Google
 

25 de nov. de 2007

Tema 2 – Física de la Construcción

Materiales de construcción: Conjunto de sustancias primarias (extraídas de la naturaleza) que a través de procesos de transformación más o menos complejos son utilizados para la obtención de un componente constructivo.
Los materiales se pueden clasificar según diversos aspectos:
- Por el origen:
o Naturales, se obtienen a partir de procesos de baja transformación, ejemplos de ellos son la madera, la piedra, la arena, etc.
o Artificiales, se obtienen a partir de procesos de alta transformación (tecnológicos) , ejemplos de ellos son el vidrio, el cemento, etc.
- Por su forma:
o Amorfos, no tienen configuración geométrica definida por lo que adoptan la forma del recipiente que los contiene.
o Semi-terminados, tienen sección transversal definida y longitud variable.
o Elementos simples, Tienen sección y dimensiones definidas.
De los materiales se estudiará 1) La estructura interna y 2) Las propiedades generales.
1) Estructura interna.
a- Masa: Cantidad de material efectivo que se encuentra en una unidad de volumen.
b- Vacío: Cantidad de aire contenido en una unidad de volumen. Estas cámaras de aire pueden ser tanto grandes como pequeñas. Las primeras permiten el movimiento de aire en su interior y posibilitan la condensación de agua. En las otras el aire no se mueve por lo cual modifican las condiciones térmicas y acústicas. Entre las cámaras de aire se pueden reconocer:
b1- Burbujas: Son pequeñas cámaras cerradas de forma esférica o elíptica. Posibilitan una buena aislación térmica y baja permeabilidad.
b2- Poros: Son también pequeñas cámaras pero comunicadas entre sí y con el exterior (el aire puede circular). Las condiciones térmicas y humídicas van a depender del tamaño, la forma y la distribución.
b3- Capilares: Son cámaras de grosor inferior o similar al de un cabello que vinculan al material con el exterior.
Capilaridad: Fenómeno físico o humídico que se da por encima del zócalo. Lo que ocurre es el ascenso de un líquido en función del diámetro y la forma de los tubos a causa de la tensión superficial.
2) Propiedades Generales.
El comportamiento físico (aislación, conductividad, absorción, capilaridad, etc.) es explicado por la estructura molecular, la composición química y el material propiamente dicho. Entre las propiedades encontramos:
a- Propiedades físicas.
a1- Formas y dimensiones: Cómo adicionar o separar sin distorsionarlo. Existen distintas maneras: Yuxtaposición, acoplamiento y cortes.
a2- Peso específico (densidad): Refiere al peso de una unidad de volumen de un cuerpo. Cuanto más denso, más pesado es el cuerpo ya que d=P/V.
En cuanto al volumen se puede distinguir el aparente que es el espacio que ocupa el cuerpo o el absoluto que es el mismo espacio despreciando los vacíos. Teniendo en cuenta estas dos definiciones es que se pueden mencionar la masa específica (Me=P/Vabs) y la masa unitaria (Mu=P/Vap).
a3- Porosidad: Es la relación existente entre el volumen de aire (vacíos) y el volumen aparente. P=Vvacíos/Vap siendo Vvacíos=Vap-Vabs.
La porosidad oscila entre 0 y 1. El aire tiene la máxima porosidad (1).
a4- Compacidad: Es el grado de densidad, es decir, la relación entre el volumen absoluto y el aparente. C=Vabs/Vap por lo que no tiene unidad de medida. Un material compacto tiene C=1 siendo la compacidad mínima de 0.
La compacidad y la porosidad se relacionan ya que:
P+C=(Vap-Vabs)/(Vap) + Vabs/Vap = Vap/Vap=1
a5- Higroscopicidad o grado de humedad: Es la propiedad de algunos materiales de absorber agua e incrementar su peso. Un claro ejemplo de esto es la madera. H=Pagua/Pmat.seco siendo Pagua=Phúmedo-Pseco => H=(Phúmedo-Pseco/Pseco).100 ya que se expresa en porcentaje. Un cuerpo saturado tendrá una H=100%.
a6- Permeabilidad: Es la propiedad de algunos cuerpos de dejarse atravesar por un líquido (agua en arquitectura); y va a depender del espesor, la superficie, la temperatura (al calentarse el material se dilata y es más permeable); la presión (ya sea atmosférica o la ejercida por un líquido) o bien de la naturaleza del material.
a7- Capilaridad: Se genera a partir de las diferencias de las tensiones superficial entre el agua y los sólidos dentro de tubos de muy pequeño diámetro. Puede haber ascenso o descenso. Es muy importante estudiar las consecuencias que trae este fenómeno en la arquitectura.
a8- Homogeneidad: Un cuerpo homogéneo es aquel que presenta en todos sus puntos idéntica estructura molecular y conserva sus propiedades.
b- Propiedades térmicas.
b1- Calor: Es la magnitud que indica el contenido de energía de un cuerpo resultado del movimiento molecular.
b2- Temperatura: Expresa la intensidad del valor medio de energía.
b3- Calor específico o capacidad calórica: Es la cantidad de energía en forma de calor necesaria para elevar 1°C la temperatura de un kg. de un material determinado.
b4- Dilatabilidad: Es el aumento del volumen de un cuerpo a causa de un incremento de la temperatura. Al aumentar la temperatura las moléculas vibran con más intensidad necesitando de mayor espacio. Es importante estudiar la dilatabilidad de los materiales ya que aquellos que tienen valores muy distintos requerirán de juntas de dilatación (muy utilizadas en aberturas). El hormigón y el acero se comportan de manera similar frente a la temperatura pudiendo “trabajar” juntos sin problema (hormigón armado).
b5- Transmisión de calor: Es lo que permite el intercambio de calor entre un cuerpo y otro. Dicha transmisión se puede dar por conducción, donde existe un intercambio a través de la materia (es necesario el contacto); por convección, el intercambio se da a partir de fluidos a causa de la diferencia de temperatura entre ellos; o bien por radiación en la cual la transmisión se da por ondas electromagnéticas.
Es importante mencionar el concepto de conductividad térmica que refiere a la capacidad de un cuerpo de conducir calor y depende tanto del espesor como de la superficie, la diferencia de temperaturas, la naturaleza del material, etc..
b6- Reflexión y absorción: Del calor recibido por un cuerpo parte es absorbida, parte reflejada y parte transmitida.
c- Propiedades acústicas.
c1- Aislación: Es la capacidad de un cuerpo de impedir el pasaje de la onda sonora y se relaciona con la masa. Cuanto más compacto es un material mayor aísla de los ruidos aéreos.
c2- Absorción: Los materiales pueden reducir el nivel sonoro por absorción en el interior de su masa. Cuanto más poroso es el material más absorberá los sonidos. Un claro ejemplo son las alfombras, las telas, etc..
c3- Fenómeno de reverberación: Es el tiempo que demora un sonido en extinguirse.
c4- Eco:
d- Propiedades mecánicas.
Estas propiedades nos ayudan a saber cuánto de cada material se debe utilizar.
d1- Resistencia: Es el mayor o menor grado de oposición de un material frente a fuerzas que tratan de deformarlo.
Grado de resistencia: Es la relación existente entre la fuerza actuante y la sección.
Tensión: T=F/a (a=superficie).
d2- Tenacidad: Un cuerpo tenaz presenta grandes deformaciones antes de romperse.
d3- Fragilidad: Un cuerpo frágil se rompe sin deformación visible. Un claro ejemplo es el vidrio cuya rotura es instantánea.
d4- Elásticidad: Un cuerpo elástico es aquel que tiene la capacidad de deformarse y obtener luego su configuración original.
d5- Plasticidad: Es la capacidad de mantener la deformación luego de retirar la carga conservando la cohesión interna y las propiedades.
d6- Rigidez: Es la propiedad que se adjudica a los cuerpos que para un mismo esfuerzo sufren menores deformaciones (las conclusiones son obtenidas a partir de comparaciones).
d7- Dureza: Es la resistencia que ofrece un cuerpo a ser penetrado o rayado por otro. Existen diversas formas de medir. La escala Briner (penetración por presión de esfera de acero); La escala de Mohs (consiste en un rayado superficial, se ve si el material es rallado o ralla).
d8- Isotropía: Un material isótropo tiene las mismas condiciones (sobretodo mecánicas) independientemente de la dirección considerada. La madera por ejemplo es anisotrópica ya que varía sus condiciones según la dirección en la que se le aplique la fuerza.
e- Propiedades tecnológicas.
e1- Separación: Es la posibilidad de obtener formas y tamaños adecuados mediante cortes o divisiones.
e2- Agregación: Permite unir materiales, de una misma especie o no, mediante procesos físico-químico.
e3- Transformaciones: Son aquellos que modifican el material sin separación ni agregación. (El fraguado en el hormigón).
e4- Forjabilidad: Alude a dar forma mediante golpes y puede estar relacionada con el calor.
e5- Maleabilidad: Aquellos materiales con los que se pueden hacer láminas se dice que son maleables. Un ejemplo es el metal.
e6- Ductibilidad: Aquellos materiales con los cuales se pueden hacer hilos se dice que son dúctiles. El metal también es un ejemplo.
e7- Plasticidad: Es cuando el material tiene la capacidad de retener formas nuevas.
e8- Soldabilidad: Cuando los materiales se pueden unir mediante calor. Ejemplos son el metal y el plástico.
f- Propiedades químicas.
f1- Composición: Es la cantidad y calidad de los componentes que forman al material.
f2- Estabilidad: Mide la capacidad del material de durar frente a agentes externos.
f3- Solubilidad: Es la posibilidad de ser disuelto en algún solvente. Si el PH es menor a siete se dice que es un medio ácido; si es mayor a siete es básico; y de ser siete es neutro.
g- Propiedades organolépticas.
g1- Visión: Se relaciona con el color y en general es una cualidad estética, aunque suele dar pautas de otras características. La luz incide en el espacio, se debe tener en cuanta cómo influye según el tipo de uso.
g2- Tacto: Se relaciona con la textura, la cual no sólo define características superficiales sino que incide en el aspecto estético y acústico.
g3- Olfato: Los materiales suelen tener olores característicos, especialmente aquellos que son orgánicos.
g4- Oido: Cada material tiene su propia respuesta sonora frente al impacto.