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)