PCII 2009 TALLER LOMBARDI – CREMASCHI – … · átomos se combinan para formar moléculas, éstas se atraen entre sí para conformar los distintos estados de la materia, conocidos

PCII PROCESOS CONSTRUCTIVOS TALLER LOMBARDI ndash CREMASCHI ndash MARSILI 2009 FICHA

Nordm6 LOS PROCESOS FISICOS EN LA CONSTRUCCION

CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES

Compilado-diagramacioacuten arq A Saenz Antildeo 2009 1de41

La fiacutesica y los materiales de construccioacuten

La materia es energiacutea eleacutectrica en estado tal que se presenta ante nuestros sentidos con aparente diversidad Estremece pensar que aquello que parece tan diferente es en esencia semejante Todo es energiacutea manifestada en forma de cargas eleacutectricas Esas cargas eleacutectricas reunidas de manera distinta constituyen los elementos que conforman el universo Asiacute como los aacutetomos se combinan para formar moleacuteculas eacutestas se atraen entre siacute para conformar los distintos estados de la materia conocidos como soacutelido liacutequido y gaseoso La unioacuten entre moleacuteculas a diferencia de la unioacuten entre aacutetomos se debe a la atraccioacuten que existe entre sus nubes de electrones Si bien los electrones tienen carga negativa y sabemos que cargas iguales no se atraen sino que se repelen las moleacuteculas formadas por nuacutecleos atoacutemicos (positivos) con sus electrones (negativos) poseen muchas veces nubes electroacutenicas cuya forma es asimeacutetrica de modo que dan lugar a los llamados dipolos permanentes Estos dipolos se forman por varios motivos el primero es la geometriacutea molecular o sea la forma que adquieren las moleacuteculas seguacuten la posicioacuten que ocupan sus aacutetomos en el espacio que puede ser lineal triangular plana con forma de piraacutemide u otros tipos maacutes complejos de cuerpos geomeacutetricos Otro de los motivos es la mayor o menor tendencia que posee cada nuacutecleo a atraer a sus propios electrones (electronegatividad) Los dipolos permanentes hacen que se genere una zona con marcada densidad de carga negativa y otra menos negativa que es considerada ldquopositivardquo De modo que como una sustancia estaacute formada por millones y millones de moleacuteculas eacutestas se atraeraacuten entre siacute a traveacutes de sus dipolos Por supuesto la parte positiva atraeraacute a la negativa y viceversa Cuanta maacutes atraccioacuten haya entre las moleacuteculas mayor tendencia tendraacuten a estar juntas en el espacio pero si a pesar de la atraccioacuten se pueden mover con cierta facilidad el estado que esa materia presentaraacute seraacute liacutequido Si las moleacuteculas ocupan lugares fijos en el espacio y la movilidad es pobre porque esas fuerzas de atraccioacuten son muy intensas se conformaraacute el estado soacutelido Nuevamente comprobamos que la electricidad sigue siendo una propiedad importante en la muestra de la diversidad del planeta Las moleacuteculas que tienen una nube electroacutenica simeacutetrica o sea que tienen las cargas negativas distribuidas uniformemente alrededor de los nuacutecleos atoacutemicos seraacuten no polares por lo que no habraacute atraccioacuten entre ellas de modo que se moveraacuten libremente en el espacio y la sustancia se presentaraacute como un gas Podriacuteamos preguntarnos iquestPor queacute una misma sustancia en nuestro planeta puede encontrarse en los tres estados Por ejemplo el agua que conocemos como liacutequido como hielo y como vapor El estado de una sustancia no soacutelo depende de todo lo que anteriormente enunciamos sino tambieacuten de la influencia de la presioacuten atmosfeacuterica y de la temperatura Cuando la presioacuten aumenta se favorece la atraccioacuten molecular pues eacutestas se acercaraacuten entre siacute y se atraeraacuten con mayor facilidad lo que generaraacute tendencia al estado liacutequido y al soacutelido Cuando baja la temperatura por el friacuteo las moleacuteculas tendraacuten menor energiacutea y en consecuencia menor movimiento la atraccioacuten seraacute mayor y por lo tanto se favoreceraacute la tendencia al estado liacutequido y soacutelido De alliacute que el agua a temperatura ambiente se presente como liacutequido pero una vez que la colocamos en el refrigerador cuando alcanza temperaturas debajo de cero grado (punto de fusioacuten) se solidificaraacute Al calentarla llegando a los 100 grados (punto de ebullicioacuten) comenzara a ldquohervirrdquo pues vence a la atmoacutesfera que la presiona y pasa al estado gaseoso Algo que llama la atencioacuten es que cada sustancia en la naturaleza posee como documento de identidad su punto de ebullicioacuten y de fusioacuten No hay dos sustancias que coincidan en estas temperaturas por lo tanto los mismos son identificadores

Si tenemos un liacutequido cuya temperatura de ebullicioacuten es de 100 grados y funde a cero grado podemos asegurar que es agua pura Si un liacutequido hierve a los 78 grados se trataraacute del conocido alcohol etiacutelico o comuacuten Y asiacute para cada una de las sustancias que nos rodean Sabemos que el agua y otras sustancias se evaporan aunque no hiervan Ello se debe a que en la superficie de un liacutequido siempre hay moleacuteculas que se pueden escapar de eacutel usando energiacutea que toman del medio ambiente Podemos describir una propiedad del agua que no soacutelo resulta interesante sino que nos hace pensar que los mecanismos fiacutesicos y quiacutemicos que la naturaleza usa no son casuales poseen una loacutegica que supera la inteligencia humana El agua es el uacutenico liacutequido que al enfriarse sus moleacuteculas se colocan en una posicioacuten tal que hacen que aumente su volumen Esto permite que su densidad (relacioacuten entre masa y volumen) disminuya de modo que el hielo flota por encima del liacutequido Prueba de ello la tenemos al observar un cubito en un vaso de agua Esta propiedad permite que en los lagos de los paiacuteses de clima friacuteo cuando se congelan en invierno la masa de hielo formada quede flotando de modo que se preserva el bioma (seres vivientes) del lugar conservaacutendose tambieacuten el calor interno de la laguna Si sucediera lo contrario cada invierno moririacutea todo lo viviente y no se dariacutean los ciclos de vida a lo largo del tiempo1

1 AGENCIA DE NOTICIAS CIENTIacuteFICAS Y TECNOLOacuteGICAS (CyTA-INSTITUTO LELOIR)

Materia

Aacutetomos De Demoacutecrito a Dalton

Los primeros humanos distinguiacutean faacutecilmente entre los materiales para hacer ropa instrumentos o bienes para alimentarse Ellos desarrrollaron un lenguaje con palabras que describiacutean estas cosas tales como ldquopielrdquo ldquopiedrardquo o ldquoconejordquo Sin embargo ellos no teniacutean nuestro actual conocimiento sobre las sustancias que componen estos objetos Empeacutedocles un filoacutesofo y cientiacutefico griego que vivioacute en la costa sur de Sicilia entre los antildeos 492 y 432 AC propuso una de las primeras teoriacuteas que intentaba describir las cosas que nos rodean Empeacutedocles argumentoacute que toda materia se compone de cuatro elementos fuego aire agua y tierra La proporcioacuten de estos cuatro elementos afecta las propiedades de la materia La teoriacutea de Empeacutedocles era muy estimada pero teniacutea varios problemas Por ejemplo no importa cuaacutentas veces se rompe una piedra en dos las piezas nunca se parecen a ninguno de los elementos esenciales del fuego del aire del agua o de la tierra A pesar de estos problemas la teoriacutea de Empeacutedocles fue un desarrollo importante del pensamiento cientiacutefico ya que es una de las primeras en sugerir que algunas sustancias que pareciacutean materiales puros como la piedra en realidad se componen de una combinacioacuten de diferentes elementos

Algunas deacutecadas despueacutes de Empeacutedocles Demoacutecrito otro griego que vivioacute del antildeo 460 al 370 AC desarrolloacute una nueva teoriacutea de la materia que trataba de resolver el problema de su predecesor Las ideas de Demoacutecrito se basaban en el razonamiento en vez de basarse en la ciencia y se basoacute en las ensentildeanzas de los dos filoacutesofos griegos que vinieron antes que eacutel Leucippus y Anaxagoras Demoacutecrito sabiacutea que si uno toma una piedra y la corta en dos cada

mitad tiene las mismas propiedades que la piedra original El infirioacute que si uno continuacutea cortando la piedra en piezas cada vez maacutes pequentildeas llega un momento en que el pedazo de piedra es tan pequentildeo que no se lo puede dividir maacutes Demoacutecrito llamoacute a estos pequentildeos pedazos infinitesimales aacutetomos lo que quiere decir ldquoindivisiblesrdquo Sugirioacute que los aacutetomos eran eternos y que no podiacutean ser destruiacutedos Demoacutecrito teorizoacute que los aacutetomos eran especiacuteficos al material que los formaban Esto quiere decir que los aacutetomos de piedra eran propios a la piedra y diferentes de los aacutetomos de otros materiales tales como la piel Esta era una extraordinaria teoriacutea que intentaba explicar todo el mundo fiacutesico en teacuterminos de unas cuantas ideas

Piedra Piel

Finalmente sin embargo Aristoacuteteles y Platoacuten dos de los filoacutesofos maacutes conocidos de la Antigua Grecia rechazaron las teoriacuteas de Demoacutecrito Aristoacuteteles aceptoacute la teoriacutea de Empeacutedocles antildeadiendo su (incorrecta) idea que los cuatro elementos esenciales se podiacutean transformar entre siacute Debido a la gran influencia de Aristoacuteteles la teoriacutea de Demoacutecrito se atrasoacute casi 2000 antildeos En los siglos 17 y 18 DC varios eventos de importancia ayudaron a revivir la teoriacutea que postulaba que la materia estaacute hecha de partiacuteculas pequentildeas e indivisibles En 1643 Evangelista Torricelli un matemaacutetico italiano y pupilo de Galileo demostroacute que el aire teniacutea peso y que era capaz de derribar una columna de mercurio liacutequido (inventado asiacute el baroacutemetro) Este fue un descubrimiento sorprendente Si el aire una sustancia que no podiamos ver sentir u oler poseiacutea peso teniacutea que estar hecho de algo fiacutesico iquestPero coacutemo era posible que algo tuviese una presencia fiacutesica sin responder al tacto o la visioacuten humana Daniel Bernoulli un matemaacutetico suizo propuso la respuesta Desarrolloacute una teoriacutea que postulaba que el aire y otros gases estaban compuestos de pequentildeas partiacuteculas muy pequentildeas para ser vistas y que ademaacutes estaban libremente empaquetadas en un volumen de espacio vacio Estas partiacuteculas no podiacutean sentirse porque al contrario que una pared de piedra soacutelida que no se mueve las pequentildeas partiacuteculas se mueven a un lado cuando una mano humana o un cuerpo las atraviesa Bernoulli concluyoacute que si estas partiacuteculas no estuviesen en un movimiento constante se caeriacutean al piso como partiacuteculas de polvo De este modo visualizoacute el aire y otros gases como colecciones de pequentildeas partiacuteculas parecidas a bolas de billar que se mueven continuamente y rebotan entre ellas Muchos cientiacuteficos estaban ocupados en estudiar el mundo natural durante este periacuteodo Poco despueacutes de que Bernoulli propusiese su teoriacutea el Ingleacutes Joseph Priestley empezoacute a experimentar con el mineral mercurio calx en 1773 Durante miles de antildeos se conociacutea y codiciaba al mercurio calx una piedra soacutelida roja porque cuando se lo calienta parece convertirse en merucrio un metal liacutequido plateado Priestley observoacute que el mercurio calx no soacutelo se convierte en mercurio sino que efectivamente se convierte en dos sustancias cuando se lo calienta mercurio liacutequido y otro extrantildeo gas Priestely cuidadosamente recogioacute este gas en una jarra de vidrio y lo estudioacute Despueacutes de muchos largos diacuteas y noches en el laboratorio Priestley dijo del extrantildeo gas ldquolo que me sorprendioacute maacutes de lo que puedo buenamente expresar es que una vela se consumioacute en este aire con una notable y vigorosa llamardquo No solamente la llamas se consumieron vigorosamente en este gas sino un ratoacuten puesto en un contenedor sellado con este gas vivioacute durante un periacuteodo de tiempo

maacutes largo que un ratoacuten puesto en un contenedor sellado con aire ordinario El descubrimiento de Priestley reveloacute que las sustancias se podiacutean combinar o separar para formar nuevas sustancias con diferentes propiedades Por ejemplo un gas incoloro y sin olor puede combinarse con el mercurio un metal plateado y formar mercurio calx un mineral rojo

Priestley denominoacute al gas que descubrioacute aire deflogiacutestico pero este nombre no se conservoacute En 1778 Antoine Lavoisier un cientiacutefico franceacutes condujo muchos experimentos con el aire deflogiacutestico y teorizoacute que el gas convertiacutea algunas sustancias en aacutecidas Lavoisier le cambioacute el nombre al gas de Priestley por el de oxiacutegeno que proviene de las palabras griegas que quieren decir ldquohacedor de aacutecidordquo Mientras que la teoriacutea de Laovisier sobre el oxiacutegeno y los aacutecidos resultoacute incorrecta se conservoacute el nombre Lavoisier sabiacutea por otros cientiacuteficos anteriores a eacutel que los aacutecidos reaccionan con algunos metales y sueltan otro extrantildeo y altamente inflamable gas llamado flogisto Lavoisier mezcloacute los dos gases flogisto y el ahora denominado oxiacutegeno en un contenedor de vidrio cerrado e insertoacute un foacutesforo Vioacute que el flogisto se consumiacutea inmediatamente en presencia del oxiacutegeno y despueacutes observoacute que habiacutea gotas de un liacutequido incoloro en el contenedor de vidrio Despueacutes de cuidadosas pruebas Lavoisier se dioacute cuenta que el liacutequido que se formaba por la reaccioacuten del flogisto y del oxiacutegeno era agua De esta manera llamoacute al flogisto hidroacutegeno que proviene de las palabras griegas ldquohacedor de aguardquo Lavoisier tambieacuten quemoacute otras sustancias como el foacutesforo y azufre en el aire y demostroacute que se combinaban con el aire y creaban nuevos materiales Estos nuevos materiales pesaban maacutes que las sustancias originales con lo cual Lavoisier demostroacute que el peso obtenido por los nuevos materiales era el mismo que se perdiacutea en el aire en el que se quemaban las sustancias A partir de estas observaciones Lavoisier postuloacute la Ley de la Conservacioacuten de la Masa que dice que no se pierde o gana masa durante una reaccioacuten quiacutemica Priestley Lavoisier y otros habiacutean sentado las bases para el campo de la quiacutemica Sus experimentos demostraron que algunas sustancias pueden combinarse con otras para formar nuevos materiales otras sustancias pueden separarse para formar otras maacutes simples y algunos ldquoelementosrdquo importantes no pueden separarse Pero iquestqueacute podiacutea explicar estas complejas series de observaciones John Dalton un excepcional profesor y cientiacutefico britaacutenico reunioacute las piezas y desarrolloacute la primera teoriacutea atoacutemica moderna en 1803 Dalton convirtioacute en un regular haacutebito observar y anotar el clima en su pueblo Manchester en Inglaterra A traveacutes de sus observaciones de la niebla matutina y otras constantes climaacuteticas Daltoacuten comprendioacute que el agua podiacutea existir como un gas que se mezclaba con el aire y ocupaba el mismo espacio que el aire Los soacutelidos no podiacutean ocupar el mismo espacio Por ejemplo el hielo no podiacutea mezclarse con el aire Entonces iquestqueacute podiacutea permitir que el agua algunas veces se comportase como un soacutelido y otras veces como un gas Daltoacuten comprendioacute que la materia se componiacutea de pequentildeas partiacuteculas En el estado gaseoso estas partiacuteculas flotan libremente y pueden mezclarse con otros gases tal como habiacutea propuesto Bernoulli Pero Daltoacuten extendioacute esta idea para aplicarla a toda materia - gases soacutelidos y liacutequidos Daltoacuten primero propuso parte de su teoriacutea atoacutemica en 1803 y despueacutes pulioacute estos conceptos en su trabajo claacutesico de 1808 Un Nuevo Sistema de la Filosofiacutea Quiacutemica (al cual puede acceder a traveacutes del enlace en el menuacute de la derecha)

Los Elementos de Daltoacuten

La teoriacutea de Dalton tiene cuatro principales conceptos 1 Toda materia se compone de partiacuteculas indivisibles llamadas aacutetomos Bernoulli

Daltoacuten y otros visualizaban los aacutetomos como pequentildeas partiacuteculas en forma de bolas de billar en varios estados de movimiento A pesar de que este concepto es uacutetil porque nos ayuda a entender los aacutetomos es incorrecto como veremos en los moacutedulos posteriores sobre teoriacutea atoacutemica cuyos enlaces estaacuten al final de este moacutedulo

2 Todos los aacutetomos de un elemento dado son ideacutenticos los aacutetomos de diferentes elementos tienen diferentes propiedades La teoriacutea de Daltoacuten sugeriacutea que cada aacutetomo de un elemento tal como el oxiacutegeno es ideacutentico a cada aacutetomo de oxiacutegeno es maacutes los aacutetomos de diferentes elementos tales como el oxiacutegeno o el mercurio son diferentes uno del otro Daltoacuten caracterizoacute a los elementos de acuerdo a su peso atoacutemico sin embargo cuando los isoacutetopos de los elementos fueron descubiertos al final del 1800 este concepto cambioacute

3 Las reacciones quiacutemicas requieren la combinacioacuten de aacutetomos no la destruccioacuten de aacutetomos Los aacutetomos son indestructibles e incambiables asiacute que los compuestos como el agua y el mercurio calx se forman cuando un aacutetomo se combina quiacutemicamente con otros aacutetomos Este es un concepto extremadamente avanzado para su tiempo Mientras que la teoriacutea de Daltoacuten implicaba que los aacutetomos se juntaban pasariacutean maacutes de 100 antildeos antes que los cientiacuteficos empezaran a explicar el concepto de la unioacuten quiacutemica

4 Cuando los elementos reaccionan para formar compuestos reaccionan en relaciones definidas y en nuacutemeros completos Los experimentos que Daltoacuten y otros realizaron demostraron que las reacciones no son eventos al azar sino que proceden de acuerdo a foacutermulas precisas y bien definidas Este es un importante concepto en quiacutemica que se discute con maacutes detenimiento a continuacioacuten

Algunos detalles de la teoriacutea atoacutemica de Daltoacuten requieren maacutes explicacioacuten Elementos Robert Boyle reconocioacute tan pronto como en el antildeo1660 que la definicioacuten griega del elemento (tierra fuego aire y agua) era incorrecta Boyle propuso una nueva definicioacuten del elemento como una sustancia fundamental Hoy en diacutea definimos los elementos como sustancias fundamentales que no pueden ser separadas a traveacutes de medios quiacutemicos Los elementos son los bloques que construyen el universo Son las sustancias puras que forman la base de todos los materiales que nos rodean Algunos elementos pueden ser vistos en forma pura como el mercurio en un termoacutemetro otros se ven principalmente en combinacioacuten quiacutemica con otros tales como el oxiacutegeno y el hidroacutegeno en el agua Actualmente conocemos aproximadamente 116 elementos diferentes Cada elemento recibe un nombre y una

abreviacioacuten de una o dos letras Frecuentemente esta abreviacioacuten es simplemente la primera letra del elemento por ejemplo hidroacutegeno se abrevia con una H y oxiacutegeno con una O Algunas veces un elemento recibe una abreviacioacuten de dos letras por ejemplo helio es He Cuando se escribe la abreviacioacuten de un elemento la primera letra siempre va en mayuacutescula y la seguna letra (si hay una) siempre va en minuacutescula Aacutetomos Una simple unidad de un elemento se denomina aacutetomo El aacutetomo es la unidad maacutes baacutesica de la materia que compone todo lo que nos rodea Cada aacutetomo retiene todas las propiedades quiacutemicas y fiacutesicas de su elemento matriz Al final del siglo 19 los cientiacuteficos demostraron que los aacutetomos en realidad estaban compuestos de piezas ldquosub-atoacutemicasrdquo pequentildeas lo que erradicoacute la idea que el aacutetomo pareciacutea una bola de billar Compuestos La mayoriacutea de los materiales con los que tenemos contacto son compuestos sustancias formadas por una combinacioacuten quiacutemica de dos o maacutes aacutetomos de los elementos Una simple ldquopartiacuteculardquo de un compuesto es llamada una moleacutecula Daltoacuten imaginoacute incorrectamente que los aacutetomos ldquose enganchabanrdquo para formar moleacuteculas Sin embargo Daltoacuten correctamente comprendioacute que los compuestos tienen foacutermulas precisas El agua por ejemplo siempre estaacute compuesta de dos partes de hidroacutegeno y una parte de oxiacutegeno La foacutermula quiacutemica de un compuesto se escribe poniendo los siacutembolos de los elementos juntos sin ninguacuten espacio entre ellos Si una moleacutecula contiene maacutes de un aacutetomo de un elemento se subscribe un nuacutemero despueacutes del siacutembolo para mostrar el nuacutemero de aacutetomos de ese elemento en la moleacutecula Asiacute la foacutermula del agua es H2O nunca HO o H2O2 La idea de que los compuestos tienen foacutermulas quiacutemicas definidas fue propuesta primero al final del 1700 por el quiacutemico franceacutes Joseph Proust Eacuteste realizoacute varios experimentos y observoacute que no importaba coacutemo diferentes elementos reaccionan con el oxiacutegeno pues ellos siempre reaccionan en proporciones definidas Por ejemplo dos partes de hidroacutegeno siempre reaccionan con otra parte de oxiacutegeno al formar agua una parte de mercurio siempre reacciona con una parte de oxiacutegeno al formar el mercurio calx Daltoacuten usoacute la Ley de Proporciones Definidas de Proust al desarrollar su teoriacutea aacutetomica

La ley tambieacuten se aplica a los muacuteltiplos de la proporcioacuten fundamental por ejemplo

En los ejemplos mencionados la relacioacuten del hidroacutegeno al oxiacutegeno es de 2 a 1 a 1 Cuando los elementos presentan en exceso las proporciones fundamentales algunos de los elementos permaneceraacuten de la misma manera despueacutes que haya ocurrido la reaccioacuten quiacutemica

La historia del desarrollo de la moderna teoriacutea atoacutemica es la historia que los cientiacuteficos construyeron sobre el trabajo de otros para producir una explicacioacuten maacutes precisa del mundo que los rodeaba Este proceso es comuacuten en las ciencias y hasta las teoriacuteas incorrectas pueden contribuir a importantes descubrimientos cientiacuteficos Daltoacuten Priestley y otros sentaron las bases de la teoriacutea aacutetomica y muchas de sus hipoacutetesis son todaviacutea uacutetiles Sin embargo en las deacutecadas despueacutes de sus trabajos otros cientiacuteficos demostrariacutean que los aacutetomos nos son bolas de billar soacutelidas sino sistemas complejos de partiacuteculas Por consiguiente ellos destruiriacutean un poco de la teoriacutea atoacutemica de Daltoacuten en un esfuerzo de construir una visioacuten maacutes completa del mundo que nos rodea

Los cinco estados de la materia

Los diferentes estados en que podemos encontrar la materia de este universo en el que vivimos se denominan estados de agregacioacuten de la materia porque son las distintas maneras en que la materia se agrega distintas presentaciones de un conjunto de aacutetomos Los estados de la materia son cinco

1 Soacutelido 2 Liacutequido 3 Gaseoso 4 Plasma 5 Condensado de Bose-Einstein

La mayoriacutea de sustancias se presentan en un estado concreto Asiacute los metales o las sustancias que constituyen los minerales se encuentran en estado soacutelido y el oxiacutegeno o el CO2 en estado gaseoso

bull Los soacutelidos Tienen forma y volumen constantes Se caracterizan por la rigidez y regularidad de sus estructuras

bull Los liacutequidos No tienen forma fija pero siacute volumen La variabilidad de forma y el presentar unas propiedades muy especiacuteficas son caracteriacutesticas de los liacutequidos

bull Los gases No tienen forma ni volumen fijos En ellos es muy caracteriacutestica la gran variacioacuten de volumen que experimentan al cambiar las condiciones de temperatura y presioacuten

Estado soacutelido Los soacutelidos se caracterizan por tener forma y volumen constantes Esto se debe a que las partiacuteculas que los forman estaacuten unidas por unas fuerzas de atraccioacuten grandes de modo que ocupan posiciones casi fijas En el estado soacutelido las partiacuteculas solamente pueden moverse vibrando u oscilando alrededor de posiciones fijas pero no pueden moverse trasladaacutendose libremente a lo largo del soacutelido Las partiacuteculas en el estado soacutelido propiamente dicho se disponen de forma ordenada con una regularidad espacial geomeacutetrica que da lugar a diversas estructuras cristalinas Al aumentar la temperatura aumenta la vibracioacuten de las partiacuteculas

Estado liacutequido

Los liacutequidos al igual que los soacutelidos tienen volumen constante En los liacutequidos las partiacuteculas estaacuten unidas por unas fuerzas de atraccioacuten menores que en los soacutelidos por esta razoacuten las partiacuteculas de un liacutequido pueden trasladarse con libertad El nuacutemero de partiacuteculas por unidad de volumen es muy alto por ello son muy frecuentes las colisiones y fricciones entre ellas Asiacute se explica que los liacutequidos no tengan forma fija y adopten la forma del recipiente que los contiene Tambieacuten se explican propiedades como la fluidez o la viscosidad En los liacutequidos el movimiento es desordenado pero existen asociaciones de varias partiacuteculas que como si fueran una se mueven al uniacutesono Al aumentar la temperatura aumenta la movilidad de las partiacuteculas (su energiacutea)

bull Fluidez capacidad de los liacutequidos y los gases para moverse progresivamente hacia un lugar o pasar a traveacutes de orificios pequentildeos debida a la capacidad de las partiacuteculas para desplazarse

bull Viscosidad propiedad de los liacutequidos que indica la dificultad con que eacutestos fluyen Un liacutequido es maacutes viscoso cuanto menor es su fluidez La viscosidad es debida a fuerzas e interacciones entre las partiacuteculas (rozamiento de las partiacuteculas) que limitan su movilidad

Estado gaseoso

Los gases igual que los liacutequidos no tienen forma fija pero a diferencia de eacutestos su volumen tampoco es fijo Tambieacuten son fluidos como los liacutequidos En los gases las fuerzas que mantienen unidas las partiacuteculas son muy pequentildeas En un gas el nuacutemero de partiacuteculas por unidad de volumen es tambieacuten muy pequentildeo Las partiacuteculas se mueven de forma desordenada con choques entre ellas y con las paredes del recipiente que los contiene Esto explica las propiedades de expansibilidad y compresibilidad que presentan los gases sus partiacuteculas se mueven libremente de modo que ocupan todo el espacio disponible La compresibilidad tiene un liacutemite si se reduce mucho el volumen en que se encuentra confinado un gas eacuteste pasaraacute a estado liacutequido Al aumentar la temperatura las partiacuteculas se mueven maacutes deprisa y chocan con maacutes energiacutea contra las paredes del recipiente por lo que aumenta la presioacuten

Plasma

El plasma es un estado que nos rodea aunque lo experimentamos de forma indirecta El plasma es un gas ionizado esto quiere decir que es una especie de gas donde los aacutetomos o moleacuteculas que lo componen han perdido parte de sus electrones o todos ellos Asiacute el plasma es un estado parecido al gas pero compuesto por electrones cationes (iones con carga positiva) y neutrones En muchos casos el estado de plasma se genera por combustioacuten El Sol situado en el centro de nuestro sistema solar estaacute en estado de plasma no es soacutelido y los conocidos tubos fluorescentes contienen plasma en su interior (vapor de mercurio) Las luces de neoacuten y las luces urbanas usan un principio similar La ionosfera que rodea la tierra a

7080 km de la superficie terrestre se encuentra tambieacuten en estado de plasma El viento solar responsable de las deliciosas auroras boreales es un plasma tambieacuten En realidad el 99 de la material conocida del universo se encuentra en estado de plasma Aunque tambieacuten es verdad que soacutelo conocemos el 10 de la material que compone el universo Esto significa que el escaso 105 de materia que hemos estudiado el 99 es plasma o sea casi todo es plasma en el universo Es interesante analizar que los griegos sosteniacutean que el universo estaba formado por cuatro elementos aire agua tierra y fuego Haciendo un siacutemil podriacuteamos asignar un elemento fiacutesico a cada elemento filosoacutefico

Aire - Gas Agua - Liacutequido Tierra - Soacutelido

Fuego - Plasma

Condensado de Bose - Einstein

En 1920 Santyendra Nath Bose desarrolloacute una estadiacutestica mediante la cual se estudiaba cuaacutendo dos fotones debiacutean ser considerados como iguales o diferentes Envioacute sus estudios a Albert Einstein con el fin de que le apoyara a publicar su novedoso estudio en la comunidad cientiacutefica y ademaacutes de apoyarle Einstein aplicoacute lo desarrollado por Bose a los aacutetomos Predijeron en conjunto el quinto estado de la materia en 1924 No todos los aacutetomos siguen las reglas de la estadiacutestica de Bose-Einstein Sin embargo los que lo hacen a muy bajas temperaturas se encuentran todos en el mismo nivel de energiacutea Es difiacutecil entender intuitivamente queacute significa el Condensado de Bose-Einstein (CBE) En el CBE todos los aacutetomos se encuentran en el mismo lugar aunque esto va en contra de todo lo que vemos a nuestro alrededor A las temperaturas increiacuteblemente bajas que se necesitan para alcanzar el estado de condensado de Bose-Einstein se observa que los aacutetomos pierden su identidad individual y se juntan en una masa comuacuten que algunos denominan superaacutetomo

El la figura 1 hemos considerado una visioacuten intuitiva de la estructura de un aacutetomo representando el nuacutecleo (formado por protones y neutrones) por una bolita maciza roja y la corteza de electrones que lo rodean por una bola hueca roja tambieacuten La bola con un punto en el centro constituye un aacutetomo completo eleacutectricamente neutro

bull Estado Soacutelido podemos ver que los aacutetomos se hallan dispuestos en un volumen pequentildeo se situacutean adyacentes uno al lado del otro aunque no en contacto formando generalmente una estructura

bull Estado Liacutequido los aacutetomos se encuentran esparcidos en un volumen mayor sin seguir ninguna estructura La separacioacuten entre cada aacutetomo es mayor que en el soacutelido

bull Estado Gaseoso los aacutetomos ocupan un volumen mucho mayor Es el estado en que los aacutetomos estaacuten maacutes separados

bull Estado de Plasma sus componentes no son aacutetomos sino partiacuteculas individuales y nuacutecleos de aacutetomos Parece un gas pero formado por iones (cationes -nuacutecleos y protones con carga positiva- neutrones sin carga y electrones -con carga negativa-) Cada componente del estado de plasma estaacute cargada eleacutectricamente y el conjunto ocupa un gran volumen

Condensado de Bose-Einstein todos los aacutetomos se encuentran en un mismo lugar En la figura 1 la uacutenica bola roja representa la posicioacuten donde se hayan todos los aacutetomos pero no uno sobre otro sino todos ocupando el mismo espacio fiacutesico Para hacernos una idea de lo que seriacutea un objeto cotidiano estando en estado de Bose-Einstein proponemos imaginar que varias personas estuvieran sentadas en la misma silla no una sentada sobre otra sino literalmente todas sentadas en la misma silla ocupando el mismo espacio en el mismo momento

La termodinaacutemica

La termodinaacutemica establece las leyes que han de cumplirse sin excepciones Existen tres principios termodinaacutemicos que ninguacuten proceso fiacutesico sea del campo que sea puede romper El tercer principio establece que no es posible llegar al cero absoluto de temperaturas La temperatura cero kelvin es inalcanzable puesto que las dificultades teacutecnicas nos impiden llegar La temperatura es una medida del movimiento de los aacutetomos que componen un sistema En un soacutelido los aacutetomos vibran adelante y atraacutes en un gas los aacutetomos vuelan alrededor como pequentildeas bolas Todo vibra constantemente Para medir la temperatura en fiacutesica se utiliza la Escala Absoluta tambieacuten llamada Escala Kelvin (K) La definicioacuten de esta escala estaacute relacionada con el movimiento de los aacutetomos pues a 0 K todos los aacutetomos se encuentran a velocidad cero parados Existen otras escalas de temperatura como Fahrenheit o Celsius (centiacutegrada) cuyas definiciones estaacuten basadas en otro tipo de eventos de la naturaleza Por ejemplo la escala Celsius que es la maacutes usada en Europa estaacute relacionada con la solidificacioacuten del agua ya que a 0ordmC el agua liacutequida se convierte en hielo Es una escala maacutes uacutetil para los procesos fiacutesicos que vivimos cada diacutea

En esta figura podemos ver coacutemo se corresponden diferentes temperaturas conocidas seguacuten las escalas Kelvin y Celsius La temperatura maacutes baja natural en el universo son 3 K que es la llamada radiacioacuten de fondo Esta radiacioacuten uniforme y de baja energiacutea se encuentra presente en cualquier direccioacuten del universo Es detectable por sensores en radiofrecuencia y es la evidencia maacutes fuerte que tenemos de que el Big Bang realmente ocurrioacute

LAS 3 LEYES DE LA TERMODINAMICA Ley cero de la termodinaacutemica Si los cuerpos A y B estaacuten en equilibrio teacutermico con el cuerpo C entonces A y B estaacuten en equilibrio teacutermico entre siacute

bull 1a ley En la transformacioacuten de cualquier tipo de energiacutea en energiacutea caloriacutefica o viceversa la energiacutea producida equivale exactamente a la energiacutea transformada es

decir que la energiacutea no se crea ni se destruye soacutelo se transforma Q=cal U=cal W=cal U=Q-W

bull 2a ley Afirma la imposibilidad de movimiento continuo esto es que todos los procesos de la naturaleza tienden a producirse soacutelo con un aumento de entropiacutea y la direccioacuten del cambio siempre es en la del incremento de la entropiacutea o que no existe maacutequina que sin recibir energiacutea exterior pueda transferir calor a otro (de mayor temperatura) para elevar su temperatura E=caldegC Q=cal T=degC E=^QT

bull 3a ley La entropiacutea de todo soacutelido cristalino puro se puede considerar nula a la temperatura del cero absoluto E=0

Cambios de estado

Cuando un cuerpo por accioacuten del calor o del friacuteo pasa de un estado a otro decimos que ha cambiado de estado En el caso del agua cuando hace calor el hielo se derrite y si calentamos agua liacutequida vemos que se evapora El resto de las sustancias tambieacuten puede cambiar de estado si se modifican las condiciones en que se encuentran Ademaacutes de la temperatura tambieacuten la presioacuten influye en el estado en que se encuentran las sustancias Si se calienta un soacutelido llega un momento en que se transforma en liacutequido Este proceso recibe el nombre de fusioacuten El punto de fusioacuten es la temperatura que debe alcanzar una sustancia

soacutelida para fundirse Cada sustancia posee un punto de fusioacuten caracteriacutestico Por ejemplo el punto de fusioacuten del agua pura es 0 degC a la presioacuten atmosfeacuterica normal Si calentamos un liacutequido se transforma en gas Este proceso recibe el nombre de vaporizacioacuten Cuando la vaporizacioacuten tiene lugar en toda la masa de liacutequido formaacutendose burbujas de vapor en su interior se denomina ebullicioacuten Tambieacuten la temperatura de ebullicioacuten es caracteriacutestica de cada sustancia y se denomina punto de ebullicioacuten El punto de ebullicioacuten del agua es 100 degC a la presioacuten atmosfeacuterica normal

bull En el estado soacutelido las partiacuteculas estaacuten ordenadas y se mueven oscilando alrededor de sus posiciones A medida que calentamos el agua las partiacuteculas ganan energiacutea y se mueven maacutes deprisa pero conservan sus posiciones bull Cuando la temperatura alcanza el punto de fusioacuten (0ordmC) la velocidad de las partiacuteculas es lo suficientemente alta para que algunas de ellas puedan vencer las fuerzas de atraccioacuten del estado soacutelido y abandonan las posiciones fijas que ocupan La estructura cristalina se va desmoronando poco a poco Durante todo el proceso de fusioacuten del hielo la temperatura se mantiene constante bull En el estado liacutequido las partiacuteculas estaacuten muy proacuteximas movieacutendose con libertad y de forma desordenada A medida que calentamos el liacutequido las partiacuteculas se mueven maacutes raacutepido y la temperatura aumenta En la superficie del liacutequido se da el proceso de vaporizacioacuten algunas partiacuteculas tienen la suficiente energiacutea para escapar Si la temperatura aumenta el nuacutemero de partiacuteculas que se escapan es mayor es decir el liacutequido se evapora maacutes raacutepidamente bull Cuando la temperatura del liacutequido alcanza el punto de ebullicioacuten la velocidad con que se mueven las partiacuteculas es tan alta que el proceso de vaporizacioacuten ademaacutes de darse en la superficie se produce en cualquier punto del interior formaacutendose las tiacutepicas burbujas de vapor de agua que suben a la superficie En este punto la energiacutea comunicada por la llama se invierte en lanzar a las partiacuteculas al estado gaseoso y la temperatura del liacutequido no cambia (100ordmC) bull En el estado de vapor las partiacuteculas de agua se mueven libremente ocupando mucho maacutes espacio que en estado liacutequido Si calentamos el vapor de agua la energiacutea la absorben las partiacuteculas y ganan velocidad por lo tanto la temperatura sube

La tensioacuten superficial

La superficie de cualquier liacutequido se comporta como si sobre esta existe una membrana a tensioacuten A este fenoacutemeno se le conoce como tensioacuten superficial La tensioacuten superficial de un liacutequido estaacute asociada a la cantidad de energiacutea necesaria para aumentar su superficie por unidad de aacuterea

La interaccioacuten de las partiacuteculas en la superficie del agua hace que esta se presente como una superficie elaacutestica lo que impide que se pueda ingresar al seno del liacutequido

Las fuerzas de tensioacuten superficial tienden a minimizar la energiacutea en la superficie del fluido haciendo que estas tengan una tendencia a una forma esfeacuterica

La tensioacuten superficial es causada por los efectos de las fuerzas intermoleculares que existen en la interface La tensioacuten superficial depende de la naturaleza del liacutequido del medio que le rodea y de la temperatura Liacutequidos cuyas moleacuteculas tengan fuerzas de atraccioacuten intermoleculares fuertes tendraacuten tensioacuten superficial elevada

Esta figura muestra el diagrama de fuerzas actuando sobre el cuerpo noacutetese que el peso es equilibrado por la tensioacuten superficial del agua

Se observa la interaccioacuten de las partiacuteculas de la superficie del agua Interaccioacuten que impide que el objeto se sumerja

En general la tensioacuten superficial disminuye con la temperatura ya que las fuerzas de cohesioacuten disminuyen al aumentar la agitacioacuten teacutermica La influencia del medio exterior se debe a que las moleacuteculas del medio ejercen acciones atractivas sobre las moleacuteculas situadas en la superficie del liacutequido contrarrestando las acciones de las moleacuteculas del liacutequido

En la figura se observa que la tensioacuten superficial disminuye al aumentar la temperatura esto se debe a que las fuerzas de cohesioacuten disminuyen al aumentar la agitacioacuten teacutermica

Dado que las fuerzas intermoleculares de atraccioacuten entre moleacuteculas de agua se deben a los enlaces de hidroacutegeno y eacutestos representan una alta energiacutea la tensioacuten superficial del agua es mayor que la de muchos otros liacutequidos

El agua muestra un valor de tensioacuten superficial mayor que otros liacutequidos comunes a temperatura ambiente En el diagrama se muestra un valor tres veces mayor que la media de los otros liacutequidos

Existen varios meacutetodos para medir la tensioacuten superficial de un liacutequido Uno de ellos consiste en utilizar un anillo de platino que se coloca sobre la superficie del agua Se mide la fuerza que se requiere para separar el anillo de la superficie del agua con una balanza de alta precisioacuten Diagrama de cuerpo libre del anillo de DuNoy

El aacutengulo de contacto se refiere al aacutengulo que forma la superficie de un liacutequido al entrar en contacto con un soacutelido El valor del aacutengulo de contacto depende principalmente de la relacioacuten que existe entre las fuerzas adhesivas entre el liacutequido y el soacutelido y las fuerzas cohesivas del liacutequido Cuando las fuerzas adhesivas con la superficie del soacutelido son muy grandes en relacioacuten a las fuerzas cohesivas el aacutengulo de contacto es menor de 90 grados teniendo como resultado que el liacutequido moja la superficie

Otros fenoacutemenos que influyen en el ascenso o descenso del liacutequido por un capilar es el valor relativo de las fuerzas de cohesioacuten entre las moleacuteculas de un mismo liacutequido y las fuerzas de adhesioacuten entre el liacutequido y las paredes del tubo Estas fuerzas determinan el aacutengulo de contacto que forma el liacutequido con las paredes del tubo Siacute este aacutengulo es pequentildeo se dice que el liquido moja la superficie y se entonces un menisco coacutencavo

Cuando las fuerzas de cohesioacuten son grandes en relacioacuten a las fuerzas adhesivas los aacutengulos de contacto tienden a ser grandes Cuando las fuerzas de cohesioacuten en relacioacuten a las fuerzas de adhesioacuten los aacutengulos de contacto son pequentildeos resultando en una tendencia del fluido a mojar la superficie

Una gota de liacutequido que se coloca en una soacutelida superficie no absorbente alcanzaraacute la condicioacuten de equilibrio cuando ocurra la situacioacuten de no hallarse maacutes allaacute del expandido La lectura del aacutengulo de contacto determinada en esta condicioacuten es el aacutengulo de contacto estaacutetico Para liacutequidos de altas viscosidades (Por ejemplo glicerina) es necesario esperar su expansioacuten total para llegar a una condicioacuten estaacutetica En materiales absorbentes cuando el liacutequido penetra en el sustrato el aacutengulo de contacto cambiaraacute continuamente como una funcioacuten de tiempo En ciertas aplicaciones (por ejemplo la cola de impresioacuten) el tiempo de proceso es algo criacutetico para el proceso del trabajo Para medir este aacutengulo de contacto dinaacutemico asiacute como el rango o grado de absorcioacuten y de expansioacuten es necesario captar una secuencia de imaacutegenes durante la interaccioacuten Los tensioactivos llamados tambieacuten surfactantes o agentes de superficie activa son especies quiacutemicas con una naturaleza o estructura polar-no polar con tendencia a localizarse en la interface formando una capa mono molecular adsorbida en la interface que cambia el valor de la tensioacuten superficial Las propiedades generales y comportamiento de los agentes tensioactivos se deben al caraacutecter dual de sus moleacuteculas (grupo hidroacutefilo y lipoacutefilo) es asiacute como el antagonismo entre estas dos

secciones de su moleacutecula y el equilibrio entre ellas es la que da al compuesto sus propiedades activas de superficie El grupo hidroacutefilo ejerce un efecto solubilizante y tiende a llevar a la moleacutecula a disolucioacuten completa El grupo hidroacutefobo en cambio es debido a su insolubilidad tiende a contrarrestar la tendencia del otro Siacute se logra el equilibrio adecuado entre los dos grupos se ve que la sustancia no se disuelve por completo ni queda sin disolver del todo concentraacutendose en la interface con sus moleacuteculas orientadas de tal forma que los grupos hidroacutefilos se orientan hacia la fase acuosa mientras que los hidroacutefobos hacia la no acuosa o a la fase vapor La clasificacioacuten se fundamenta en el poder de disociacioacuten del tensioactivo en presencia de un electrolito y de sus propiedades fisicoquiacutemicas Existen dos categoriacuteas principales IONICOS NO-IONICOS

Capilaridad

La capilaridad es la tendencia de un liacutequido a absorberse en un tubo estrecho (tubo capilar) Este fenoacutemeno es responsable de la propensioacuten que tienen algunos materiales porosos a absorber agua Por ejemplo esponjas telas y el suelo Noacutetese que los poros deben estar conectados para que el liacutequido pueda fluir a traveacutes del medio Cuando un tubo capilar de vidrio se pone en contacto con la superficie del agua esta establece su aacutengulo de contacto con la pared del capilar La tensioacuten superficial alrededor del periacutemetro del tubo produce una fuerza con una componente vertical causando que el agua suba dentro del tubo hasta que el peso de la columna de agua equilibra la fuerza vertical generada por la tensioacuten superficial La columna de agua en un tubo capilar se eleva hasta que la componente vertical de la tensioacuten superficial se equilibra con el peso de la columna

El hecho que las fuerzas adhesivas en el agua sean mayores que las cohesivas se manifiesta tambieacuten en la formacioacuten de un menisco coacutencavo (redondeado hacia abajo) en el extremo de la columna Cuando las fuerzas cohesivas son mayores que las adhesivas como en el caso del liacutequido mercurio se forma un menisco convexo (redondeado hacia arriba) Cuando las fuerzas adhesivas son mayores que las fuerzas cohesivas el menisco tiende a ser coacutencavo como en el caso de vidrio y agua Por otra parte cuando las fuerzas cohesivas son superiores a las adhesivas el menisco es convexo como en el caso de mercurio en vidrio

Las fuerza de tension superficial junto con los poros y su distribucion son responsables de la retencion de humedad en un suelo cualquiera

En la figura se observa que los contenidos de humedad del suelo a una misma energiacutea de retencioacuten son diferentes seguacuten textura ademaacutes que los rangos de humedad del suelo entre dos energiacuteas de retencioacuten (Por ejemplo 13 y 15 bar) difieren tambieacuten seguacuten textura Estos antecedentes son fundamentales al momento que se desea precisar la cantidad de humedad o agua aprovechable en el suelo (HA) desde un punto de vista agriacutecola

Curiosidades

Cuando un liacutequido estaacute en contacto con un soacutelido se ponen de manifiesto la cohesioacuten (fuerzas liquido-liacutequido) y la adherencia (fuerzas soacutelido-liacutequido) Si la primera es mayor que la segunda el liacutequido NO MOJA al soacutelido (A) Si por el contrario es mayor la segunda el liacutequido MOJA al soacutelido (B) Si echamos agua en un tubo de ensayo veremos que se forma un menisco coacutencavo (B) y al vaciar el agua siempre quedan gotas adheridas al tubo Si por el contrario llenamos un tubo con mercurio se formaraacute un menisco convexo (A) y al vaciarlo no quedaraacute ninguna gota de mercurio en el tubo Debido a las fuerzas de tensioacuten superficial pueden andar pequentildeos insectos sobre el agua sin hundirse o flotar una aguja ligeramente engrasada en un vaso de agua

PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES

Material de construccioacuten es el conjunto de sustancias utilizadas para producir un elemento constructivo

CLASIFICACION

bull Por su origen (naturales ndash artificiales)

bull Por su forma (amorfo ndash semiterminado ndash elemento simple)

POR SU ORIGEN A NATURALES Son aquellos que utilizamos sin modificacioacuten de sus cualidades y

realizando solo operaciones menores (extraccioacuten evaporacioacuten separacioacuten etc) Ejemplos arena maacutermoles piedras

B ARTIFICIALES Son los que deben recibir profundas transformaciones fisico - quimicas y modificar sus propiedades Ejemplos metales cemento vidrio

POR SU FORMA C AMORFOS Que no tiene forma geomeacutetrica definida

D SEMITERMINADOS Con seccioacuten transversal definida y longitud variable

E ELEMENTO SIMPLE Con forma y tamantildeo determinado

PROPIEDADES

Su estudio es necesario para poder fijar criterios de su utilizacioacuten en obra Interrogantes baacutesicos para tener en cuenta

1 Que material utilizar (propiedades fiacutesicas) 2 Cuanto material utilizar (propiedades mecaacutenicas) 3 Como utilizarlo (propiedades tecnoloacutegicas)

PROPIEDADES FISICAS bull FORMAS Y DIMENSIONES el conocimiento de esta propiedad permite determinar a

necesidad de crear medios de unioacuten adecuados para su empleo ( adicionar yo yuxtaponer para obtener un dispositivo) o en caso contrario buscar los procedimientos para efectuar las operaciones inversas ( cortes devastacioacuten) En las operaciones antedichas hay que verificar que no se modifiquen las propiedades del conjunto en relacioacuten con el ( los) elemento(s) original(es)

bull PESO ESPECIFICO se define como el peso de la unidad de volumen de un cuerpo

Pe= P V

Vap volumen aparente Cantidad de espacio ocupado por un cuerpo Vab volumen absoluto Cantidad de espacio ocupado por la materia que contiene un cuerpo

bull MASA es la cantidad de materia que contiene un cuerpo

bull POROSIDAD Se define la porosidad de un material como la relacioacuten del volumen de vaciacuteos (e) con el volumen aparente (Vap)

P= e Vap

Siendo e la diferencia entre Vap y Vab P es un numero en valor absoluto Cuando se quiere determinar su valor porcentual se expresa como

P x 100= Vap-Vab x 100

Por ejemplo material compacto sin aire P=0 Material con porosidad maacutexima P=1 P es el volumen de huecos por unidad de Vap

bull COMPACIDAD se denomina compacidad o grado de densidad al cociente del volumen absoluto Vab con el volumen aparente Vap

C= Vab Vap unidades en valor absoluto

Por ejemplo material compacto C=1 Porosidad maacutexima C=0 Relacioacuten entre porosidad y compacidad

E= Vap ndash Vab por lo tanto P= Vap ndash Vab

C= Vab Vap

Sumando ambas expresiones

Vab + Vap-Vab = Vab + Vap ndash Vab = Vap = 1

Vap Vap Vap Vap

Como conclusioacuten la suma de porosidad y compacidad es siempre igual a 1 para un material dado es decir que porosidad es lo contrario a la compacidad

bull HIGROSCOPICIDAD es la propiedad de algunos cuerpos o materiales de absorber el agua y modificar su peso

bull GRADO DE HUMEDAD (H) es la relacioacuten entre el peso del agua en el material (a) y

el peso del material seco (Ps)

H = a Ps x 100 valor porcentual

a = Ph ndash Ps x 100

El grado de humedad es maacuteximo cuando el agua llena todos sus vaciacuteos y decimos que el material estaacute saturado ( valor de saturacioacuten ) El liacutemite superior de grado de humedad seraacute infinito pues aumenta a medida que aumentan los vaciacuteos El grado de humedad miacutenimo es el material completamente seco o cuando es compacto sin aire y no puede absorber agua ( caso hipoteacutetico)

bull PERMEABILIDAD es la capacidad de ciertos materiales de dejarse atravesar por el agua u otro liquido Esta se mide por la cantidad de liquido que pasa a traveacutes de un cuerpo de espesor y superficies dadas en un tiempo dado y en condiciones de presioacuten

y temperaturas tambieacuten determinadas La permeabilidad aumenta con la presioacuten y la temperatura

bull HOMOGENEIDAD son materiales homogeacuteneos aquellos que en todos sus puntos tienen una estructura molecular igual o ideacutenticas propiedades fiacutesicas

Ejemplo Mat Homogeacuteneos metales fundidos vidrios Mat Heterogeacuteneos ladrillos hormigoacuten

PROPIEDADES TERMICAS

bull CALOR Es una magnitud que mide el contenido energeacutetico que posee un cuerpo debido al movimiento desordenado de sus moleacuteculas

bull TEMPERATURA Es una magnitud de intensidad que da la medida del valor medio de la energiacutea de las moleacuteculas aisladas

bull CALOR ESPECIFICO (capacidad caloriacutefica) Se entiende como calor especifico a la cantidad de energiacutea necesaria para elevar en un grado ordmC la temperatura de un kilogramo de un material determinado

bull CALOR LATENTE Es la energiacutea perdida o ganada cuando un cuerpo cambia de estado Se denomina como calor de fusioacuten de vaporizacioacuten o de condensacioacuten dependiendo de los correspondientes cambios de estado

bull DILATABILIDAD fenoacutemeno fiacutesico que permite el aumento del volumen de un cuerpo por el incremento de la temperatura Este fenoacutemeno se explica cualitativamente por la necesidad de mayor espacio entre las moleacuteculas por el aumento de sus vibraciones debido al incremento de la temperatura

Conocer las magnitudes es fundamental en construccioacuten para poder prever el libre juego de las estructuras y las consecuencias de su impedimento o la necesidad del acondicionamiento a traveacutes de las aislaciones

bull TRANSMISION DEL CALOR el calor se transmite de los cuerpos con mayor temperatura a aquellos de menor temperatura y permite el intercambio entre un sistema y el exterior

bull CONDUCCION se produce en los soacutelidos y los liacutequidos viscosos por la vibracioacuten molecular del cuerpo o sustancia y que lo transmite partiacutecula a partiacutecula

bull CONDUCTIVIDAD TERMICA (K) es la cantidad de calor expresado en kilocalorias que un cuerpo de 1 m2 de superficie y 1 m de espesor es capaz de transmitir por cada hora transcurrida y por cada ordmC de diferencia de temperatura entre sus caras

K= kcal

mHordmC

Concepto importante para fijar la transmisioacuten del calor a traveacutes de los elementos constructivos y para determinar espesores

bull CONVECCION se realiza a traveacutes de los fluidos en movimiento Este movimiento se produce justamente por las diferencias de temperatura formaacutendose corrientes convectivas

bull RADIACION Se produce sin intervencioacuten de los medios materiales por ejemplo el calor del sol llegando a la tierra Son radiaciones del tipo electromagneacuteticas

bull REFLEXION Y ABSORCION DEL CALOR los cuerpos de acuerdo a su permeabilidad al calor los definimos como ateacutermanos (impermeables) o diateacutermanos (permeables) siendo estos los que no modifican su temperatura al ser atravesados por la energiacutea caloriacutefica radiante Interesa en construccioacuten los ateacutermanos pues la energiacutea caloriacutefica radiante sufre al contacto con el cuerpo en proceso de reflexioacuten absorcioacuten y transmisioacuten

La energiacutea absorbida Ca aumenta la temperatura al cuerpo y la energiacutea reflejada Cr se convierte a su vez en una fuente de radiacioacuten

C = Ca ndash Cr siendo C calor recibido

Estos datos son importantes en el disentildeo pues nos da la pauta del calor que absorberaacute el compuesto y los dispositivos que deban operar consecuentemente Incide en estos aspectos tanto el calor como la textura de los cuerpos

PROPIEDADES ACUSTICAS

bull AISLACION ACUSTICA Capacidad de un cuerpo de impedir el pasaje de la onda sonora

bull ABSORCION ACUSTICA capacidad de un cuerpo de reducir el nivel sonoro al interior de su masa

bull REFLEXION Y REFRACCION cuando una onda pasa de un medio a otro se descompones y parte se refleja formando un angulo con la normal a la superficie llamando angulo e incidencia y otro atraviesa la superficie sufriendo un cambio de direccion en relacion al rayo incidente y formando un angulo con respecto al plano llamado angulo de refraccion y que depende de la densidad de los medios interconectados

PROPIEDADES MECANICAS

bull RESISTENCIA se denomina asiacute al mayor y menor grado de oposicioacuten que un cuerpo presenta a las fuerzas que tratan de deformarlo Esta oposicioacuten estaacute dada por la fuerza intermolecular que se opone a la separacioacuten entre ellas El grado de resistencia en general estaacute dado por el cociente entre la fuerza actuante y la seccioacuten transversal del mismo y se expresa en kg cm2

bull TENACIDAD ndash FRAGILIDAD Cuando una fuerza actuacutea sobre un cuerpo este siempre sufre deformaciones las cuales aumentan a medida que van aumentando las fuerzas Previo a la rotura por incremento de fuerzas los cuerpos pueden deformarse mucho en relacioacuten a su dimensioacuten primera mientras que otros apenas sufren pequentildeos deformaciones previas a la rotura Llamaremos tenacidad a la propiedad de aquellos cuerpos de tener deformaciones considerables y fragilidad a los que rompen con poca deformacioacuten previa

bull ELASTICIDAD es la propiedad de los cuerpos deformados de recuperar su forma inicial una vez desaparecida la carga deformante

bull PLASTICIDAD por oposicioacuten a elasticidad definimos elasticidad como la propiedad de mantener la deformacioacuten una vez desaparecida la fuerza actuante pero conservando la cohesioacuten

bull RIGIDEZ esta propiedad la adjudicamos a los cuerpos que para un esfuerzo dado sufren menores deformaciones

bull DUREZA esta propiedad se relaciona con la forma de penetracioacuten de un material en otro por intermedio de una fuerza Existen escalas de dureza por penetracioacuten a presioacuten (esfera de acero ndash diamante) llamada escala Briner o por rayado de una sobre otro llamada escala Mohs

bull ISOTROPIA esta propiedad define a los cuerpos que en todos y cada uno de los puntos de su masa presenta iguales propiedades y en cualquier direccioacuten considerada En oposicioacuten son anisotropos aquellos que sufren deformaciones diferentes de acuerdo a la direccioacuten actuante por ejemplo maderas

PROPIEDADES TECNOLOGICAS

Conformar mediante golpes Existen diferentes operaciones

bull SEPARACION dar forma y tamantildeo adecuado cortando o dividiendo bull AGREGACION unir por medios fiacutesico quiacutemicos o mecaacutenicos materiales de igual o

distinta especie bull TRANSFORMACION son aquellas operaciones que modifican el material sin

agregados o supresiones Existen diferentes propiedades

bull FRAGILIDAD Conformar mediante golpes bull MALEABILIDAD laminacioacuten bull DUCTILIDAD hilos bull PLASTICIDAD retener formas nuevas bull SOLDABILIDAD unir mediante soldado (eleacutectrico autoacutegena)

ESTRUCTURA FISICA DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION

El conocimiento de las caracteriacutesticas fiacutesicas de los principales materiales de construccioacuten y aislamiento para el teacutecnico en construccioacuten son tan imprescindibles como el dominio de los caacutelculos teoacutericos esteacuteticos Las propiedades tan distintas de los materiales pueden ser muy difiacutecilmente concretadas en la mayoriacutea de los casos Ademaacutes el resultado de los caacutelculos teoacutericos solo puede tener un sentido con un profundo conocimiento de las estructuras fiacutesicas de los materiales

PROPIEDADES CRITICAS Hay ciertas propiedades de los materiales que interesan porque afectan las propiedades fiacutesicas de la construccioacuten estas propiedades muy a menudo se omiten en tratados de construccion Entre ellas las maacutes importantes son

bull Propiedades aislantes de conductibilidad o de inercia teacutermica bull Velocidad de absorcioacuten de la humedad bull Capacidad para la raacutepida disipacioacuten de la humedad

bull Capacidad higroscoacutepica de los materiales bull Inalterabilidad estructural del material ante la humedad bull Inalterabilidad de forma y volumen ante los cambios de temperatura y humedad bull Comportamiento del material ante temperaturas extremas ante condiciones de mala

ventilacioacuten cambios raacutepidos de temperaturas y ante ala exposicioacuten de los rayos solares

bull Conservacioacuten o variacioacuten de las propiedades ante influencia de humedad o temperatura

bull Facilidad a la corrosioacuten o peacuterdida de las propiedades bull Propiedad electroliacutetica en metales bull Envejecimiento por el paso del tiempo y por las inclemencias atmosfeacutericas

El comportamiento de los materiales debido a estas circunstancias no depende del material en siacute sino tambieacuten en su estructura celular

CAMARAS DE AIRE Por el nombre de caacutemara de aire se entiende generalmente un espacio grande o pequentildeo lleno de aire dentro de un material o de un elemento constructivo Los espacios grandes son poco apropiados en el sentido fiacutesico- constructivo pues permiten movimientos de aire y formacioacuten de condensacioacuten en las superficies friacuteas Para el aislamiento solo son uacutetiles las caacutemaras de aire pequentildeas

BURBUJAS Son caacutemaras de aire cerradas pequentildeas de forma esfeacuterica o eliacuteptica resistentes a la presioacuten debido a su pequentildeo tamantildeo no permiten el fenoacutemeno de la conveccioacuten Un material lleno de burbujas tiene normalmente un elevado coeficiente de aislamiento teacutermico Este puede ser muy bueno cuando las paredes de estas burbujas son poco porosas o impermeables En este caso el material es un poco permeable al paso de la humedad (agua y vapor) por eso los materiales aislantes destinados a sitios poco ventilados o que no pueden desprenderse de la humedad deberiacutean ser de naturaleza llena de burbujas cerradas

POROS DISTRIBUCION Y TAMANtildeO DE LOS MISMOS Poros son caacutemaras de aire pequentildeas comunicadas entre siacute con el aire Se puede tratar de poros circulares o aperturas muy finas en la superficie (superficie porosa) o de canales de comunicacioacuten muy finos Los poros se forman por la conduccioacuten de conductos naturales o artificiales En materiales calcinados tambieacuten se forman poros caracteriacutesticos La cantidad tamantildeo forma y distribucioacuten de estos poros tienen una influencia decisiva sobre la capacidad de aislamiento teacutermico y el comportamiento ante la humedad del material Dos elementos de mismo material pueden tener el mismo peso especifico o la misma densidad de poros y sin embargo tener un aislamiento teacutermico diferente Cuando la misma cantidad de aire se distribuye en muchos poros pequentildeos aumenta la resistencia a la conductibilidad teacutermica sin embargo a aumentar el tamantildeo de los poros disminuye el aislamiento termico Al bajar el promedio de tamantildeo de los poros de un material aumenta su capacidad de aislamiento Asiacute se puede determinar para poros

bull Maacutes pequentildeos de 1mm ademaacutes de la conveccioacuten se acumula tambieacuten la radiacioacuten bull Maacutes pequentildeos de 10mm se anula la conductibilidad del calor por conveccioacuten

A la eficacia del tamantildeo de los poros se debe por ejemplo con materiales de fibra y espumas de resina artificial

bull Con una densidad baja (poros grandes) el aislamiento sea bastante bajo bull Con densidad media la capacidad de aislamiento aumenta porque al crecer la densidad

disminuye el tamantildeo de los poros bull Con densidad mayor vuelve a perder aislamiento debido a que los poros disminuye al

aumentar la densidad

Para cada clase de material corresponde una densidad determinada para lograr un aislamiento oacuteptimo Al bajar esta densidad se perjudica el aislamiento debido al aumento de poros Al subir de la densidad oacuteptima tambieacuten se perjudica el aislamiento pues los poros son desplazados por material Sabiendo esto es faacutecil de explicar porque pruebas de hormigoacuten ligero con materiales reconocidos y con la densidad prescripta no correspondiacutean al aislamiento teacutermico esperado El uacutenico motivo eran los poros demasiado grandes

CAPILARES Conducto a capilares son canales de diaacutemetro finiacutesimo que serpentean a traveacutes del material como una red en conexioacuten con el aire y entre siacute Por fenoacutemenos de capilaridad los liacutequidos (agua) empapan estos materiales y avanzan a traveacutes de ellos incluso subiendo venciendo la fuerza de gravedad Motivo determinante de estos fenoacutemenos de capilaridad es el diaacutemetro de los canalillos El agua sube en estos conductos seguacuten su diaacutemetro

100 mm

diaacutemetro sube 15 mm

001 mm diaacutemetro sube 1500 mm 00001 mm diaacutemetro sube 150000 mm

Tambieacuten influyen en estos fenoacutemenos la forma de es tos conductos asiacute en capilares de forma coacutenica que se van estrechando el agua avanza maacutes raacutepidamente La capilaridad de un material puede ser una ventaja o un inconveniente pero en todos los casos es una caracteriacutestica importante en considerar

ESTRUCTURA CELULAR El porcentaje de poros abiertos o cerrados dentro de un material puede ser muy distinto dentro de un mismo material Un material puede tener una estructura

bull Celular abierta bull Celular cerrada bull Celular mixta

Un material lleno de burbujas es de ceacutelulas cerradas Existe por ejemplo espuma de vidrio tanto de ceacutelulas cerradas como de ceacutelulas abiertas El primer material es un buen aislante teacutermico el segundo un buen aislante acuacutestico (la opinioacuten de muchos de la espuma de vidrio de ceacutelulas cerradas es ademaacutes de un buen aislante teacutermico un buen aislante acuacutestico no se ha visto confirmado) Una espuma plaacutestica porosa u hormigoacuten poroso no tienen solo burbujas sino tambieacuten conductos capilares y son por tanto de estructura celular abierta y no tienen conductos capilares La estructura celular no es lo uacutenico que determina el comportamiento fiacutesico de un material ya que el material en siacute y su composicioacuten quiacutemica tienen una influencia importante La estructura explica sin embargo la capacidad o la deficiencia del material para ser empleado como aislamiento o como cerramiento Cuando capas de material de poros finos estaacuten estrecho contacto con otros poros mayores la humedad siempre avanza de los poros gruesos a los finos nunca al reveacutes Materiales de poros abiertos pueden tener canales verticales que actuacutean como conductores capilares y absorben agua como por ejemplo fibras vegetales calcinadas La humedad sin embargo proviene no solo de os materiales vecinos sino tambieacuten del aire Los materiales tienden a equilibrar su presioacuten higroscoacutepica con la humedad del aire de acuerdo con su temperatura y humedad Para placas de aislamiento es conveniente que esta tendencia sea la maacutes baja posible sino nos encontramos en la praacutectica con que el contenido de humedad es demasiado alto Se ha calculado para cada material la humedad de equilibrio higroscoacutepico teacutecnicamente se determina en condiciones ambientales y viene determinada por la temperatura y humedad del aire La cantidad de humedad de equilibrio higroscoacutepico depende no solo de la

estructura celular sino tambieacuten de la composicioacuten quiacutemica del material Por ejemplo virutas de madera cuyo material de cohesioacuten sea cemento o sulfato de magnesio Materiales pesados como bloques de cemento o ladrillos pesados no absorben mucha cantidad de agua debido a su pequentildea cantidad de poros Piedras ligeras como ladrillos de escoria o ladrillos ligeros tienen un volumen tan grande de poros que no llegan a producirse los fenoacutemenos de capilaridad El hormigoacuten poroso tiene la mayor parte de poros cerrados y redondos y por ello un caraacutecter totalmente distinto del caraacutecter capilar de algunos ladrillos En hormigones porosos el agua rellena las caacutemaras y con ello forma puentes teacutermicos que alteran mucho el comportamiento teacutermico del material

LOS MATERIALES

LADRILLO

Material inalterable a la humedad con red capilar interna Retiene humedad y tiene buena inercia teacutermica Es apropiado por su caracteriacutestica de respirar para ambientes huacutemedos Tienen un K moderado y su comportamiento teacutermico ha superado mucho con el ladrillo hueco Inalterabilidad (conserva sus propiedades) Requiere mucha mano de obra

HORMIGOacuteN

Material de gran masa y alto K Alta densidad y baja absorcioacuten (10 al 15) como tambieacuten baja disipacioacuten La difusioacuten del vapor no lo afecta Su retraccioacuten de fraguado es baja Permite dilataciones importantes

MADERAS

Estructura vascular Este material determina sus caracteriacutesticas de acuerdo a su red capilar La absorcioacuten diferencial de cada especie la condiciona su cambio de forma y volumen El ordenamiento fibroso le otorga propiedades fiacutesico- mecaacutenicas diferentes Bajo coeficientes de dilatacioacuten Expuesto al ataque de insectos y hongos Caracteriacutestica baacutesica giroscoacutepica anisoacutetropa Madera industrializada finalidad es otorgarle o quitarle propiedades a las maderas naturales para lograr productos estables y duraderos

VIDRIO

Liquido sub-enfriado Producto de masa riacutegida y fraacutegil con una densidad y dilatacioacuten semejante al hormigoacuten Es inalterable a los agentes quiacutemicos pero puede ser atacado por la intemperie Tiene gran transmisibilidad teacutermica dada por su escaso espesor Aparte de los vidrios comunes se industrializan una gran variedad para aplicacioacuten de diversas circunstancias

METALES

Es el material que maacutes se emplea en la construccioacuten bajo las maacutes diversas formas y caracteriacutesticas como tambieacuten en cuanto a su naturaleza Gran conductibilidad y dilatacioacuten Raacutepida perdida del calor (sensacioacuten friacutea) Gran condensacioacuten superficial Impermeable Sensibilidad quiacutemica al contacto entre ellos (corrosioacuten electroliacutetica)

FERROSOS (hierro-Acero) bull Sensible a la corrosioacuten y a las cales bull Alta densidad y transmisioacuten teacutermica

bull Se protegen mediante metalizados (galvanizados emplomado) esmaltados plastificados

bull Existen aleaciones acero inoxidable acero al molibdeno

NO FERROSOS

CINC bull Densidad semejante al hierro bull Gran transmisioacuten teacutermica bull Fraacutegil bull Oxidacioacuten auto protectora (gris) bull Se determinan en presencia de materiales aglomerados

COBRE bull Enorme vida uacutetil(hay cubiertas de 900 antildeos) bull Oxidacioacuten auto protectora (verdosa) bull Gran conductividad teacutermica y eleacutectrica bull Maleable duacutectil forjable soldable bull No debe ponerse en contacto con otros materiales

PLOMO bull Se oxida formando cenizas de plomo bull Es atacado por el cemento y la cal bull Maleable moldeable blando y facilidad de corte bull Muy alta densidad bull Puede contactarse con todos los metales

ALUMINIO bull Baja densidad bull Inalterabilidad frente al medio exterior (anodizado) bull Gran transmisioacuten y dilatacioacuten teacutermica bull Maleable pintable bull No puede adosarse a metales pesados (hierro acero) bull Atacable por morteros

LOS PROCEDIMIENTOS FISICOS EN LA CONSTRUCCION

Creemos que es muy importante para el teacutecnico en construccioacuten conocer el desgaste fiacutesico que afecta a materiales y elementos constructivos

TIPOS DE DESGASTE FISICO Las condiciones maacutes importantes que deben cumplir los materiales de construccioacuten son

bull Desprendimiento de la humedad bull Resistencia a las inclemencias atmosfeacutericas lluvia viento nieve sol bull Resistencia a las peacuterdidas de calor en invierno bull Resistencia a las ganancias de calor de verano bull Resistencia fiacutesica a la humedad interior (vapor y liquida) bull Aislamiento acuacutestico

Estas exigencias son en su mayor parte cambios de temperatura s y humedad Ademaacutes de esto todos los elementos exteriores de la construccioacuten experimentan unos cambios perioacutedicos de temperatura y es interesante saber que mutaciones producen estos fenoacutemenos en su estructura y forma y en que cuantiacutea afectan sus propiedades fiacutesicas

TRANSMISION DE TEMPERATURA Y HUMEDAD En el proacuteximo apartado apuntaremos los principales baacutesicos de los fenoacutemenos fiacutesicos de la construccioacuten sin el conocimiento de los mismos no es posible resolver adecuadamente los problemas de disentildeo TRANSMISION DE TEMPERATURA El calor cuya unidad de medida es la kilocaloriacutea siempre sigue la ley de caiacuteda de temperatura siempre pasa de un ambiente caliente a otro maacutes friacuteo nunca al reveacutes Asiacute en invierno las paredes transmiten calor de dentro afuera y los techos y azoteas de abajo arriba estos procesos o se pueden evitar ni invertirlos lo uacutenico que se puede hacer es frenarlos o disminuirlos En verano estos procesos son inversos Hay que tener en cuenta que bajo la influencia del sol las paredes exteriores y sobre todo las azoteas planas que reciben la radiacioacuten solar estaacuten maacutes calientes que el aire que las rodea Los diversos procesos de transmisioacuten de calor los damos por conocidos La conduccioacuten teacutermica se puede medir faacutecilmente con la ayuda de los valores de los coeficientes teacutermicos de transmisioacuten El proceso de conduccioacuten que se produce en gases o liacutequidos se observan normalmente en nuestra vida cotidiana La radiacioacuten a pesar de su enorme importancia es a lo que menos atencioacuten se presta Cuando dos cuerpos estaacuten a distinta temperatura t estaacuten separados por un medio permeable a la radiacioacuten se produce un cambio porque el cuerpo maacutes caliente enviacutea calor al cuerpo maacutes friacuteo por radiacioacuten Este fenoacutemeno es importante en espacios vaciacuteos y caacutemaras de aire usadas en la construccioacuten La radiacioacuten que se produce en elementos de calefaccioacuten como estufas y radiadores tiene importancia para la temperatura de las superficies de elementos exteriores propensos a la compensacioacuten Todos estos procesos de cambios de calor son percibidos por el cuerpo humano incluso la radiacioacuten a pesar de que no necesita medio conductor Pero ninguno de nuestros sentidos capta la existencia o los cambios de vapor de agua por este motivo durante mucho tiempo se ha sabido tan poco de los procesos de difusioacuten y no se les ha dado ninguna importancia LA TRANSMISION DE HUMEDAD EN ESTADO DE VAPOR La humedad en firma de vapor se mide por gramos de agua por m3 de aire (grm3) O por la medida de la presioacuten del vapor de agua en el aire El vapor de agua siempre pasa del ambiente donde hay maacutes presioacuten de vapor a la inferior Estos movimientos que se producen sin ayuda de otros medios e incluso venciendo la gravedad se conocen por difusioacuten La direccioacuten de la difusioacuten se determina por el contenido absoluto de vapor de agua el vapor de agua se dirige a donde su contenido absoluto es menor Esta ley no solo es vaacutelida para el aire sino tambieacuten para el vapor de agua que contiene los materiales y los aislantes que empleamos en la construccioacuten y siguiendo la pendiente de la presioacuten de vapor de agua se transmite por los poros y conductos capilares de los materiales La difusioacuten de vapor se puede producir cuando las temperaturas estaacuten equilibradas pero en la praacutectica lo normal es que estos procesos tengan lugar con cambios importantes de temperaturas como se puede comprobar con caacutelculos detallados En las eacutepocas extremas el calor y el vapor van en el mismo sentido es decir del lugar maacutes caliente al maacutes friacuteo esto es vaacutelido tanto para edificios con calefaccioacuten como con refrigeracioacuten La difusioacuten del vapor es independiente de la presioacuten baromeacutetrica del aire y solo busca equilibrar la presioacuten de vapor Por estos motivos los materiales constructivos y aislantes se pueden humedecer de manera considerable ya que si la presioacuten de vapor sobrepasa la presioacuten de saturacioacuten se produce agua de condensacioacuten Cuando se produce este fenoacutemeno con temperaturas inferiores a 0ordmC se puede producir hielo lo cual es un fenoacutemeno que debe tenerse en cuenta sobre todo para edificios frigoriacuteficos

LA TRANSMISIN DE HUMEDAD EN ESTADO LIQUIDO La mayoriacutea de elementos constructivos contienen agua que se mueve seguacuten la estructura capilar del material En materiales que no tienen capilares no se produce transporte de agua Sin embargo en el yeso los ladrillos el mortero y otros materiales capilares el movimiento de agua es continuo La humedad liquida o sea el agua siempre se traslada hacia el lugar relativamente maacutes seco a traveacutes de la red capilar El vapor de agua se difunde hacia donde es absolutamente seco El vapor de agua se difunde hacia donde es absolutamente seco Esto puede significar que el vapor y el agua vayan en el mismo sentido pero es frecuente tambieacuten que ocurra lo contrario Sin conocimiento de estos procesos no se pueden comprender las caracteriacutesticas de una pared de ladrillo y tampoco entre una pared de ladrillo y una de hormigoacuten ligero RELACIONES ENTRE TRANSPORTES DE HUMEDAD Y DE VAPOR Los procesos descriptos tienen una estrecha vinculacioacuten y son inseparables La intensidad del flujo teacutermico depende del salto teacutermico al disminuir el salto teacutermico tambieacuten disminuye la cantidad de calor trasladado Hay una diferencia entre las transmisiones de calor constantes y las irregulares que se pueden presentar perioacutedicamente y que incluso pueden llegar a presentarse en sentido inverso La intensidad de los procesos de difusioacuten del vapor de agua depende de la pendiente de la presioacuten de vapor Estos procesos a veces se producen en la praacutectica a la inversa o sea los periodos en los que los elementos constructivos absorben humedad se alteran con otros periodos en los que los elementos constructivos absorben humedad se alternan con otros en los que desprenden humedad y se secan Por este motivo es necesario mucho tiempo para que se hagan visibles los encharcamientos de agua originados solamente por la difusioacuten de vapor de agua El transporte de agua capilar es a menudo opuesto al de la difusioacuten del vapor En elementos capilares se transporta mucha maacutes agua en estado liquido que en forma de vapor en direccioacuten opuesta En casos desfavorables el movimiento capilar del agua aumenta en difusioacuten de vapor Esto se presenta siempre cuando el aire en el lado friacuteo esta maacutes seco tanto relativa como absolutamente Esto es faacutecil de controlar con la lectura de los datos climaacuteticos tanto interiores como exteriores LOS MATERIALES Y ELEMENTOS SIMPLES Caracteriacutesticas comportamiento y degradacioacuten

DEFINICIONES Materia de construccioacuten (todo cuerpo natural o elaborado que se emplea en construccioacuten) Materiales de construccioacuten amorfa (que no tiene forma geomeacutetrica definida) y materiales de construccioacuten semiterminados con seccioacuten definida y longitud variable Elementos simples de construccioacuten (material de construccioacuten con forma y tamantildeo determinados

EXIGENCIAS DEL MATERIAL Y SUS CONDICIONES Estructura para el anaacutelisis de un material de construccioacuten

bull Caracteriacutesticas organoleacuteptica (color textura olor) bull Culturales representativas esteacuteticas bull Propiedades quiacutemicas fiacutesicas mecaacutenicas tecnoloacutegicas bull Comportamiento frente a los ataques (degradacioacuten) fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos bull Nivel exigencial

o Habitabilidad o Durabilidad (costo inicial y diferida uso mantenimiento proteccioacuten reposicioacuten) o Viabilidad econoacutemica

bull Uso mantenimiento y proteccioacuten bull Normas y especificaciones reglas de calidad bull Ensayos

bull Tipos o Clasificacioacuten o Origen y composicioacuten o Formas de extraccioacuten tratamiento y produccioacuten

bull productos y elementos derivados o factores tecnoloacutegicos o comercializacioacuten o denominaciones y dimensiones de mercado o productores marcas comerciales o tecnologiacutea de produccioacuten o Distribucioacuten y suministro

TIPO Y CLASIFICACION bull Vegetales

o Maderas o Corcho o Cantildeas mimbres pajas o Fibras tejidos cuerda o Papeles cartones o Otros

bull Peacutetreos naturales o Origen eruptivo (iacutegneas) granitos basaltos poacuterfidos lavas o Origen sedimentario areniscas calcaacutereas cuarcitas arenas o Origen metamoacuterfico maacutermoles gneises esquistos pizarras

bull Arcillas y productos ceraacutemicos o Arcillas y suelo adobe tierra apisonada suelos estabilizados tierra paja

otros o Ceraacutemicos porosos ladrillos ticholos rejillas revestimientos bovedillas etc o Ceraacutemicos no porosos gres mayoacutelica loza porcelana fibras ceraacutemicas etc

bull Peacutetreos artificiales o Aglomerantes cemento (natural Poacutertland especiales para albantildeileriacutea) cal

(aeacuterea hidraacuteulica) yeso (mortero enduiacutedo adhesivo) asfalto arcilla o Aglomerados morteros de cal de cemento de yeso de hidrocarbonados de

suelos o Hormigones para hormigoacuten armado cicloacutepeo aireados aligerados otros o Elementos simples bloques bovedillas otros

bull Metales o Metales ferrosos y aleaciones hierro acero fundicioacuten o Metales no ferroso aluminio y aleaciones cobre y aleaciones (bronce latoacuten

etc) magnesio y aleaciones estantildeo zinc plomo varios bull Viacutetreos

o Vidrios y cristales transparentes comunes trasluacutecidos compuestos templados coloreados otros

o Bloques baldosas patines o Revestimiento vidrios prensados o Fibras velo lana o Vidrio soluble

bull Poliacutemeros o Origen natural celuloide acetatos (celofaacuten) otros o Origen sinteacutetico fenoplaacutesticos amino plaacutesticos vinilitos poliamidas acriacutelicos

estirenos etilenos cauchos poliuretanos siliconas bull Pinturas

o Al agua ala cal al cemento otras o Al aceita

o Oacuteleo resinoso(barnices) o Seguacuten gigante celuloacutesicas caucho clorado alquiacutelicas vinaacuteticas acriacutelicas

epoxiacutedicas poliuretaacutenicas estireacutenicas fenoacutelicas siliconas poliamidas otras bull Hidrocarbonados

o Betunes o Asfaltos o Alquitranes y breas o Emulsiones o Soluciones o Ligantes mixtos o Otros

bull Aditivos para morteros y hormigones o Hidroacutefugos plastificantes aceleradores o Retardadores aireantes curadores anticongelantes fluidificantes otros

bull Aditivos y mastiques o Adhesivos de origen animal vegetal sinteacutetico o Mastiques bituminosos de aceites vidrio soluble sinteacuteticos (poliacutemetros)

LOS DISPOSITIVOS (ELEMENTOS COMPUESTOS)

SINOacuteNIMOS Dispositivo (lenguaje comuacuten) elemento compuesto(UNIT) unidad funcional (ICE) elemento complejo Factores de disentildeo y condiciones de calidad Seleccioacuten de los materiales Determinantes dimensionales y econoacutemicas

DEFINICIONES

LOS DISPOSITIVOS CONSTRUCTIVOS producto de construccioacuten constituido por elementos simples yo combinados con materiales ( amorfos o semiterminados) que tiene forma tamantildeo y caracteriacutesticas funcionales definidas Son complejos en si mismos pero adquieren sentido al formar pare de un suprasistema superior

OBJETIVOS TIPOS

Objetivos especiacuteficos (uacutenico) o muacuteltiple Tipos

bull De delimitacioacuten espacial cerramientos bull De acondicionamiento bull De estabilizacioacuten (estructurales o portantes) bull De circulacioacuten y transporte bull De suministro y evacuacioacuten

BIBLIOGRAFIA

1 F EICHLER ndash ldquoPATOLOGIAS DE LA CONSTRUCCIONrdquo capitulo 1 2 DEPARTAMENTO DE ENSENtildeANZA DE LAS TECNOLOGIAS DE LA CONSTRUCCION

Universidad de La Repuacuteblica 3 AGENCIA CYTA Instituto Leloir 4 INICIACION A LA MATERIA Mariano Gaite Cuesta 5 VISIONLEARNING 6 DIARIO EL MUNDO Infografiacuteas 7 JUNTA DE ANDALUCIA Consejeriacutea de Educacioacuten y ciencia

Materia

Estado soacutelido

Estado liacutequido

Estado gaseoso

Plasma

Aire - Gas Agua - Liacutequido Tierra - Soacutelido Fuego - Plasma



LAS 3 LEYES DE LA TERMODINAMICA

E=0

Cambios de estado


Capilaridad

Curiosidades


CLASIFICACION

Por su origen (naturales ndash artificiales)

Por su forma (amorfo ndash semiterminado ndash elemento simple)

POR SU ORIGEN

POR SU FORMA

PROPIEDADES

PROPIEDADES FISICAS

Pe= P V

P= e Vap


Vap


Vap

C= Vab Vap


Vap Vap Vap Vap



Ps


K= kcal

mHordmC





PROPIEDADES CRITICAS

CAMARAS DE AIRE

BURBUJAS

POROS DISTRIBUCION Y TAMANtildeO DE LOS MISMOS

CAPILARES

ESTRUCTURA CELULAR

LOS MATERIALES

LADRILLO

HORMIGOacuteN

MADERAS

VIDRIO

METALES

FERROSOS (hierro-Acero)

NO FERROSOS

CINC

COBRE

PLOMO

ALUMINIO


TIPOS DE DESGASTE FISICO

TRANSMISION DE TEMPERATURA Y HUMEDAD

TRANSMISION DE TEMPERATURA

LA TRANSMISION DE HUMEDAD EN ESTADO DE VAPOR

LA TRANSMISIN DE HUMEDAD EN ESTADO LIQUIDO

RELACIONES ENTRE TRANSPORTES DE HUMEDAD Y DE VAPOR

LOS MATERIALES Y ELEMENTOS SIMPLES

DEFINICIONES

EXIGENCIAS DEL MATERIAL Y SUS CONDICIONES

TIPO Y CLASIFICACION


DEFINICIONES

OBJETIVOS TIPOS

BIBLIOGRAFIA

Si tenemos un liacutequido cuya temperatura de ebullicioacuten es de 100 grados y funde a cero grado podemos asegurar que es agua pura Si un liacutequido hierve a los 78 grados se trataraacute del conocido alcohol etiacutelico o comuacuten Y asiacute para cada una de las sustancias que nos rodean Sabemos que el agua y otras sustancias se evaporan aunque no hiervan Ello se debe a que en la superficie de un liacutequido siempre hay moleacuteculas que se pueden escapar de eacutel usando energiacutea que toman del medio ambiente Podemos describir una propiedad del agua que no soacutelo resulta interesante sino que nos hace pensar que los mecanismos fiacutesicos y quiacutemicos que la naturaleza usa no son casuales poseen una loacutegica que supera la inteligencia humana El agua es el uacutenico liacutequido que al enfriarse sus moleacuteculas se colocan en una posicioacuten tal que hacen que aumente su volumen Esto permite que su densidad (relacioacuten entre masa y volumen) disminuya de modo que el hielo flota por encima del liacutequido Prueba de ello la tenemos al observar un cubito en un vaso de agua Esta propiedad permite que en los lagos de los paiacuteses de clima friacuteo cuando se congelan en invierno la masa de hielo formada quede flotando de modo que se preserva el bioma (seres vivientes) del lugar conservaacutendose tambieacuten el calor interno de la laguna Si sucediera lo contrario cada invierno moririacutea todo lo viviente y no se dariacutean los ciclos de vida a lo largo del tiempo1

1 AGENCIA DE NOTICIAS CIENTIacuteFICAS Y TECNOLOacuteGICAS (CyTA-INSTITUTO LELOIR)

Materia

Piedra Piel

Estado liacutequido

Estado gaseoso

Plasma

Fuego - Plasma

Cambios de estado

Capilaridad

Curiosidades

CLASIFICACION

PROPIEDADES

Pe= P V

P= e Vap

C= Vab Vap

Vap Vap Vap Vap

K= kcal

mHordmC

100 mm

LOS MATERIALES

LADRILLO

HORMIGOacuteN

MADERAS

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NO FERROSOS

DEFINICIONES

OBJETIVOS TIPOS

BIBLIOGRAFIA

Materia

Estado soacutelido

Estado liacutequido

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E=0

Cambios de estado


Capilaridad

Curiosidades


CLASIFICACION



POR SU ORIGEN

POR SU FORMA

PROPIEDADES

PROPIEDADES FISICAS

Pe= P V

P= e Vap


Vap


Vap

C= Vab Vap


Vap Vap Vap Vap



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K= kcal

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CAMARAS DE AIRE

BURBUJAS


CAPILARES

ESTRUCTURA CELULAR

LOS MATERIALES

LADRILLO

HORMIGOacuteN

MADERAS

VIDRIO

METALES


NO FERROSOS

CINC

COBRE

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ALUMINIO









DEFINICIONES




DEFINICIONES

OBJETIVOS TIPOS

BIBLIOGRAFIA

Materia

Piedra Piel

Estado liacutequido

Estado gaseoso

Plasma

Fuego - Plasma

Cambios de estado

Capilaridad

Curiosidades

CLASIFICACION

PROPIEDADES

Pe= P V

P= e Vap

C= Vab Vap

Vap Vap Vap Vap

K= kcal

mHordmC

100 mm

LOS MATERIALES

LADRILLO

HORMIGOacuteN

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METALES

NO FERROSOS

DEFINICIONES

OBJETIVOS TIPOS

BIBLIOGRAFIA

Materia

Estado soacutelido

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Cambios de estado


Capilaridad

Curiosidades


CLASIFICACION



POR SU ORIGEN

POR SU FORMA

PROPIEDADES

PROPIEDADES FISICAS

Pe= P V

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Vap


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C= Vab Vap


Vap Vap Vap Vap



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K= kcal

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CAMARAS DE AIRE

BURBUJAS


CAPILARES

ESTRUCTURA CELULAR

LOS MATERIALES

LADRILLO

HORMIGOacuteN

MADERAS

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NO FERROSOS

CINC

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ALUMINIO









DEFINICIONES




DEFINICIONES

OBJETIVOS TIPOS

BIBLIOGRAFIA

Piedra Piel

Estado liacutequido

Estado gaseoso

Plasma

Fuego - Plasma

Cambios de estado

Capilaridad

Curiosidades

CLASIFICACION

PROPIEDADES

Pe= P V

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C= Vab Vap

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100 mm

LOS MATERIALES

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HORMIGOacuteN

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NO FERROSOS

DEFINICIONES

OBJETIVOS TIPOS

BIBLIOGRAFIA

Materia

Estado soacutelido

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Cambios de estado


Capilaridad

Curiosidades


CLASIFICACION



POR SU ORIGEN

POR SU FORMA

PROPIEDADES

PROPIEDADES FISICAS

Pe= P V

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LADRILLO

HORMIGOacuteN

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NO FERROSOS

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DEFINICIONES




DEFINICIONES

OBJETIVOS TIPOS

BIBLIOGRAFIA

Estado liacutequido

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PROPIEDADES

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POR SU ORIGEN

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DEFINICIONES




DEFINICIONES

OBJETIVOS TIPOS

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DEFINICIONES




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DEFINICIONES




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BIBLIOGRAFIA

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DEFINICIONES




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BIBLIOGRAFIA

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DEFINICIONES




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Curiosidades

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PCII 2009 TALLER LOMBARDI – CREMASCHI – … · átomos se combinan para formar moléculas, éstas se atraen entre sí para conformar los distintos estados de la materia, conocidos