Propiedades Mecánicas y Físico-Químicas de Materiales: Un Enfoque Integral

1. Propiedades Mecánicas

Son las que muestran los materiales al someterse a esfuerzos (fuerzas externas). Determinan su idoneidad para la construcción.

🔸 Tipos de esfuerzos

  • Compresión: tiende a acortar el material.

  • Tracción: tiende a alargarlo.

  • Flexión: lo dobla.

  • Torsión: lo retuerce.

  • Cortadura o cizalladura: tiende a deslizar una parte sobre otra.

🔸 Propiedades principales

  • Dureza: resistencia a ser rayado o perforado (duros: acero, diamante).

  • Tenacidad: capacidad de absorber energía sin romperse (frágiles: vidrio; tenaces: acero).

  • Resistencia mecánica: soportar esfuerzos sin deformarse ni romperse.

  • Deformabilidad: capacidad de cambiar de forma.

    • Elástica: recupera su forma (Ley de Hooke → σ = E·ε).

    • Plástica: no recupera la forma al cesar la fuerza.

  • Ductilidad: se puede estirar en hilos (ej.: cobre, nailon).

  • Maleabilidad: se puede laminar en planchas (ej.: oro, estaño).

  • Fatiga: rotura por esfuerzos repetidos, aunque sean pequeños.


⚡ 2. Propiedades Físico-Químicas

  • Resistencia eléctrica (R): oposición al paso de la corriente.

    • Conductores, aislantes o semiconductores.

  • Resistividad (ρ): resistencia de 1 m de longitud y 1 m² de sección.
    [
    R = ρ·\frac{L}{S}
    ]

    • Aumenta con la temperatura e impurezas.

  • Conductividad (σ): inversa de la resistividad.
    [
    σ = \frac{1}{ρ}
    ]

  • Conductividad térmica: capacidad para transmitir calor.

  • Dilatación térmica: aumento de tamaño con la temperatura.
    [
    L = L₀ (1 + α·ΔT)
    ]

    • (α): coeficiente de dilatación lineal.

    • También existen coeficientes superficial (β = 2α) y volumétrico (γ = 3α).

  • Calor específico (c): cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura.
    [
    Q = m·c·ΔT
    ]

  • Densidad (ρ o d): masa por unidad de volumen.
    [
    ρ = \frac{m}{V}
    ]

  • Puntos de fusión, ebullición y congelación: temperaturas de cambio de estado.

  • Comportamiento magnético:

    • Diamagnéticos: se oponen al campo.

    • Paramagnéticos: se suman débilmente.

    • Ferromagnéticos: se suman fuertemente (ej.: hierro).

  • Resistencia a la oxidación y corrosión: oposición a reaccionar con oxígeno o ambientes húmedos.


🔩 4. Metales

🔹 Metales férricos (con hierro + carbono)

  • Hierro puro: <0,03 % C; frágil; usado en electroimanes.

  • Acero: 0,03–2 % C; resistente y duro, pero se oxida.

    • Aleaciones con cromo y níquel → aceros inoxidables.

  • Fundiciones: 2–6,67 % C; duras, frágiles, fundibles y resistentes a la corrosión.

    • Ej.: fundición gris (resistente al desgaste).

  • Obtención: en alto horno (hierro + coque + caliza) → arrabio → afino → acero.

🔹 Metales no férricos

MetalPropiedades principalesAplicacionesAleaciones
Cobre (Cu)Buen conductor, resistente a la corrosión, dúctilCables, tuberías, motoresBronce (Cu+Sn), Latón (Cu+Zn)
Aluminio (Al)Ligero, resistente, conductor, no tóxicoAviones, carpintería, envasesAleaciones con Cu, Zn, Si, Mn
Titanio (Ti)Muy resistente y ligero, biocompatibleAviones, bicicletas, prótesisAleaciones ligeras y resistentes

🧱 5. Materiales de Construcción

  • Cemento: mezcla de caliza y arcilla cocida (~1500 °C).

    • Cemento Portland → base del mortero y el hormigón.

    • Alto consumo energético y gran emisión de CO₂.

  • Hormigón: mezcla de arena, grava, cemento y agua.

    • Muy resistente a compresión.

    • Se refuerza con acero → hormigón armado.

    • Se clasifica por la cantidad de cemento (kg/m³).


🧫 6. Materiales Plásticos

🔹 Termoplásticos

Se ablandan con calor y pueden moldearse varias veces.

TipoPropiedadesUsos
PETTransparente, reciclable, no tóxicoBotellas, envases
HDPEOpaco, rígido, resistenteBotellas, tuberías
PVCResistente a impactos y abrasiónTuberías, cables
LDPESuave y flexibleBolsas, film
PPLigero, coloreable, resistenteJuguetes, material sanitario
PS / PorexpánLigero, frágilEnvases, aislantes
PLANatural, biodegradableImpresión 3D

🔹 Termoestables

Solo se moldean una vez (no se funden de nuevo).

MaterialPropiedadesUsos
MelaminaResistente al calor y químicosMuebles, tableros
BaquelitaDura, aislante, resistente al calorEnchufes, mangos
Resinas de poliésterRígidas, frágilesCarrocerías, piscinas

🔹 Elastómeros

Muy elásticos, recuperan su forma.

MaterialPropiedadesUsos
CauchoNatural o sintético, elásticoNeumáticos, suelas
NeoprenoFlexible, aislante e impermeableTrajes de buceo
SiliconasSuaves y resistentesSellados, prótesis

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