto

Por convección en fluidos (líquidos o gases)

Por radiación a través del medio en que la radiación pueda propagarse

d. RESISTENCIA AL FUEGO

Materiales refractarios son incombustibles porque soportan altas temperaturas, el

ataque de gases de combustión y abrasión en caliente.

Materiales auto extinguibles

Material α (°C-1) Material α (°C-1) Hormigón 2.0 x 10-5 Aluminio 2.4 x 10-5

Acero 1.0 x 10-5 Latón 1.8 x 10-5 Hierro 1.2 x 10-5 Cobre 1.7 x 10-5 Plata 2.0 x 10-5 Vidrio 0.7 a 0.9 x 10-5 Oro 1.5 x 10-5 Cuarzo 0.04 x 10-5

Invar 0,04 x 10-5 Hielo 5.1 x 10-5 Plomo 3.0 x 10-5 Diamante 0.12 x 10-5

Zinc 2.6 x 10-5 Grafito 0.79 x 10-5

Donde: ∆𝑉 : Dilatación volumétrica 𝑉𝑜 Volumen inicial 𝛼 : Coeficiente de dilatación ∆𝑇: Variación de temperatura

http://es.wikipedia.org/wiki/Hormig%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero

http://es.wikipedia.org/wiki/Lat%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Hierro

http://es.wikipedia.org/wiki/Cobre

http://es.wikipedia.org/wiki/Plata

http://es.wikipedia.org/wiki/Vidrio

http://es.wikipedia.org/wiki/Oro

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuarzo

http://es.wikipedia.org/wiki/Invar

http://es.wikipedia.org/wiki/Hielo

http://es.wikipedia.org/wiki/Plomo

http://es.wikipedia.org/wiki/Diamante

http://es.wikipedia.org/wiki/Zinc

http://es.wikipedia.org/wiki/Grafito



Materiales combustibles: son aquellos que arden lentamente y siguen ardiendo cuando

se retira le llama.

Materiales supercombustibles: son aquellos que denominamos inflamables como el gas

o la gasolina.

1.3.4. PROPIEDADES ACÚSTICAS: Transmisión y Reflexión del Sonido: El sonido, es cualquier

fenómeno que involucre la propagación en forma de ondas elásticas (sean audibles o no),

generalmente a través de un fluido (u otro medio elástico) que esté generando el

movimiento vibratorio de un cuerpo. El sonido humanamente audible consiste en ondas

sonoras consistentes en oscilaciones de la presión del aire, que son convertidas en ondas

mecánicas en el oído humano y percibidas por el cerebro. La propagación del sonido es

similar en los fluidos, donde el sonido toma la forma de fluctuaciones de presión. En los

cuerpos sólidos la propagación del sonido involucra variaciones del estado tensional del

medio. La propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de

materia, en forma de ondas mecánicas que se propagan a través de la materia sólida, líquida

o gaseosa. Como las vibraciones se producen en la misma dirección en la que se propaga el

sonido, se trata de una onda longitudinal. El sonido es un fenómeno vibratorio transmitido

en forma de ondas. Para que se genere un sonido es necesario que vibre alguna fuente. Las

vibraciones pueden ser transmitidas a través de diversos medios elásticos, entre los más

comunes se encuentran el aire y el agua. La fonética acústica concentra su interés

especialmente en los sonidos del habla: cómo se generan, cómo se perciben, y cómo se

pueden describir gráfica y/o cuantitativamente. Desde el punto de vista físico el sonido:

frecuencia y amplitud

1.3.5. PROPIEDADES ÓPTICAS: Se refiere al comportamiento de los MATERIALES en lo que

respecta a la absorción de la luz (lo que define el color de los mismos) y a la transmisión de

la luz (en materiales transparentes y traslúcidos), por ejemplo: Fibras Ópticas, Celdas

Solares, recubrimientos ópticos, aplicaciones a microscopía, etc. Los Materiales ÓPTICOS

pueden ser PASIVOS y ACTIVOS.

Los ACTIVOS muestran propiedades ópticas especiales en respuesta a estímulos eléctricos,

mecánicos, magnéticos, ópticos, etc. P.ej.: Lasers, Diodos emisores, fotodiodos, materiales

luminiscentes, visores de cristal líquido, etc.

Los PASIVOS, todo lo demás incluyendo aplicaciones inactivas de

materiales activos. Por ejemplo: Metales, Cerámicos, Polímeros. Entre las

características de las Propiedades ópticas, se encuentran:

OPACO: Impide el paso a la luz

TRANSLÚCIDO: Deja pasar la luz, pero que no deja ver nítidamente los

objetos.

TRANSPARENTE: Dicho de un cuerpo a través del cual pueden verse los objetos claramente.



La reflexión de la luz es el cambio de dirección que experimenta un rayo luminoso al chocar

contra la superficie de los cuerpos. La reflexión de la luz se representa por medio de dos rayos:

el que llega a una superficie, rayo incidente, y el que sale rebotado después de reflejarse, rayo

reflejado. Si se traza una línea recta perpendicular a la superficie (que se denomina normal), el

rayo incidente forma un ángulo con dicha recta, que se llama ángulo de incidencia. El rayo

reflejado también forma con la normal un ángulo, que se llama ángulo de reflexión. Son muchas

las teorías que el hombre ha planteado para explicar la naturaleza de la luz. Actualmente se

acepta que existe una dualidad en el comportamiento de la luz, cuando actúa sobre la materia

su naturaleza es considerada corpuscular, y cuando se propaga es ondulatoria -

electromagnética. Cuando un cuerpo produce luz se dice que es un cuerpo luminoso, por

ejemplo, el Sol, un foco, una vela encendida, etcétera. Si el cuerpo recibe la luz se dice que es un

cuerpo iluminado, ya que éste refleja la luz que recibe. Un ejemplo podría ser cualquier cuerpo

en la Tierra durante el día, o frente a un foco encendido. Existen los cuerpos no luminosos que

se dividen en transparentes, translúcidos y opacos, los primeros permiten el paso de la luz y la

imagen; es decir, dejan ver los cuerpos que están colocados detrás de ellos. Un ejemplo de éstos

son el aire, el vidrio y el agua. Los segundos, permiten el paso de la luz, mas no de la imagen, tal

es el caso del vidrio esmerilado, la marcolita y el papel albanene. Los terceros, llamados cuerpos

opacos, impiden el paso de la luz y la imagen; por ejemplo, los cuerpos metálicos, los de madera,

etcétera. Se considera que la luz se propaga en línea recta, lo cual explica que al ser interferida

por algunos objetos se produzcan sombras y penumbras. Cuando este fenómeno se produce

entre los cuerpos celestes da origen a los llamados eclipses. Por ejemplo, cuando la Luna se

interpone entre la Tierra y el Sol da lugar a un eclipse total de Sol, y cuando la Tierra se

interpone entre el Sol y la Luna se origina el eclipse total de Luna.

1.3.6. PROPIEDADES QUÍMICAS

a. COMPOSICIÓN QUÍMICA: Una ley fundamental de la química afirma que en todo compuesto

químico que esté formado por dos o más elementos diferentes, éstos se encuentran presentes

en dicho compuesto en una cantidad o composición porcentual determinada. Lo que quiere

decir, por ejemplo, que el hidróxido de aluminio Al(OH)3 que se obtenga en Perú tendrá el

mismo porcentaje de aluminio, de oxígeno y de hidrógeno que el que se pueda obtener en

cualquier otra parte del mundo. La composición porcentual a través de la fórmula química

b. ESTABILIDAD QUÍMICA: El término estabilidad química al ser usado en el sentido técnico en

química se refiere a la estabilidad termodinámica de un sistema químico. La estabilidad

termodinámica ocurre cuando un sistema está en su estado de menor energía o equilibrio

químico con su entorno. Este puede ser un equilibrio dinámico, en donde moléculas o átomos

individuales cambian de forma, pero su número total en una forma o estado particular se

conserva. Este tipo de equilibrio químico termodinámico se mantendrá indefinidamente a

menos que el sistema sea modificado. Los sistemas químicos pueden incluir cambios en el

estado de la materia o un grupo de reacciones químicas. La estabilidad termodinámica se aplica

a un sistema particular. La reactividad de una sustancia química es una descripción de cómo

podría reaccionar a través de una variedad de sistemas químicos potenciales. Sustacias

químicas o estados pueden persistir indefinidamente aunque no sean el estado más bajo de

energía si experimentan metaestabilidad - un estado estable solo si no es muy perturbado. Una



sustancia puede ser cinéticamente persistente si está cambiando a otra sustancia o estado

relativamente lento, y por lo tanto no es un equilibrio termodinámico. El "estado A" es más

estable termodinámicamente que el "estado B" si la Energía libre de Gibbs del cambio de "A" a

"B" es positiva.

c. OXIDACIÓN: Cuando un material se combina con el oxígeno, transformándose en óxidos

más o menos complejos, se dice que experimenta una reacción de oxidación. De una forma

esquemática, se puede representar el proceso de oxidación de la siguiente manera:

Material + Oxígeno= Óxido del material ± energía

El signo + que precede a la energía indica que la reacción es exotérmica y, en

consecuencia, transcurre hacia la formación del óxido. En cambio, si la reacción es endotérmica

(signo - para la energía), puede deducirse que el material será de difícil oxidación. Cuando un

material se encuentra situado en una atmósfera oxidante, su superficie se oxida más o menos

rápidamente; el óxido que se forma se deposita en la parte exterior del material recubriéndolo

por completo. Para que el proceso de oxidación continúe en esa situación, el material o el

oxígeno deben atravesar, por difusión, la capa de óxido, que se comporta oponiéndose tanto al

movimiento de los átomos de oxígeno como a los del material. Existen capas de óxidos que

presentan mayor oposición a este movimiento que otras. Cuanto mayor sea la temperatura a la

que se encuentra sometido un material, mayor será la velocidad a la que se produce su

oxidación, pues un aumento de temperatura activa el proceso de difusión de los átomos del

material y del oxígeno en la capa de óxido. Un aumento en la presión del oxígeno existente en

el exterior se comporta de manera similar.

d. CORROSIÓN: Cuando la oxidación de un material concreto se produce en un ambiente

húmedo o en presencia de otras sustancias agresivas, se denomina corrosión. Ésta es mucho

más peligrosa para la vida de los materiales que la oxidación simple, pues en un medio

húmedo la capa de óxido no se deposita sobre el material, sino que se disuelve y acaba por

desprenderse. La corrosión no se verifica de una manera uniforme, sino que existen

determinados puntos del material donde el ataque es mayor. Esto da lugar a la formación

de importantes fisuras, que pueden llegar a producir una rotura por fatiga o una fractura

frágil del material, si éste se encuentra soportando una tensión de forma cíclica (cambiando

de sentido o de intensidad periódicamente) o bien a baja temperatura.

1.3.5. PROPIEDADES MECÁNICAS:

Muchos materiales cuando están en servicio están sujetos a fuerzas o cargas. En tales

condiciones es necesario conocer las características del material para diseñar el instrumento

donde va a usarse de tal forma que los esfuerzos a los que vaya a estar sometido no sean

excesivos y el material no se fracture. El comportamiento mecánico de un material es el reflejo

de la relación entre su respuesta o deformación ante una fuerza o carga aplicada.



a. RESISTENCIA: La resistencia de un elemento se define como su capacidad para resistir

esfuerzos y fuerzas aplicadas sin romperse, adquirir deformaciones permanentes o

deteriorarse de algún modo.

Un modelo de resistencia de materiales establece una relación entre las fuerzas aplicadas,

también llamadas cargas o acciones, y los esfuerzos y desplazamientos inducidos por ellas.

Típicamente las simplificaciones geométricas y las restricciones impuestas sobre el modo de

aplicación de las cargas hacen que el campo de deformaciones y tensiones sean sencillos de

calcular. Para el diseño mecánico de elementos con geometrías complicadas la resistencia de

materiales suele ser insuficiente y es necesario usar técnicas basadas en la teoría de la

elasticidad o la mecánica de sólidos deformables más generales. Esos problemas planteados en

términos de tensiones y deformaciones pueden entonces ser resueltos de forma muy

aproximada con métodos numéricos como el análisis por elementos finitos.

b. TENACIDAD: La tenacidad es la cantidad de energía (expresada en

Julios) que un material absorbe antes de la rotura y viene

representada por el área bajo la curva tensión-deformación del

material. El valor de la tenacidad de un material no es único ya que

depende, al igual que otras características de los materiales de la

velocidad de aplicación de la carga, de la temperatura, etc.

Experimentalmente puede medirse también mediante ensayos de

impacto ya que si bien éstos proporcionan una medida de la

resiliencia (es la energía elástica que es capaz de absober un

material, energía que es devuelta cuando se retira la carga que

deforma el material y éste recupera su forma) del material, en

ensayos a gran velocidad el valor numérico de ambas características es similar al no producirse

deformaciones plásticas. En condiciones reales y dependiendo de la velocidad de aplicación de

la carga el valor de la tenacidad puede variar entre el valor obtenido en el ensayo de tracción

(baja velocidad) y el de resiliencia (alta velocidad) ya que ambos ensayos emulan las

condiciones extremas de una carga estática y un impacto respectivamente. Por lo que respecta

a la influencia de la temperatura, al disminuir esta generalmente se incrementa la resistencia

(mayor tensión de rotura) pero se disminuye la ductilidad (menor deformación) decreciendo

la tenacidad del material. Aunque la tenacidad es un concepto válido para describir el

comportamiento de un material y efectuar comparaciones entre materiales distintos carece de

valor práctico, al igual que la fragilidad o ductilidad del material características éstas con la que

está íntimamente relacionada. Para subsanar esta deficiencia se utiliza la tenacidad a la fractura

cuyo valor permite predecir el comportamiento del material y por tanto su colapso (rotura

frágil).

http://enciclopedia.us.es/index.php/Archivo:Curva_tensi%C3%B3n_deformaci%C3%B3n_resiliencia.png



c. ELASTICIDAD: Designa la propiedad mecánica de ciertos materiales

de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a

la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas

fuerzas exteriores se eliminan. La elasticidad es estudiada por la

teoría de la elasticidad, que a su vez es parte de la mecánica de sólidos

deformables. La teoría de la elasticidad (TE) como la mecánica de

sólidos (MS) deformables describe cómo un sólido (o fluido

totalmente confinado) se mueve y deforma como respuesta a fuerzas

exteriores. La diferencia entre la TE y la MS es que la primera sólo

trata sólidos en que las deformaciones son termodinámicamente

reversibles. La propiedad elástica de los materiales está relacionada,

como se ha mencionado, con la capacidad de un sólido de sufrir

transformaciones termodinámicas reversibles. Cuando sobre un sólido deformable actúan

fuerzas exteriores y éste se deforma se produce un trabajo de estas fuerzas que se almacena en

el cuerpo en forma de energía potencial elástica y por tanto se producirá un aumento de la

energía interna. El sólido se comportará elásticamente si este incremento de energía puede

realizarse de forma reversible, en este caso decimos que el sólido es elástico.

d. PLASTICIDAD: Una de las propiedades mecánicas de un material

donde se ve involucrada su deformidad permanente e irreversible se

conoce como plasticidad. Generalmente esto se da en materiales

biológicos. Para que esto suceda el material tiene que encontrarse por

encima de su límite elástico. En ocasiones pequeños incrementos en la

tensión, provocan pequeños incrementos en la deformación. En caso

de que la carga sea 0, el objeto toma su forma original. Según

experimentos realizados existe un límite, conocido como el límite

elástico, cuando las tensiones superan este límite y desaparecen las

cargas el cuerpo no vuelve a su forma, debido a que muestra

deformaciones no reversibles. Este se encuentra presente en los

metales. Cuando en un material el comportamiento plástico se

presenta de manera perfecta, aunque involucra las deformaciones irreversibles. Los materiales

que presentan más esta condición son, la arcilla de modelar y la plastilina. Hay materiales que

requieren de un esfuerzo mayor para aumentar su deformación plástica. En ocasiones se

presentan efectos viscosos, esto es lo que hace que las tensiones sean mayores si se presenta la

velocidad en el proceso de deformación, esto se conoce como visco plasticidad. La plasticidad

depende mucho de los cambios irreversibles que se presentan en los materiales. Cuando un

cuerpo se deforma plásticamente experimenta lo que se conoce como entropía. La energía

mecánica en este caso se disipa internamente. Microscópicamente, la plasticidad en los metales

es una consecuencia de las imperfecciones en la red llamadas dislocaciones (son defectos de la

red cristalina de dimensión uno, es decir que afectan a una fila de puntos de la red de Bravai).



e. MALEABILIDAD: La maleabilidad es la propiedad que presentan algunos

materiales de poder ser descompuestos en: láminas sin que el material en

cuestión se rompa, o en su defecto, extendidos. Por ejemplo, los metales

conocidos como metales maleables son aquellos que justamente cumplen

con esta propiedad que mencionamos, el estaño, el cobre, el aluminio, entre

otros, se caracterizan básicamente por su ductilidad, con esto queremos

referir que los mismos pueden ser doblados, cortados, ejerciendo una

fuerte presión de llegar a ser necesario y el material no se rompe, algo que por supuesto no

sucede con todos los materiales, entonces, esta cualidad es lo que determina su maleabilidad o

no. Principalmente este tipo de metales suelen ser muy empleados con fines tecnológicos,

especialmente a la hora de las soldaduras. Por otra parte, los metales maleables tienen otra

ventaja, que es que presentan una escasa reacción, entonces, son muy poco plausibles de ser

afectados por cuestiones como la corrosión o el óxido.

f. DUCTILIDAD: Es una propiedad que presentan algunos materiales,

como las aleaciones metálicas o materiales asfálticos, los cuales bajo

la acción de una fuerza, pueden deformarse sosteniblemente sin

romperse, permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material. A

los materiales que presentan esta propiedad se les denomina dúctiles.

Los materiales no dúctiles se clasifican de frágiles. Aunque los

materiales dúctiles también pueden llegar a romperse bajo el esfuerzo

adecuado, esta rotura sólo se produce tras producirse grandes

deformaciones. En otros términos, un material es dúctil cuando la

relación entre el alargamiento longitudinal producido por una tracción y la disminución de la

sección transversal es muy elevada. En el ámbito de la metalurgia se entiende por metal dúctil

aquel que sufre grandes deformaciones antes de romperse, siendo el opuesto al metal frágil,

que se rompe sin apenas deformación. No debe confundirse dúctil con blando, ya que la

ductilidad es una propiedad que como tal se manifiesta una vez que el material está soportando

una fuerza considerable; esto es, mientras la carga sea pequeña, la deformación también lo será,

pero alcanzado cierto punto el material cede, deformándose en mucha mayor medida de lo que

lo había hecho hasta entonces pero sin llegar a romperse.

g. FLUENCIA: La fluencia es la pérdida de estabilidad dimensional que se produce en algunos

materiales cuando las tensiones aplicadas crecen por encima de un determinado valor,

denominado límite de fluencia. Cuando se alcanza la fluencia el material se deforma

inicialmente de modo creciente y rápido sin apenas cambio en las tensiones aplicadas y parte

de la deformación producida permanecerá ya siempre aunque cesen las fuerzas que

ocasionaron su fluencia. Un ensayo de tracción sobre el material permite establecer su límite

de fluencia.



h. RIGIDEZ: Es la capacidad de un objeto sólido o elemento estructural para soportar esfuerzos

sin adquirir grandes deformaciones o desplazamientos. Los coeficientes de rigidez son

magnitudes físicas que cuantifican la rigidez de un elemento resistente bajo diversas

configuraciones de carga. Normalmente las rigideces se calculan como la razón entre una fuerza

aplicada y el desplazamiento obtenido por la aplicación de esa fuerza.

i. DUREZA: Es la propiedad que tienen los materiales de resistir el rayado y el corte de su

superficie. Por ejemplo: la madera puede rayarse con facilidad, esto significa que no tiene

mucha dureza, mientras que el vidrio es mucho más difícil de rayar.En mineralogía se utiliza la

escala de Mohs, creada por el austríaco Friedrich Mohs, que mide la resistencia al rayado de los

materiales.

Cuadro Nº1.3.

Dureza de algunos materiales

Dureza Mineral Composición química

1 Talco, (se puede rayar fácilmente con la uña) Mg3Si4O10(OH)2

2 Yeso, (se puede rayar con la uña con más dificultad) CaSO4·2H2O

3 Calcita, (se puede rayar con una moneda de cobre) CaCO3

4 Fluorita, (se puede rayar con un cuchillo) CaF2

5 Apatita, (se puede rayar difícilmente con un cuchillo) Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)

6 Feldespato, (se puede rayar con una cuchilla de acero) KAlSi3O8

7 Cuarzo, (raya el acero) SiO2

8 Topacio, Al2SiO4(OH-,F-)2

9 Corindón, (sólo se raya mediante diamante) Al2O3

10 Diamante, (el mineral natural más duro) C

j. ISOTROPÍA: Un material es isótropo cuando presenta iguales condiciones de elasticidad en

cualquier dirección que se quiera deformarlo. Son isótropos los metales fundidos. Lo opuesto

es la anisotropía.

k. TRACCIÓN: Se denomina tracción al esfuerzo a que está sometido un

cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y

tienden a estirarlo.

http://es.wikipedia.org/wiki/Talco

http://es.wikipedia.org/wiki/Yeso

http://es.wikipedia.org/wiki/Calcita

http://es.wikipedia.org/wiki/Cobre

http://es.wikipedia.org/wiki/Fluorita

http://es.wikipedia.org/wiki/Apatita

http://es.wikipedia.org/wiki/Feldespato

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuarzo

http://es.wikipedia.org/wiki/Topacio

http://es.wikipedia.org/wiki/Corind%C3%B3n





l. COMPRESIÓN: Es la resultante de las tensiones o presiones que existe

dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque

tiende a una reducción de volumen o un acortamiento en determinada

dirección.

m. FLEXIÓN: Se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un

elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje

longitudinal.

n. TORSIÓN: En ingeniería, torsión es la solicitación que se presenta

cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento

constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general,

elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos,

aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.

o. CIZALLADURA: Es el esfuerzo interno o resultante de las

tensiones paralelas a la sección transversal de un prisma

mecánico como por ejemplo una viga o un pilar.

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Folleto Propiedades de Los Materiales