6866022 Introduccion Al Estudio de Los Materiales

7/25/2019 6866022 Introduccion Al Estudio de Los Materiales

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Introduccin al estudio de los materiales

Estudio de los materiales Contenidostipos de materiales y conceptos actuales de ciencia de materiales, fiabilidad estructural y vida en servicio comportamiento mecnico de diversos materiales y significado de cargas y desplazamientos, tensiones y deformaciones, y otras propiedades tipos de solicitaciones, la vinculacin entre estructura y comportamiento mecnico y mecanismo de rotura significado del ensayo de un material


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PRESENTACINEstructura de las clases Desarrollo de temas (1 a 3) Trabajos de laboratorio (4 y 5) Taller de discusin )

Objetivo general: brindar bases para comprender el comportamiento de los materiales y analizar los principales requerimientos para su correcta aplicacin y desempeo.


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Estudio de los materiales Ensayo de materiales (estudio y ensayo conocimiento) Complementar estudios de mecnica Determinar propiedades (seleccin de materiales) ontrol de calidad

Tecnologa de materiales Ciencia e Ingeniera de materiales


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Desarrollo de tecnologa y diseo estructural100000

10000

Costo (U$S/ton)

Titanio N ylon Vidrio Polietileno Alum inio Acero M adera Ladrillos H orm ign

1000

100

10 1 10 100 1000 10000 100000 1E+06 1E+07 1E+08

Produccin anual (miles ton)


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Desarrollo de tecnologa y diseo estructuralnuevos materiales en el ltimo sigloMateriales componentes de un automvil 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 1975aceros hierro plsticos aluminio otros metales caucho y vidrio fluidos y lubricantes otros materiales 1980 1985 ao 1990 1995

Variacin en peso (%)


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Desarrollo de tecnologa y diseo estructuralNuevos materiales y su impacto ambiental Qu hacer con los residuos? volumen acumulado o generado, costos, legislacin, requisitos tcnicos, costumbres, etc. mayor inters aporte de un valor agregado se regula el uso o disposicin


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Desarrollo de tecnologa y diseo estructuralAprovechamiento o disposicin de desechos o subproductos en la construccin civil adiciones minerales en el cemento y en HAV combustibles en la fabricacin del cemento residuos de construccin y demolicin, hormign conagregados reciclados y materiales de baja resistencia controlada

otros residuos: arenas y escorias de fundicin, vidrio, residuos dela industria de la madera, del papel, del cuero, neumticos, cenizas de residuos patognicos, etc.


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Tipos de materiales Materiales simples Metales Polmeros Cermicos

Materiales compuestos


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Polmeros significa etimolgicamente muchas piezas formados por largas cadenas de molculas ognicas. polmeros: elastmeros y plsticos. En general son malos conductores de la etricidad Existen cerca de 50 familias bsicas de plsticos. blandos: espuma de poliuretano a duros: la melamina, transparentes: policarbonato y opacos: fenlicos, resistentes al calor: siliconas o que se ablandan con agua caliente: polietileno mslivianos que el agua: polipropileno o ms pesados que el acero: algunos productoscompuestos con epoxi.


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PropiedadesFsicas, trmicas, elctricas, magnticas y acsticas, mecnicas, de transporte, etc. densidad, porosidad, calor especfico, conductividad, expansin trmica, punto de fus absorcin, permeabilidad, resistencia a la corrosin, resistencia al congelamientoy deshielo, inflamabilidad estabilidad dimensional resistencia, rigidez, elasticidad, ductilidad, fragilidad, tenacidad, dureza


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Fiabilidad estructural Seguridad - Resistencia:capacidad de sobrellevar las cargas durante su construccin y vida en servicio.

Aptitud en servicio - Deformabilidad:comportarse adecuadamente durante su uso (fisuras, deformaciones, vibraciones)

Durabilidad:mantener estas propiedades a lo largo del tiempo (resistencia al medio ambiente)


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Vida en servicio Seguridad Aptitud en servicio Durabilidaddao

Inicio

tiempo Propagacin


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Comportamiento mecnico Cargas y desplazamientos Tensiones y deformaciones Tensin: carga aplicada por unidad de rea Tipos de deformaciones Deformaciones espcficas Deformaciones elsticas Deformaciones irreversibles, plsticas, o inelsticas Defiones instantneas o diferidas, deformaciones viscosas


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Comportamiento mecnico Deformaciones Deformaciones elsticas Deformaciones irreversibles, plsticas, o inelsticas

P

P

d

d


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Contraccin

Deformacin

secado

humedecimiento reversible total irreversible

tiempo


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Fluenciacarga Deformacin descarga rec. elstica fluencia elstica reversible irreversible deformacin total

Tiempo (despus de la aplicacin de las cargas)


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Comportamiento mecnicoReologa: ciencia que estudia la deformacin y flujo de los materiales vinculando las relaciones entre esfuerzo aplicado, deformaciones y tiempo. Propiedades:

Resistencia Rigidez, mdulo de elasticidad Ductilidad Fragilidad Tenacidad


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Tipos de solicitaciones Traccin Flexin Compresin Torsin Dureza Impacto Fatiga


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Resistencia a traccin


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Ensayos de traccin- resistencia a traccin: mxima tensin normal. Unidades: carga / rea, MPa, (1 Pa = 1N/m2), antiguamente en kg/cm2, (1 MPa = 10.2 kg/cm2). - alargamiento porcentual:capacidad de deformacin a la rotura. En %, (longfinal longinicial) / longinicialx 100. - mdulo de elasticidad: relacin ente tensiones y deformaciones durante elrgimen elstico. Unidades de tensin (MPa, GPa, kg/cm2).


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Traccin por compresin diametral (materiales frgiles)P PTraccin traccin

compresin Compresin

V : 0.7 a 1.4 MPa/min

Traccin horizontal = 2 P / (p.f.l)


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Flexin

MR = P.l / (b.d2)L 3h V : 0.86 a 1.21 MPa/min

MR = 1.5 P.l / (b.d2)

Mdulo de rotura150 x 150 x 500 mm L = 450 mm real asumido


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Probetas ara ensayos de com resin de hormigonesmoldes llenado y com actacin de las robetas condiciones de curadoveri

icar la resistencia y control de calidad establecer el momento en el cual remover los enco rados E ecto de establecer el momento dela orma de la robeta uesta en servicio

encabezados cubos y rismas

120

100

90

20x20

15x30

15x45


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Resistencia al im acto ca acidad resistente

rente a una carga dinmica robeta entallada Se mide la resliencia: ca acidad de absorcin de energa en rgimen elstico El resultado se ex resn energa or unidad de rea (J/m) (Joules or metro). Julios (N.m)


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Resistencia al im acto Izod

Probeta


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Resistencia al im acto Char y


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Estructura y com ortamiento mecnico E

ectos de las cargas sobre las estructuras cristalinas sencillas Elasticidad y lasticidad en metales Com ortamiento en materiales

rgiles E

ecto de entalladura Materiales ideales y materiales reales Estructura interna amor a o cristalina


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ro iedades t icas de olmeros amor

os y cristalinosPro iedades Trans arencia Tenacidad Resistencia a traccin Resistencia al im actoRigidez Estabilidad dimensional Resistencia a la

luencia Contraccin A mayor grado de cristalinidad Disminuye Disminuye Aumenta Disminuye Aumenta Disminuye Disminuye Aumenta


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ro iedades t icas de olmeros amor

os y cristalinosPolmeros amor

os Alta Estabilidad dimensional Baja contraccin Tem eratura de distorsin or calor vara oco con la carga Baja resistencia qumica Alta viscosidad en estado undido Polmeros cristalinos Baja estabilidad dimensional Alta contraccin Alta in

luencia de la carga sobre la tem eratura de distorsin or calor tima resistencia qumica Baja viscosidad en estado

undido


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Mecanismos de rotura en di

erentes materiales Rotura or traccin en metales Mecanismo de rotura slidos orosos Rotura en mateles cuasi

rgiles heterogneos del ti o del hormign Rotura en maderas


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Mecanismos de

alla en com uestos ej. hormignPasta o com ortamiento en traccin o com ortamiento en com resin Elementos caractersticos Poros Inter

aces Inclusiones Micro y macro

isuras HC

HL

HAR


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Com ortamiento en com resinTensin100%

4. R ido crecimiento de

isuras de matriz75% 50% 30%

3. Fisuras de inter az + Lento crecimiento de isuras de matriz 2. Lento crecimiento de

isuras de inter

az 1. Micro

isuras de inter

az De

ormacin

1

2

3

4


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Ensayo de materiales Ensayos mecnicos Cargas De

ormaciones Curvas tensin - de

ormacin


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Estructura y res uesta estructural de un materialESTRUCTURA DEL MATERIAL

CARGAS mecnica, qumica, sica PROBETAS geometra, tamao CONDICIONES DE VINCULO

CAMBIOS EN LA ESTRUCTURAmicro y macro

isuracin cambios en la direccin de las

isuras o en el modo de roagacin de las isuras

RESPUESTAcom ortamiento macrosc ico no lineal = com ortamiento como continuo + com ortamiento localizado


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Factores que modi

ican las ro iedades Com osicin y estructura orosidad de

ectos

ases ..

Ti o de solicitacin Esttica o dinmica Traccin o com resin

Medio ambiente. Tem eratura resistencia mecnica

luencia - ca acidad de de

ormacin modo de

alla


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Estructura y orosidadS = S0 e-kP en materiales a base de cemento ortland S = A Xn n : 2.6 a 3.

R

a/c

Powers & Brownyard (1946-7) resistencia vs. relacin gel/es acio X X = 0.68 a / (0.32w/c)


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Propied des y su ev lu cinFsic s Mecnic s Elctric s ptic s Trmic s Qumic s


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Propied des Trmic s c p cid d de tr nsferenci y conduccin del c lor del m teri l (conductivid d [Kcl / m h C]) c p cid d de lm cen r el c lor (c lor especfico [kiloc lor s / kg C]

mbios dimension les por temper tur (coeficiente de exp nsin trmic [cm / cm C]). Temper tur de bl nd miento l C lor (Vic t) Temper tur de deflexin trmic (HDT)


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Temper tur de bl nd miento l C lor (Vic t) ASTM D1525

recipiente con un git dor, un termmetro y c lent dores.


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Temper tur de deflexin trmic ASTM D648


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Dur bilid d (estructur s de hormign) Corrosin Propied des de tr nsporte bsorcin por inmersin succin c pil r Perme bilid d

Resistenci l congel miento y deshielo At que de sulf tos Exp nsin y contr cci


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Propied des qumic s Aplic ciones(Polmeros) Resistenci l degr d cin trmic degr d cin tr vs de re cciones qumic s Inlid d Melt Flow Index Resistenci l luz ultr violet l luz UV que es bsorbid gener r dic les libres. rigidiz cin por form cin de uniones cruz d s.


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Mec nismo de form cin de r dic les libres por exposicin l r di cin UV .


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propied des de distintos m teri les

Densid d = m s / volumen (g / cm3)Acero Cobre Plomo Zinc Aluminio Gr nito Mrmol L drillo Hormign Agu 7.85 8.9 11.37.2 2.7 2.5 2.7 1.8 2.4 1 M der bl nd M der dur Cloruro de polivinilo Polietileno lt dens Polietileno b j dens Polipropileno Poliestireno Polic rbon to Poliester (PET) Poliestireno exp nd. Poliuret no espum 0.4-0.6 0.6-0.9 1.3-1.6 0.95 0.92 0.90 1.04 1.2 1.3 0.02 0.04


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Resistenci l tr ccin (N/mm2)Acero lto c rbono Acero dulce Aluminio M der dur Hormign Polietileno lt densPolipropileno Poliestireno PVC Resin s epxic s 1400-2000 420-500 450 15-30 1-5 22-31 31-41 36-52 41-52 70-80


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Mdulo de el sticid d (N/mm2)Acero lto c rbono Acero dulce Aluminio M der dur Hormign Polietileno lt densPolipropileno Poliestireno PVC Resin s epxic s 210000 210000 69000 8500-18600 20000-50000 1060-1090 1100-1600 2300-3300 2400-4100 6000-7000


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Propied des trmic sMATERIAL C lor especfico [kc l/kgC] Pl t Acero Hormign Vidrio Poliet. Bd Poliestireno Polipropileno Nylon 66 0.056 0.12 0.26 0.2 0.5 0.33 0.45 0.4 Coef. Line l dedil t cin [cm/cmC] 1.95E-05 1.10E-05 1.00E-05 0.72E-05 18.0E-05 6.00E-05 8.00E-059.00E-05 Conductivid d trmic [kc l/m h C] 400 60 1.40 1.5 0.33 0.13 0.12 0.24


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Propied des Elctric sConductivid dPl t Cobre Aluminio Vidrio Polietileno Poliestireno Nylon 66 medid de l f cilid d de p so de un corriente elctric . Se mide en [metro /ohmnios] 6.70 E+07 5.85 E+07 3.80 E+07 1.00 E-05 1.00 E-15 1.00 E-14 1.00 E-10


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L s propied des medid s en un ens yo.... De qu dependen?l respuest y propied des medid s sobre un probet corresponden l s de l piez ?T m o,

dimensiones, geometr de c rg s Temper tur de uso, efectos del mbiente Procesos de conform cin y proces miento


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Por qu us rlos?l respuest y propied des medid s sobre un probet corresponden l s del m teri l de l estructur ? es posible present r l ens yo de resistenci como g r nt de c lid d ?


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buen s r zonesg r ntiz r l c lid d comprob r si l s et p s de f bric cin fueron correct s nteproblem s, pueden revel r l s c us s de los errores y evit rlos en el futuro definir et p s posteriores (desencofr do) l mer re liz cin de ens yos result enun mejor en el control de c lid d del proceso / obr por su imp cto en l s person s involucr d s


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El conocimiento de l s propied des se plic l seleccin de m teri les

f ctores consider rMecnicos Tipo y m gnitud de l s tensiones Tiempo de c rg Comport miento en f tig

o imp cto Resistenci flexin, tr ccin, compresin Tcnicos Temper tur s de servico Dur cin de l s temper tur s extrem s Temper tur s mxim s y mnim s Ambiente Resistenci solventes y l v por Resistenci frente cidos y b ses At que de hongos,b cteri s, etc. Resistenci l luz UV Efectos de l bsorcin de gu


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f ctores consider rElctricos Resistivid d Propied des dielctric s Propied des ntiesttic s Segurid d Ap rienci Infl m bilid d Toxicid d de los componentes Tr nsp renci Ac b do superfici l Retencin de color Dur bilid d Est bilid d dimension l Expect tiv de vidtil Perme bilid d g ses y v pores Resistenci l br sin Adhesin


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f ctores consider rProces miento Form de el bor cin y/o tr nsporte Ac b do y decor cin Inspeccin y control de c lid d Mtodo de mont je de piez s o elementos Econmicos Volumen producir Costo del m teri l Costos de m ntenimiento Costo de moldes y mquin s


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Mtodos de ev lu cin norm liz dos especific cin, control y comp r cin de los m teri les result dos reproducibles (dstintos sitios y oper dores) ASTM (USA) BS (UK) DIN (Alem ni ) AFNOR (Fr nci ) RILEM (Comunid d Europe ) IRAM ISO (Intern tion l Org niz tion for St nd rdiz tion)

L s norm tiv s t mbin se ctu liz n perm nentemente


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