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• JUAN JOSE GALINDO GALINDO

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La macroestructura de los materiales Se define como aquella que se aprecia a simple vista, o, a lo sumo, con ayuda de una lupa. La macro-estructura tiene muchos aspectos comunes con la microestructura, pero a escala diferente la macro-estructura de la materia depende de su microestructura.

Las Materiales solidos pueden estar formados por un solo cristal (monocristalino) o muchos (policristalino). Sólido policristalino

sólido monocristalino

Granito

pirita

Influencia de la micro-estructura en la macro-estructura Cuando en los cristales que forman la materia, el enfriamiento es lento y las condiciones de presión son óptimas, un cristal puede crecer tranquilamente a medida que las moléculas del líquido que lo rodean se unen a la estructura principal, formando estructuras muy grandes y regulares como estas. Ejemplo Materia monocristalinos bien formados

Arriba: cuarzo (SiO2) y fluorita (CaF2). Abajo: pirita (FeS2). (Fuentes: 1, 2, 3)

Pero en la vida real esto ocurre pocas veces. Lo normal es que en un líquido se formen una gran cantidad de núcleos sólidos de compuestos químicos distintos a partir de los cuales crecen los cristales, cada uno orientado de manera distinta y que al expandirse mientras se enfrían se molestan entre sí, limitando su crecimiento. La velocidad a la que el magma se enfría es un factor crucial que determina el tamaño de los cristales. Si su temperatura baja demasiado deprisa, aparecerán miles de cristales muy pequeños que se estorbarán mientras crecen. Total, que los minerales que encontraremos la inmensa mayoría de las veces serán así:

La misma materia de antes, pero en la forma que es más común encontrarlos. (Fuentes: 1, 2, 3)

Las características macroscopicas de la materia: Son las que se pueden ver a simple vista y que son fáciles de medir. Como el color, la apariencia, la textura, el peso, el volumen, etc. Solidó : es, por lo general, duro, tiene un volumen y formas definidas, no se escurre, no se comprime, es fácil de ver y su textura varía.

Propiedades de los materiales:

Porosidad.- al darse la unión de cristales para la formación de materia solida se presentan espacios Propiedades de los materiales:vacios o huecos llamados poros. La porosidadPorosidad.o fracción de huecos entonces es una al darse la unión de cristales para la formación de materia solida se pres medida de espacios vacíos en llamados un material, y es una fracción del es un vacios o huecos poros. La porosidad o fracción de huecos entonces en un material, y es una fracción del volumen de huecos sobre el vo volumen de huecos espacios sobrevacíos el volumen total, entre 0-1, o como entre 0-1, o como un porcentaje entre 0-100%. un porcentaje entre 0-100%.

Estructura de un material poroso

Estructura de un material poroso

La porosidad influye en una propiedad macroscópica denominada permeabilidad que es la propiedad del material que se define como la capacidad de la materia para permitir en su seno el paso de un fluido.

Material impermable y permeable respectivamente.

Relación permeabilidad – porosidad- capilaridad Permeabilidad

porosidad cerrada

capilaridad

• Higroscopicidad: capacidad para absorber el agua. Para cada materia existe una humedad que se llama de equilibrio, es decir, un contenido de humedad tal de la atmósfera a la cual el material ni capta ni libera humedad al ambiente. Si la humedad ambiente es menor que este valor de equilibrio, el material se secará, si la humedad ambiente es mayor, se humedecerá. En la materia se puede determinar su contenido de humedad que dependerá de las condiciones ambiente. El contenido de humedad se obtiene en porcentaje mediante la siguiente relación: %ht= (ph-ps)/ps x100 Donde: Ht = humedad total Ph = peso seco Ps = Peso húmedo

Por ejemplo la madera puede tener un contenido de humedad que varía entre 0% y 100%.

El hormigón entre 0% y 15%. Según el porcentaje de humedad de la materia se puede encontrar en diferentes estados Seco: humedad 0%. El material tiene un peso constante, se consigue en laboratorio. Parcialmente saturado: con los poros parcialmente ocupados por agua, se encuentra en el estado natural. Saturado: con todos los poros llenos de agua puede tener agua en su superficie o no. Existe un estado particular del estado saturado llamado Saturado y Superficialmente seco. (SSS). En un estado límite en el material tiene todos sus poros llenos de agua pero superficialmente se encuentran secos. Este estado sólo se logra en el laboratorio.

Reblandecimiento. Influencia del contenido de humedad en la dureza de un material. Se evalúa a través del coeficiente de reblandeciento Kr, que es igual a resistencia del material saturado, sobre la resistencia del material seco.

Hinchamiento y contracción.- El proceso de hinchamiento y contracción de la materia es consecuencia de la transferencia de agua con el medio ambiente, tendiente a buscar una condición de equilibrio higroscópico.

Hichamiento es el aumento de volumen del material debido al incremento del contenido de humedad, es diferente en cada material y los materiales tienen un límite de hinchamiento.

Contracción al contrario es la pérdida o disminución de volumen al disminuir el contenido de humedad.

La madera es uno de los materiales mayor valor de contracción e hinchamiento este se puede determinar mm/m y no tiene un comportamiento lineal, puede presentar valores entre 30 y 100mm/m.

• Densidad: La densidad es la cantidad de masa por unidad de volumen. Cada materia tiene su propia densidad. Representación de la densidad es ρ, unidad es g / cm ³. Esta propiedad tiene una relación inversa con la porosidad, a mayor porosidad menor densidad, debido a los poros los materiales no rellenan todo el espacio. Normalmente los poros se encuentran llenos de gas o de líquido y van a dificultar la determinación del volumen y de la masa real de sólido a la hora de medir su densidad.

En el material se puede determinar tres tipos de volumen. El volumen total (Vt) se determina utilizando instrumentos como un calibre o un micrómetro para medir las dimensiones principales del objeto (en solidos regulare), y corresponde al volumen que ocupa el sólido con todos sus poros. El volumen aparente (Va) es el volumen que desplaza el sólido cuando se sumerge en un líquido, el cual será el volumen de sólido y el volumen de poro cerrado ya que el líquido penetra en los poros abiertos. El volumen último del sólido (Vu) es el volumen real de sólido (sin el volumen de poros abiertos y cerrados), y su determinación experimental es bastante más laboriosa.

En consecuencia de acuerdo al volumen determinado se tendrá diferentes densidades. Densidad volumétrica o de conjunto: es la densidad calculada cuando se ha medido el volumen total.

Dv=m/Vt Densidad aparente o relativa: es la densidad que proporciona el volumen aparente. Esta densidad es la que habitualmente se determina experimentalmente.

Da=m/Va Densidad última del sólido: es la densidad real del sólido. Para sólidos cristalinos se puede determinar una vez conocida la composición química exacta y la estructura cristalina, esto es, conociendo la masa y las dimensiones que tiene la celda unidad del compuesto.

Du=m/Vs

Cuando son materiales granulares la relación que existe entre el volumen de los huecos que quedan en los granos y el volumen del conjunto se les denomina Oquedad. La materia granular o materia granulada es aquella que está formada por un conjunto de partículas macroscópicas sólidas lo suficientemente grandes para que la fuerza de interacción entre ellas sea la de fricción .

La compacidad y la porosidad para un mismo cuerpo son complementarias es decir C+ P = 1

Resistencia al frio se refiere al deterioro del material por el ciclo hielo—deshielo se da cuando al congelarse la masa de agua contenida en los poros (macroporos y poros capilares) del mismo se expande hasta aproximadamente un 9% de su volumen en estado líquido, lo cual genera grandes esfuerzos en el interior pudiendo producir grietas o fisuras para liberar las tensiones producidas.

Resistencia al fuego.- se refiere a la capacidad del material de resistir temperaturas altas por tiempos determinados. (Incedios)

Según esta resistencia los materiales se dividen en No combustible (Incombustible) Silicatos, hormigón, ceramicos Material combustible, madera el carbón,la turba natural

• Propiedades mecánicas (para conocerlas se realizan ensayos en laboratorio) es comportamiento del material ante fuerzas extremas:

Las propiedades mecánicas de los materiales definen el comportamiento de los mismos ante los agentes mecánicos exteriores que actúan sobre ellos.

RESISTENCIA A LA TRACCIÓN.

La resistencia a la rotura define la oposición que presenta un material a ser roto por acción de esfuerzos mecánicos exteriores.

La cohesión es la fuerza de atracción que las moléculas de un lado de la sección ideal ejercen sobre las situadas en las inmediaciones del otro lado de la sección.

Justo antes de separarse estas piezas se ejerce una fuerza de rotura de este material. Y haciendo unitaria esta fuerza se le denomina tensión de rotura. En sentido contrario es la compresión.

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN. La resistencia a la compresión de un material viene definida por la máxima tensión de compresión a que puede ser sometido este material, sin que esta tensión produzca su rotura. Es elevada en las piedras naturales y en los hormigones. Y su resistencia a la tracción es de aproximadamente del 10% de la resistencia a la compresión. En los metales en general, la resistencia a la rotura por compresión y a la tracción son iguales y elevadas, llamándoles por esta propiedad isoresistentes.

RESISTENCIA A LA CORTADURA Si en la pieza prismática se supone una sección ideal y una serie de esfuerzos que actúan en sentido contrario a uno y a otro lado de la sección, haciéndola romper por el plano donde las fuerza actúan en el sentido contrario. Estos esfuerzos unitarios se le denomina de cortadura o tensión cortante. La máxima tensión cortante que un material es capaz de soportar sin romperse define la resistencia a la cortadura o al esfuerzo cortante de este material.

En las piezas metálicas estos esfuerzos de cortante son considerables. En los aceros la resistencia a la cortadura es del orden del 60 % de la tracción.

RESISTENCIA A LA FLEXIÓN. Se dice de un elemento sometido a una fuerza o sistemas de fuerzas transversales con respecto a un eje longitudinal. Las fibras superiores se comprimen y las inferiores se traccionan, en piezas simétricas a este plano transversal existen alargamientos nulos que forman la fibra neutra y coinciden con el eje de simetría.

DUREZA La propiedad que expresa la capacidad de un material para oponerse a ser deformado en su superficie por la acción física de otro. La dureza de los materiales depende del tipo de unión entre sus iones, átomos y moléculas y aumentan lo mismo que la resistencia, cuando aumenta la magnitud de éstas fuerzas. Existen distintos criterios de dureza como son : Al rayado se aplica en minerales A la penetración en madera metales etc Elástica Al corte

RESISTENCIA A LA ABRASIÓN La propiedad que presenta un material a ser desgastado por frotamiento con otro material o por estar sometido a repetidos impactos de otro material. Existen comportamientos distintos según se trate de abrasión por impacto ó por frotamiento. El desgaste por atricción es producido por el frotamiento de un material contra él mismo. Tiene importancia en las piedras naturales.

DEFORMABILIDAD

Un material al ser sometido a esfuerzos exteriores se deforma. La propiedad que define la capacidad de un material para sufrir deformaciones antes de su rotura, expresa la deformabilidad. Se llama deformación al alargamiento u acortamiento unitario de un material que se produce por efectos de las acciones exteriores.

ELASTICIDAD

Se llaman cuerpos elásticos a aquellos, que después de actuar un sistema de cargas y cuando se anulan los esfuerzos introducidos, recuperan su estado inicial, borrándose de su memoria todo lo que ha ocurrido antes. Su recuperación es total no quedando en ellos para el futuro, el menor recuerdo de procesos anteriores de carga ni sus deformaciones, correspondientes. Los materiales elásticos pueden ser Hookeanos ó no Hookeanos, los primeros presentan una sencilla relación lineal entre tensiones y deformaciones, y los segundos su relación puede no ser lineal, pero ambos tienen sus deformaciones completamente recuperables.

Plasticidad: Capacidad de un material a deformarse ante la acción de una carga, permaneciendo la deformación al retirarse la misma. Es decir es una deformación permanente e irreversible. La plasticidad es la propiedad mecánica de un material inelástico En los materiales elásticos, a que pequeños incrementos en la tensión de tracción comporta pequeños incrementos en la deformación, si la carga se vuelve cero de nuevo el cuerpo recupera exactamente su forma original, es decir, se tiene una deformación completamente reversible. Sin embargo, se ha comprobado experimentalmente que existe un límite, llamado límite elástico, tal que si cierta función homogénea de las tensiones supera dicho límite entonces al desaparecer la carga quedan deformaciones remanentes y el cuerpo no vuelve exactamente a su forma. Es decir, aparecen deformaciones no-reversibles.