Material de Construcción: Propiedades mecánicas

 El comportamiento mecánico de un material se define como la respuesta del mismo a las cargas externas. Todos los materiales se deforman como respuesta a las cargas; sin embargo, la respuesta específica de un material depende de sus propiedades, de la magnitud y tipo de carga y de la geometría del elemento. El que un material "falle" bajo condiciones de carga depende del criterio de fallo que se defina. Un fallo catastrófico de un elemento estructural, que dé lugar al derrumbamiento de la estructura, es un fallo obvio del material. Sin embargo, en algunos casos, el fallo es más sutil, pero con consecuencias igualmente graves. Por ejemplo, un pavimento puede fallar debido a una rugosidad excesiva de la superficie, incluso aunque los niveles de resistencia necesarios se encuentren dentro de las capacidades del material. Un edificio puede tener que ser precintado a causa de vibraciones excesivas provocadas por el viento u otras cargas naturales, aunque sea estructuralmente sólido. Estos son ejemplos de fallos funcionales.

Factores económicos

 Los costes del proceso de selección de materiales se ven influenciados por muchos más factores que el coste del material. Entre los factores que deben tenerse en cuenta a la hora de seleccionar materiales hay que incluir:

• Disponibilidad y coste de los materiales en bruto.

• Costes de fabricación.

• Transporte.

• Colocación.

• Mantenimiento.

Los materiales empleados en las estructuras de ingeniería civil han ido cambiando con el tiempo. Las primeras estructuras se construían con piedra y madera. Estos materiales eran muy abundantes y podían cortarse y conformarse con las herramientas disponibles. Más tarde, se utilizó el hierro fundido, cuando las fundiciones comenzaron a ser capaces de refinar hasta cierto grado el mineral de hierro. Al producirse la Revolución Industrial, pudieron fabricarse las grandes cantidades de acero de calidad que requerían las grandes estructuras. Además, el cemento portland, desarrollado a mediados del siglo XIX,proporcionó a los ingenieros civiles un material barato y duradero con una gran variedad de aplicaciones.

En general, en los países occidentales, existen eficientes sistemas de transporte que hacen que la disponibilidad no suponga un problema una vez que se ha seleccionado un material. Sin embargo, el transporte de los materiales puede incrementar significativamente el coste de los mismos. Por ejemplo, en muchos lugares, no es posible conseguir fácilmente áridos de calidad para el hormigón y el asfalto. Si la fuente de suministro de áridos más próxima a una determinada ciudad se encuentra a, por ejemplo, unos 150 km, esta distancia puede duplicar aproximadamente el coste de los áridos en destino, lo que coloca al hormigón en desventaja frente al acero. 

El tipo de material seleccionado para un determinado trabajo influye enormemente en la facilidad de construcción y en los costes y tiempos de la misma. Por ejemplo, los elementos estructurales de un edificio con estructura de acero pueden ser fabricados en un taller, transportados al lugar donde vaya hacerse la construcción, colocarse mediante una grúa y soldarse después. Por el contrario, en el caso de un edificio de hormigón armado, deben crearse los encofrados, colocarse la armadura de acero, colocar y mezclar el hormigón y dejar que endurezca y retirar después los encofrados. La construcción de un edificio con estructura de hormigón puede ser mucho más compleja y puede llevar más tiempo que la construcción de estructuras de acero. Para salvar este inconveniente, comúnmente se emplean unidades de hormigón prefabricadas, especialmente en la construcción de puentes.

Todos los materiales se deterioran con el tiempo y el uso, lo que afecta tanto a los costes de mantenimiento como a la vida útil de la estructura. La tasa de deterioro varía de unos materiales a otros. Por tanto, al analizar los factores económicos de un material, debe evaluarse el coste del ciclo de vida y los costes iniciales de la estructura.

CONCEPTOS SOBRE INGENIERíA DE MATERIALES Parte 2

 El campo de los materiales de fibra se ha desarrollado rápidamente en los últimos 30 años. Muchos proyectos modernos de ingeniería civil han utilizado compuestos reforzados con fibra. Estos compuestos más recientes compiten con los materiales tradicionales a causa de su más alta relación resistencia-peso y a su capacidad de eliminar problemas tales como la corrosión. Por ejemplo, el hormigón reforzado con fibra tiene una dureza mucho mayor que el hormigón convencional de cemento portland. Los compuestos pueden reemplazar al acero reforzado en estructuras de hormigón. De hecho, los compuestos han permitido la construcción de estructuras que en el pasado no se podrían haber llevado a cabo.

La naturaleza y el comportamiento de los materiales empleados en la ingeniería civil son tan complejos como los de los materiales utilizados en cualquier otro campo de la ingeniería. Debido a la gran cantidad de materiales empleados en los proyectos de ingeniería civil, frecuentemente los ingenieros trabajan con los materiales disponibles localmente, los cuales no están tan refinados como los materiales usados en otros campos de la ingeniería. En consecuencia, los materiales utilizados en ingeniería civil tienen propiedades y características muy variables. 

Este capítulo aborda la forma en que las propiedades de los materiales afectan a su selección y comportamiento en las aplicaciones de ingeniería civil. Además, se repasan algunas definiciones y conceptos básicos de ingeniería mecánica que son necesarios para comprender cómo se comportan los materiales. También se aborda la naturaleza variable de las propiedades de los materiales, con el fin de que el ingeniero pueda comprender los conceptos de precisión y exactitud, muestreo, aseguramiento de la calidad y control de calidad. Por último, se describen los instrumentos utilizados para medir la respuesta de los materiales.