Propiedades Mecánicas De Los Materiales Estructurales j12r

Diseño de Estructuras 12/08/2014

Alumno: Nava Hernández José Luis

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES ESTRUCTURALES 1.- Rigidez: La rigidez es la capacidad de un objeto material para soportar esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones y/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.

2.- Elasticidad: Es la propiedad de un material que le permite regresar a su tamaño y formas originales, al suprimir la carga a la que estaba sometido. Esta propiedad varía mucho en los diferentes materiales que existen. Para ciertos materiales existe un esfuerzo unitario más allá del cual, el material no recupera sus dimensiones originales al suprimir la carga. A este esfuerzo unitario se le conoce como Límite Elástico.

3.- Plasticidad: Esto todo lo contrario a la elasticidad. Un material completamente plástico es aquel que no regresa a sus dimensiones originales al suprimir la carga que ocasionó la deformación.

4.- Maleabilidad Es la propiedad de la materia, que junto a la ductilidad presentan los cuerpos a ser labrados por deformación, la maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas. El elemento conocido más maleable es el oro, que se puede malear hasta láminas de una diezmilésima de milímetro de espesor. También presentan esta característica otros metales como el platino, la plata, el cobre, el hierro y el aluminio.

5.- Ductilidad

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Capacidad que presentan algunos materiales de deformarse sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material, bajo la acción de una fuerza.

6.- Elasticidad Propiedad en virtud de la cual un cuerpo se deforma de manera proporcional a la carga aplicada y recupera su forma original una vez ha cesado la acción de la carga. Un cuerpo se denomina perfectamente elástico si no experimenta deformaciones permanentes, es decir, siempre recupera su figura inicial.

7.- Resiliencia La Resiliencia es la magnitud que cuantifica la cantidad de energía que un material puede absorber al romperse por efecto de un impacto, por unidad de superficie de rotura. Se diferencia de la tenacidad en que esta última cuantifica la cantidad de energía absorbida por unidad de superficie de rotura bajo la acción de un esfuerzo progresivo, y no por impacto. El ensayo de resiliencia se realiza mediante el Péndulo de Charpy, también llamado prueba Charpy. 8.- Tenacidad La tenacidad es la energía total que absorbe un material antes de alcanzar la ruptura, por la presencia de una carga. 9.- Dureza Se llama dureza al grado de resistencia al rayado que ofrece un material. La dureza es una condición de la superficie del material y no representa ninguna propiedad fundamental de la materia. Se evalúa convencionalmente por dos procedimientos. El más usado en metales es la resistencia a la penetración de una herramienta de determinada geometría. El ensayo de dureza es simple, de alto rendimiento ya que no destruye la muestra y particularmente útil para evaluar propiedades de los diferentes componentes microestructurales del material. Los métodos existentes para la medición de la dureza se distinguen básicamente por la forma de la herramienta empleada (penetrador), por las condiciones de aplicación de la carga y por la propia forma de calcular (definir) la dureza. La elección del método para determinar la dureza depende de factores tales como tipo, dimensiones de la muestra y espesor de la misma. 10.- Fatiga: la fatiga de materiales se refiere a un fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas se produce más fácilmente que con cargas estáticas. Aunque es un fenómeno que, sin definición formal, era reconocido desde la antigüedad, este comportamiento no

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fue de interés real hasta la Revolución Industrial, cuando, a mediados del siglo XIX comenzaron a producir las fuerzas necesarias para provocar la rotura con cargas dinámicas son muy inferiores a las necesarias en el caso estático; y a desarrollar métodos de cálculo para el diseño de piezas confiables. Este no es el caso de materiales de aparición reciente, para los que es necesaria la fabricación y el ensayo de prototipos.

11.- Acritud: El Endurecimiento por deformación (también llamado endurecimiento en frío o por acritud) es el endurecimiento de un material por una deformación plástica a nivel macroscópico que tiene el efecto de incrementar la densidad de dislocaciones del material. A medida que el material se satura con nuevas dislocaciones, se crea una resistencia a la formación de nuevas dislocaciones. Esta resistencia a la formación de dislocaciones se manifiesta a nivel macroscópico como una resistencia a la deformación plástica. En cristales metálicos, es usual que las dislocaciones formen una deformación irreversible a escala microscópica, y terminan por producir una reestructuración a medida que se propagan por la estructura del cristal. A temperaturas normales las dislocaciones se acumulan en lugar de aniquilarse, y sirven como defectos puntuales u obstáculos que impiden significativamente su movimiento. Esto lleva a un incremento en la resistencia del material y a la consecuente disminución en la ductilidad.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN VENTAJAS Y DESVENTAJAS CONSTRUCCIÓN:

DEL

ACERO

COMO

MATERIAL

DE

Ventajas del acero como material estructural: 1. Alta resistencia.- La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será poco el peso de las estructuras, esto es de gran importancia en para el diseño de vigas de grandes claros. 2. Uniformidad.- Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo como es el caso de las estructuras de concreto reforzado. 3. Durabilidad.- Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran indefinidamente. 4. Ductilidad.- La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. La naturaleza dúctil de los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente, evitando así fallas prematuras.

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5. Tenacidad.- Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad. La propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades se denomina tenacidad. Otras ventajas importantes del acero estructural son: .Gran facilidad para unir diversos por medio de varios tipos de conectores como son la soldadura, los tornillos y los remaches. .Posibilidad de prefabricar los de una estructura. .Rapidez de montaje. .Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de tamaños y formas. .Resistencia a la fatiga que el concreto. .Posible reutilización después de desmontar una estructura. Desventajas del acero como material estructural: 1. Costo de mantenimiento.- La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al agua y al aire y, por consiguiente, deben pintarse periódicamente. 2. Costo de la protección contra el fuego.- Aunque algunos estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios. Además se ha comprobado que por su gran capacidad de conducir calor ha provocado la propagación de incendios, elevando la temperatura de habitaciones donde no hay flamas o chispas de ignición mas por el alto calor conducido ha logrado inflamar otros materiales usuales como madera, tela y otros 3. Susceptibilidad al pandeo. Es decir entre más esbeltos sean los a compresión, mayor es el peligro de pandeo. Como se indicó previamente, el acero tiene una alta resistencia por unidad de peso, pero al utilizarse como columnas no resulta muy económico ya que debe usarse bastante material, solo para hacer más rígidas las columnas contra el posible pandeo. Sin embargo cabe la posibilidad de usar perfiles que tengan dentro sus propiedades grandes momentos de inercia abundando a mitigar esta desventaja.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL CONCRETO ARMADO Ventajas del concreto armado frente a otros materiales: 1. Es durable a lo largo del tiempo y no requiere de una gran inversión para su mantenimiento. Tiene una vida útil extensa. 2.-Tiene gran resistencia a la compresión en comparación con otros materiales. 3. Es resistente al efecto del agua.

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4. En fuegos de intensidad media, el concreto armado sufre daños superficiales si se provee un adecuado recubrimiento al acero. Es más resistente al fuego que la madera y el acero estructural. 5. Se le puede dar la forma que uno desee haciendo uso del encofrado adecuado. 6. Le confiere un carácter monolítico a sus estructuras lo que les permite resistir más eficientemente las cargas laterales de viento o sismo 7. No requiere mano de obra muy calificada. 8. Su gran rigidez y masa evitan problemas de vibraciones en las estructuras erigidas con él. 9. En la mayoría de lugares, es el material más económico. 10. Por su gran peso propio, la influencia de las variaciones de cargas móviles es menor. Desventajas del concreto armado frente a otros materiales: 1. Tiene poca resistencia a la tracción, aproximadamente la décima parte de su resistencia a la compresión. Aunque el acero se coloca de modo que absorba estos esfuerzos, la forma-ción de grietas es inevitable. 2. Requiere de encofrado lo cual implica su habilitación, vaciado, espera hasta que cl concreto alcance la resistencia requerida y desencofrado. Con el tiempo que estas operaciones implican. El costo del encofrado puede alcanzar entre un tercio y dos tercios del costo total de la obra. 3. Su relación resistencia a la compresión versus peso está muy por debajo que la correspondiente al acero. el cual es más eficiente cuando se trata de cubrir grandes luces. El concreto requiere mayores secciones y por ende el peso propio es una carga muy importan-te en el diseño. 4. Requiere de un permanente control de calidad, pues ésta se ve afectada por las operaciones de mezcla, colocación, curado, etc. 5. Presenta deformaciones variables con el tiempo. Bajo cargas sostenidas, las deflexiones en los elementos se incrementan con el tiempo.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA MADERA Ventajas: 1. La madera es aislante tanto del calor como del frío, es el material más usado en las obras de reciclaje. Por otra parte la liviandad del material no es gravosa sobre la estructura existente y la obra de madera se la puede considerar una estructura fácilmente desmontable y por lo tanto puede ser una construcción no-fija.

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2. l uso de la madera en la construcción está indicado para zonas con riesgo sísmico, ya que gracias a la liviandad del material es de reducida masa y por lo tanto tiene un elevado coeficiente antisísmico. 3. Respecto a su bajo peso específico, la madera tiene óptimas características de resistencia mecánica y tiene además óptimas características como aislante térmico. La madera es muy resistente a los ataques de sustancias químicas y puede ser utilizada en ambientes especiales (como por ejemplo, piscinas, cobertizos industriales, etc.); tiene la capacidad de absorber la humedad del aire, acumularla y restituirla a esta última. 4. No sufre oxidación Desventajas: 1. Fácilmente combustible (En caso de que no existe tratamiento previo) 2. Ataque de agentes orgánicos (Hongos, insectos) 3. Es Higroscópico (Aumento de volumen y disminución de volumen al tomar o perder agua) 4. Fácilmente deformable.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA MAMPOSTERIA ESTRUCTURAL Ventajas: 1. Disminución de desperdicios de material de muros y acabados dada la modulación de las unidades de mampostería, permitiendo aplicar directamente sobre los muros, estucos delgados o pinturas o aprovechar la textura y colores propios de las unidades de corrientes o de las que tienen características arquitectónicas. 2. Los elementos de la fachada pueden ser portantes, brindando la doble función estructural y arquitectónica. 3. Dentro de las celdas verticales de los muros elaborados con bloques, se pueden colocar las conducciones eléctricas, hidrosanitarias y de telecomunicaciones. 4. Se elimina la utilización de formaleta y obra falsa de la estructura vertical, ya que el refuerzo en esta dirección se coloca dentro de las celdas de las unidades de mampostería. 5. Permite utilizar entrepisos totales o parcialmente prefabricados, dando mayor velocidad al proceso constructivo.

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6. En viviendas debidamente diseñadas, se puede construir toda la estructura con mampostería, reduciendo el número de proveedores y el manejo de material y equipos, con la consecuente disminución de costos. 7. Por las características físicas de las unidades, la mampostería reforzada provee al sistema un buen aislamiento térmico y acústico. Es un método tradicional que se encuentra contemplado en la Norma NSR - 2010. Desventajas: 1. Por ser un sistema diferente al sistema de pórticos y muros, se hace necesario un control riguroso sobre los procedimientos de manejo y colocación de los materiales. 2. Se debe conocer muy bien las características de las unidades de mampostería, ya que son parte fundamental de la estructura. 3. Requiere un diseño arquitectónico riguroso que permita la adecuación vertical y horizontal de los muros. 4. Dado que todos los muros son estructurales, no se pueden hacer modificaciones en los espacios interiores de la edificación.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS MEMBRANAS TEXTILES Ventajas: Estas estructuras, son eficientes, desde el punto de vista del funcionamiento estructural, como de su aspecto estético. Además, son livianas, elegantes, traslúcidas y muchas veces económicas. Otras ventajas son: 1. Permiten crear una gran variedad de diseños. 2. Seguras (antisísmicas). 3. Por ser estructuras livianas son fáciles de instalar y transportar. 4. Reducido tiempo de construcción. 5. Mínimo consumo de materiales que genera menos costos. 6. Sumamente resistentes ante las condiciones externas (la lona es capaz de absorber rayos ultravioletas y reflejar los infrarrojos) 7. Ahorro de energía, en cuanto a iluminación y climatización. 8. Aplicables en diversos ámbitos (comercio, instalaciones deportivas, espacios públicos, aeropuertos). 9. Notable capacidad para cubrir grandes luces, creando enormes espacio sin interrupciones

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Desventajas: 1. Requieren un mantenimiento constante para garantizar su durabilidad. 2. En comparación a otros materiales como el concreto o el acero, su tiempo de vida útil es relativamente corto. 3. A la hora de diseñar se debe tomar en cuenta que el material textil que las constituye presenta unas dimensiones específicas. 4. En cuanto a cubrir espacios pequeños o de poca área no representan la mejor solución, ya que en este caso los costos por metro cuadrado serían mucho más elevados comparado con otros métodos. 5. Por último, en caso que la estructura del edificio al que se le quiere instalar la tenso-estructura no brinda puntos de fácil anclaje, habría que introducir nuevos puntos aumentando así los costos de la misma.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL ALUMINIO Ventajas: 1. Periodo muy cortó entre el diseño y la fabricación 2. Personal no calificado para su manufactura 3. Permite cambios futuros 4. Apariencia estética sin requerir acabados superficiales 5. En muchas ocasiones es una consideración de ingeniería Desventajas: Cumple casi con cualquier recomendable cuando:

requerimiento

de

carga

y

rigidez,

1. El perfil está en o con sustancias corrosivas 2. En temperaturas superiores a 200°c 3. Cuando una mínima deflexión afecta el funcionamiento de la misma

no

es

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Fuentes de Información:      

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/102803/MODULO_ACADEMICO/le ccin__18_mampostera_estructural.html http://es.idoub.com/doc/44231231/TENSO-ESTRUCTURAS http://www.cuevadelcivil.com/2010/07/la-madera-en-la-construccionventajas-y.html http://estructurasacero.blogspot.mx/2007/06/ventajas-y-desventajas-deluso-de-acero.html http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lem/florian_m_a/capitu lo2.pdf http://www.juntadeandalucia.es/averroes/iesalfonso_romero_barcojo/dep artamentos/tecnologia/unidades_didacticas/ud_construccion/pdf/material es_de_construccion.