Upload
dotram
View
219
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
CONSTRUCCIÓ I
Revisió 20/09/2010
PROPIETATS DELS MATERIALS
Índex
1. Propietats físiques
1.1 Estructuració interna de la matèria
1.2 Densitat
1.3 Porositat
1.4 Permeabilitat
1.5 Capil·laritat
1.6 Elasticitat o rigidesa
1.7 Plasticitat
1.8 Resistència
1.9 Duresa
1.10 Aïllament acústic
1.11 Absorció acústica
1.12 Conductivitat tèrmica
1.13 Calor específic
1.14 Coeficient de dilatació tèrmica
1.15 Transparència-opacitat, conductivitat elèctrica,
etc
1.16 Relacions entre propietats físiques
2. Propietats químiques
2.1 Estabilitat o inestabilitat química
2.2 Oxidació-corrossió
2.3 Efectes de les sals
2.4 Efectes de la contaminació àcida
2.5 Degradació per evaporació de compostos
volàtils
2.6 Degradació per exposició a radiacions
2.7 Degradació per agents biòtics
2.8 Combustió
3. Propietats mediambientals
3.1 Cicle de vida
3.2 Energía continguda, emissions associades,
petjada ecològica
3.3 Motxilla ecològica
3.4 Reutilització, reciclatge, valorització
1. PROPIETATS FÍSIQUES
1.1 Estructuració interna de la matèria
Diferents estats d’agregació
Gasós
Líquid
Sòlid
Distàncies d’equilibri entre àtoms o molècules
Típus d’enllaços
Iònic (molècules polars, dissolucions, etc)
Covalent (electrons compartits entre alguns àtoms)
Metàl·lic (electrons compartits entre tots els àtoms)
Forces moleculars cohesives (viscositat)
Forces moleculars adhesives
Energia i temperatura
Energia de canvi d’estat
Isotropia i anisotropia
A nivell atòmic i molecular (Amorf o cristal·lí)
A nivell macroscòpic (Isòtrop o fibrat)
Elements, compostos, mescles, dissolucions veritables o col·loidals, etc.
1.2 Densitat
Densitat:
Quantitat de massa per unitat de volum
Densitat real: Quantitat de massa per unitat de volum excloent els porus (a nivell microscòpic)
Densitat aparent: Massa per unitat de volum incloent els porus (a nivell macroscòpic)
Category Material Density (g/cc)
-------- --------------- --------------
Wood Cherry 0.433
Wood Walnut 0.593
Wood Southern Pine 0.65
Wood Red Oak 0.673
Wood Sugar Maple 0.689
Wood Birch 0.705
Wood Mahogony 0.705
Chemical Gasoline 0.721
Chemical Benzene 0.737
Liquid Ethyl Alcohol 0.802
Liquid Methyl Alcohol 0.809
Liquid Water, Ice 0.897
Other Paraffin 0.898
Liquid Mineral Oil 0.914
Other Paper 0.929
Liquid Vegetable Oil 0.93
Other Leather, common 0.945
Plastic HDPE 0.955
Liquid Water, 100 °C 0.9581
Liquid Water, 4 °C 0.99997
Plastic Polyurethane 1
Liquid Water, Seawater 1.025
Mineral Coal, Coke 1.201
Mineral Coal, Anthracite 1.554
Composite Carbon-Carbon Composite 1.65
Ceramic Graphite 2.163
Ceramic Quartz Glass 2.2
Ceramic Refrax 2.54
Ceramic Glass 2.6
Metal Aluminum 2.643
Ceramic Lead Glass 2.8
Mineral Iron Ore, Limonite 3.796
Ceramic Sapphire 3.99
Mineral Copper Ore, pyrites 4.197
Metal Titanium 4.5
Mineral Iron Ore, Magnetite 5.046
Metal Zinc, Cast 7.049
Metal Iron, grey cast 7.079
Metal Carbon Steel 7.84
Metal Iron, Pure 7.86
Metal Soft Steel (0.06% C) 7.87
Metal Stainless 18Cr-8Ni 8.03
Metal Copper, Pure 8.9
Metal Silver, Pure 10.5
Metal Lead 11.37
Metal Mercury 13.57
Metal Gold, Pure 19.32
Metal Platinum 21.3
1.3 Porositat
Porositat:
Volum d'un sòlid no ocupat per la fracció sòlida,
expressat en tant per cent del volum total.
Volum de porus
Porositat = ------------------------------- X 100 (En %)
Volum total (aparent)
Origen dels porus
Generalment apareixen en sòlids on en la seva
formació hi ha intervingut o bé l’aigua o bé algun
gas.
1.3 Porositat
Típus de porus
Comunicats
Incomunicats
1.4 Permeabilitat
Permeabilitat:
Qualitat d’un material de deixar passar un gas o un líquid
a través dels seus porus.
Evidentment cal que siguin porus comunicats i oberts
Que un material sigui permeable a l’aigua líquida o al
vapor d’aigua només depèn de la mida dels seus porus
(Exemple Gore-tex, paper transpirant, Tyvek)
Com més porus hi hagi (oberts o oberts i comunicats)
més superfície del material estarà en contacte amb
l’ambient exterior, per on podran iniciar-se reaccions
químiques varies.
1.5 Capil·laritat
Cadascun dels fenòmens consistents a deixar d'ésser horitzontal la superfície lliure d'un líquid en
contacte amb una paret sòlida, i en la formació de meniscs i l'ascens o el descens d'un líquid en un tub
capil·lar
Forces de cohesió
Forces d’adhesió
Tensió superficial
1.5 Capil·laritat
Terròs de sucre i cafè
LA TENSIÓ SUPERFICIALAigua-pell:
Forces d’adhesió > cohesió MULLA
Mercuri-pell:
Forces d’adhesió < cohesió NO MULLA
Alçada de la columna d’aigua:
Forces atracció aigua-vidre = Força PES columna
1.5 Capil·laritat
1.6 Elasticitat o rigidesa (Mòdul de Young)
E(N/mm2) (kg/m3) E/
Diamant
Acer
Fibres de Carboni
Titani
Vidre
Maó
Formigó
Fusta
1’200·106
0’210·106
0’200·106
0’120·106
0’073·106
0’021·106
0’015·106
0’014·106
3.500
7.800
2.000
4.500
2.400
3.000
2.500
500
343
27
100
27
30
7
6
28
Elasticitat:
Propietat dels materials que
es manifesta per la
desaparició, en deixar
d'actuar sobre ells forces
exteriors d'intensitat inferior a
un cert límit, de les
deformacions produïdes per
tals forces.
Que un material sigui elàstic
o rígid ens està dient quant
es deformaran dins de la
seva fase elàstica, si molt o
poc.
Fragilitat: Propietat d’un
material que arriba al seu
trencament directament des
de la seva fase elàstica. No
té fase plàstica.
E alta. Poc elàstica.
Molt rígida.
E baixa. Molt elàstica.
Poc rígida.
1.6 Elasticitat o rigidesa (Mòdul de Young)
Exemples: Molles
E alta
E baixa
1.7 Plasticitat
Plasticitat:
Propietat dels materials que es manifesta en conservar indefinidament les deformacions produïdes per
alguna força en deixar d'actuar aquesta força.
Dúctil : Dit del material, especialment el metall, capaç de deformar-se permanentment sota l'efecte d'un
esforç pel fet que la seva resistència al fregament és menor que la resistència a la separació dels seus
elements.
Exemple: Metalls
1.8 Resistència
Resistència:
Tensió que pot suportar un cert material, deformant-se de manera elàstica o plàstica, abans d’arribar al
seu trencament.
Cada material té tres resistències màximes admissibles ( màx) en funció de l’esforç a què el
sotmetem:
A tensió de compressió
A tensió de tracció
A tensió de tangencial
màx
Els materials anisòtrops o
direccionats tindran diferents
resistències en funció de si les
estudiem en el sentit de les fibres o
en el sentit perpendicular a
elles.Exemple: fusta
1.9 Duresa
Duresa:
Conjunt de propietats mecàniques dels materials sòlids que indiquen la resistència a la deformació
plàstica localitzada a la seva superfície. Indiquen la resistència que oposen a la abrasió o ésser ratllats.
Duresa MineralEquivalent
quotidià
10 Diamant diamant sintètic
9 Corindó rubi
8 Topazi paper d'esmeril
7 Quars ganivet d'acer
6 Ortòclasi/Feldespat
5 Apatit vidre
4 Fluorita clau de ferro
3 Calcita moneda de bronze
2 Guix ungla del dit
1 Talc pols de talc
1.10 Aïllament acústic
Aïllar:
“Impedir” o atenuar la propagació d'un fenomen físic (calor, so) a l'exterior del lloc on és produït o a
l'interior d'un determinat recinte en absorbir-ne l'energia de propagació.
Tipus de so:
So aeri: El seu focus emissor és a l’aire. L’edifici només fa de transmissor d’aquest so.
Exemple: Soroll del trànsit, d’un avió, etc.
So d’impacte: El seu focus emissor és un material sòlid de l’edifici. El propi edifici
emet el so en vibrar.
Exemple: Vibracions d’aires acondicionats, ascensors, metro, taladres, etc.
La capacitat d’aïllar que te un material ve en funció de la seva densitat, de la seva elasticitat i de la
porositat del material.
Compte amb les taules (normativa,
prospectes comercials, etc) que sovint no
son de materials simples, sinó que son de
solucions constructives concretes i
complexes.
L’aïllament que ens donen aquestes
solucions complexes ve en funció no només
dels materials, sinó també de les quantitats
(els gruixos) de cada un, de la seva
disposició relativa (el seu ordre), de la seva
forma, etc.
1.11 Absorció acústica
Absorció acústica:
L’absorció acústica es la propietat dels materials per absorbir energia acústica al minvar la reflexió de
les ones sonores incidents.
Pèrdua d'energia de les ones sonores quan travessen un medi o es dispersen en incidir damunt la
superfície de separació de dos medis.
Ve en funció de la superfície del material (prorositat, textura, rugositat, forma), de la seva elasticitat, etc.
L’absorció acústica d’una determinada solució constructiva complexa també vindrà donada no només
pels material sinó també per la quantitat i ordre en que es disposin, de la seva forma, etc.
1.12 Conductivitat tèrmica
Conductivitat tèrmica:
Mesura de la capacitat de conducció tèrmica d'una substància, de valor igual al quocient entre la
densitat de flux tèrmic i el gradient de temperatura existent
Aigua com a conductor, si ho comparem amb els
materials aïlants. Els fa perdre efectivitat.
Exemple: jersei sec o jersei moll
1.12 Conductivitat tèrmica
1.13 Calor específic
Calor específic:
Quantitat de calor que hem de donar a un kg de massa d’una substància per incrementar la seva
temperatura en un grau Kelvin. (J/kg·K ó Cal/g·ºC)
Mesura el que ens costa escalfar un cert material per unitat de massa
Substància c (J/kg·K)
Aigua 4.180
alcohol etílic 2.400
Alumini 900
Coure 386
Or 126
Plom 128
Vidre 840
1.14 Coeficient de dilatació tèrmica
Coeficient de dilatació tèrmica:
Increment unitari de longitud que experimenta una
substància en incrementar-se la seva temperatura en un
grau Kelvin.
Si es guanya temperatura es guanya longitud, i a la
inversa, però hi ha una excepció important: L’aigua en
baixar la seva temperatura entre 0ºC i -4ºC experimenta
un increment de volum (una dilatació). Fora d’aquest rang
de temperatures es comporta normalment.
Hi ha materials anisòtrops, com la fusta o el zenc
laminat, que tenen coeficients de dilatació lineal diferents
per les diferents orientacions (veure taula)
SubstànciaCoef.dilatació(/10-6K-1)
Polietilè 260
Zenc (perpendicular a laminació) 220
Nylon 100
Poliestirè 85
Gel 51
Fusta (perpendicular a les fibres) 32-66
Zenc (paral·lel a laminació) 31
Plom 29
Alumini 23’5
Llautó 19’3
Bronzo 17’5
Coure 17
Acer inoxidable 18/8 16’4
Acer 11
Ceràmica 9
Vidre 8’5
Fusta (paral·lel a les fibres) 2-9
Vidre Pyrex 3’3
1.15 Transparència o opacitat, conductivitat elèctrica, etc
Transparència:
En el camp de la mecànica clàssica i respecte a una radiació electromagnètica (en general la llum)
que incideix en una substància, inversa de l'opacitat, és a dir, relació entre la intensitat de la radiació
que travessa la substància i la intensitat de la radiació incident.
Una substància pot ser transparent a determinades longituds d’ona i opaca a d’altres
Translucidesa:
Qualitat del material que deixa passar la llum però no deixa veure distintament els objectes a través
seu. Difon el feix de llum. Té a veure amb la superfície del material.
Color
Conductivitat elèctrica
...
No sempre hi ha una correspondència lineal entre les diferents característiques, però per la majoria de
materials sí que hi podem trobar unes certes relacions...
A + densitat, porositat
A + densitat, duresa
A + densitat, resistència
A + densitat, conductivitat tèrmica
A + densitat, aïllament acústic
A + porositat, resistència
A + porositat, conductivitat tèrmica
A + porositat, esmorteïment acústic
A + porositat, capil·laritat
A + duresa, resistència
A + elasticitat, absorció acústica
Elasticitat, resistència
1.16 Relacions
-
+ (no sempre, plom)+ (no sempre, plom)
+
+
--
+ (per altes freqüències)
la depèn del tipus de porus
+ (amb compte, escleròmetres)
+ (sobre tot en impacte)
(CAP)
2. PROPIETATS QUÍMIQUES
2.1 Estabilitat o inestabilitat química
Un canvi químic representa canvi de material, per tant, de propietats (totes)
Els materials que són més susceptibles de ser afectats per canvis químics son els orgànics, la majoria
dels metalls i en general aquells en que s’ha invertit una energia en aïllar-los de la resta amb els que
apareixen combinats en estat inert.
L’aigua intervé molts cops en les reaccions químiques que afecten els materials, bé directament o bé
com a mitjà perquè d’altres substàncies arribin al material en qüestió.
2.2 Oxidació i corrossió
Oxidació: Combinació amb l’oxigen. En el cas dels metalls, aquest cedeix electrons a l’oxigen. La
oxidació pot veure’s accelerada per la presència d’un altre metall més electropositiu.
Només afecta als metalls no nadius, que no es troben aïllats a la natura.
L’aigua pot intervenir en l’oxidació, i pot portar altres substàncies que també hi intervinguin
2.3 Efectes de les sals
Problemàtica:
Les sals poden patir canvis de volum, poden cristalitzar (eflorescències), oferint un aspecte no desitjat,
etc
Materials afectats: Porosos o salins
L’aigua intervé com a dissolvent i mitjà de transport en molts dels processos.
2.4 Efectes de la contaminació àcida
Àcid + Base = Sal + Aigua
En molts processos industrials es treballa amb àcids, i part d’aquests s’emeten a l’atmosfera
(principalment àcid sulfúric). La pluja en caure els recull, els diposita sobre les construccions, iniciant
així les reaccions.
Materials afectats: Bàsics (formigó, pedres calcàries, etc)
2.5 Degradació per evaporació de compostos volàtils
Problemàtica:
La evaporació d’aquests compostos deixa buida una xarxa de porus, que amplien la superfície del
material exposada a l’ambient, accelerant així encara més el procés.
Materials afectats: materials orgànics (derivats del petroli, vernissos, fustes...) Sovint deriva en una
pèrdua d’elasticitat, esquerdaments, pèrdua de la capacitat d’impermeabilitzar, etc.
2.6 Degradació per exposició a radiacions
Problemàtica:
Els rajos solars contenen longituds d’ona (Principalment UVA) que trenquen alguns enllaços moleculars.
Materials afectats: Plàstics, fustes. Sovint en resulta pèrdua d’elasticitat i decoloració.
2.6 Degradació per agents biòtics
Microorganismes (pudricions, fongs, etc)
Macroorganismes (insectes, larves, mamífers, ocells)
Materials afectats: Orgànics, principalment fusta. Alguns aïllants tèrmics.
Una humitat i una temperatura elevades i constants també afavoreixen aquest tipus de degradació.
CORC GRAN CORC ARNA DE PARQUET TÈRMIT
2.7 Combustió
Combustió:
Reacció d'oxidació que és acompanyada de despreniment de llum i de calor, amb flama o sense.
Materials afectats: Combustibles
Classificació de materials segons UNE 23 727:
M0 Incombustibles
M1 Autoextingibles (Combustible però no imflamable)
M2, M3 i M4 Imflamabilitat moderada, mitjana o alta
3. CONCEPTES MEDIAMBIENTALS
3.1 Cicle de vida
El cicle de vida d’un producte, aplicat al camp de la construcció, és tot el camí que aquest segueix des
del moment en que s’extrauen les matèries primeres (recursos) de la natura per fabricar-lo, passant per
el seu processament, embalatge, transport, posta en obra, us, manteniment, desmuntatge o enderroc,
obtenint un residu resultant, el qual podem reutilitzar directament, o bé reciclar o bé dipositar
controladament. Es tanca el cicle en el moment en el que ja no tenim un residu, sinó que tornem a tenir
el recurs que teníem a l’inici, o un altre que ens serveixi pel mateix.
Fa
bri
ca
ció
, tr
an
sp
ort
i
po
sta
en
ob
ra
Us i manteniment
En
derro
c
De
sm
un
tatg
e
NATURA
Reutilització
o reciclatge
RECURSOS RESIDUS
EDIFICI NOU EDIFICI VELL
3.2 Energia continguda, emissions associades, petjada ecològica
Energia continguda (embodied energy):
L’energía continguda d’un objecte és l’energía total que ha calgut per dur a l’ojecte al seu estat actual. Aquesta inclou l’energía consumida en extreure les matèries primeres, per processar-les, manufacturar-les i transportar els materials entre processos. També inclou part proporcional de la energía consumida per fabricar la maquinaria, vehicles, els edificis i infraestructures involucrades en aquest procés.
Emissions associades:
La energía continguda, en funcio de la font energètica que
s’hagi utilitzat per obtenir-la, representa unes certes
emissions de CO2. Totes les fonts energètiques representen
certes emissions, incloses la elèctrica, la nuclear, etc.
Petjada ecològica (ecological footprint):
La superfície de què parla l’empremta ecològica és la
necessària per plantar la biomassa vegetal que serà capaç
de tornar a recollir aquest CO2 de l’atmosfera i fixar-lo un
altre cop, durant el temps en que duri tot el procés. Ens
permet expressar, en hectàrees de superfície bioproductiva,
l’espai ambiental que ocupa una o opció de consum. Ens
alerta en el cas de que ens movem per sobre de la
biocapacitat de la nostra regió de referència.
3.3 Motxilla ecològica
Motxilla ecològica:
Expressa el pes mort (la suma de tots els materials movilitzats i transformats per a proporcionar un
producte o servei, menys el seu pes propi) que arrossega de manera invisible cada be de consum. Es
divideix en 5 categories: materials abiòtics (no renovables); materials biòtics (renovables); aigua; sol
(erosió) i aire.
3.6 Reutilització, reciclatge i valorització
Reutilització:
Tornar a donar una utilitat a un material sense
transformar-lo.
Materials reciclables:
Els que després de donar un servei, són
tècnicament capaços de tornar a entrar al cicle
productiu, servint de matèria primera per
obtenir nous materials. Els materials reciclables
no perden qualitat en els cicles successius. Els
que van perdent propietats s’anomenen
infrareciclats.
Materials reciclat:
Material que s’obté no a base de matèries
primeres directament extretes de la natura, sinó
a partir de la recuperació de materials
provinents de l’activitat humana, ja siguin
residus industrials, productes que ja han donat
el servei, etc.
Valorització energètica:
Reaprofitament dels materials que tracta
d’extreure’n part de l’energia continguda
produïnt-ne biogas, o cremant-los.
BIBLIOGRAFIA
Diccionari manual de la construcció (ITEC)
Diccionari visual de la construcció (ITEC) (Baixable en format PDF)
http://www10.gencat.net/ptop/AppJava/cat/documentacio/llengua/terminologia/diccvisual.jsp
Diccionari online de l’enciclopèdia catalana:
http://www.grec.net/home/cel/dicc.htm
http://www.grec.net/cgibin/lexicx.pgm
La construcció de l’arquitectura. 1. Les tècniques. (I. Paricio, Ed. ITEC)
La construcció de l’arquitectura. 2. Els elements. (I. Paricio, Ed. ITEC)
Ciencia de los materiales W. Gonzalez –Viñas, Héctor L.Mancini. Ed Ariel Ciencia y Tecnología.
DAU núm 21. L’escala del sostenible
CTE (Código Técnico de la Edificación). HR (Protección frente al ruido)
CTE (Código Técnico de la Edificación). HE (Ahorro de energia)
CTE (Código Técnico de la Edificación). SI (Seguridad en caso de incendio)
Tectónica 9 (Acero I)