CONCEPTOS Y DEFINICIONES:
Para obtener el concepto de las ideas iniciales de las que se explican en este curso, se establecen los siguientes conceptos que permiten comprender el comportamiento de los diferentes materiales utilizados en la industria de la construcción, y en cualquier industria en general.
Defnición de material.
Los materiales son sustancias complejas constituidas de distintos tipos de elementos químicos entrelazados, formando compuestos. Un material puede existir en la naturaleza de distinta forma, líquido, gas, plasma o sólido, este último es la base de las estructuras, dado que tienen forma y olumen de!nido, que son capaces de mantener aun con los cambios clim"ticos del ambiente, los otros estados, por lo regular solo se pueden a llegar a presentar durante la elaboración del material.
#xisten cuatro factores clae, para que un material se adecuado$ % #st&tico$ Para satisfacer la necesidad de la belleza del ser 'umano.
% #conómico$ #l gasto que suponga la obtención del material no debe ser nunca superior al bene!cio. #ste factor económico podría decidir la eliminación de un material, aunque sus propiedades fuesen difícilmente sustituibles por otros.
% (urabilidad$ La permanencia de cada uno de los materiales elegidos, depender"n de sus características y est" directamente relacionado con los anteriores.
% )uncionalidad$ *ue tenga una utilización adecuada para lo que se le a a manejar en la construcción
Propiedades y características de los materiales.  +odos los materiales tienen distintas propiedades pero, en la pr"ctica, se dice que un material posee una propiedad cuando la posee en un grado determinado. o todas las características se pueden estudiar en todos los materiales, aunque las presenten y solo algunas son realmente ealuadas en la arquitectura- Para resumir muc'as de las propiedades de los materiales se 'a generado la siguiente clasi!cación$
!enerales: Con"ormadas principalmente por lo #$e podemos apreciar a simple %ista. &C'('CTE()STIC'S F)SIC'S*
El término característica  puede designar diversos conceptos, que siempre se refieren al carácter propio o específico de algo. ES PARTI!"AR # PEREPTI$"E.
+ Est,tico.  ./ (isciplina !losó!ca que estudia las condiciones de lo bello en el arte y en la naturaleza. 0ninguna est&tica 'a logrado de!nir cu"l es el contenido del arte0 1. 2odo particular de entender el arte o la belleza. - F$ncionalidad. on%unto de características que &acen que algo sea práctico ' utilitario. Permite que el
o(%eto cumpla con alg)n o(%etivo tangi(le.
- Inmedi-les.   Tet$ra. (isposición, arreglo o estructura de la super!cie de algún cuerpo.
3Produce una sensación t"ctil o isual/
 
  a/ 2"rmol b/ madera c/ acero   /omo0eneidad. 1. Se refiere a un compuesto o me*cla que está formado por elementos con una serie de
características comunes referidas a su clase o naturale*a que permiten esta(lecer entre ellos una relaci+n de seme%an*a. Se aplica a la me*cla en la que los distintos elementos que la componen están totalmente interrelacionados entre sí ' no se distinguen unos de otros.
  a* 2e3cla de concreto 4omo0,neo -* 0ranito &material
4etero0,neo*   'spere3a5r$0osidad.
 
Color.   Transparencia.
 apacidad que tiene un o(%eto de de%ar pasar la lu* ' permitir ver a través de su masa lo que &a' detrás.
  a* Placas de policar-onato -* concreto trasl6cido
  De"ectos.
 
F)SICO 78)2IC'S: CONSTIT8ID'S PO( S8S C'('CTE()STIC'S ' NI9E 2OEC8'(. &SE P8EDEN 2EDI(; PE(O DIF)CI2ENTE SE P8EDEN O<SE(9'( ' SI2PE 9IST'* &P(OPIED'DES F)SIC'S* - 2asa: antidad de materia que tiene un cuerpo el kilogramo es la unidad de masa en el Sistema Internaci  onal de unidades. Propiedad fundamental de la materia. + Ener0ía: apacidad que tiene un cuerpo o un sistema para reali*ar un tra(a%o o producir un cam(io o una transformaci+n. Se mide en -oules / 01m
Newton. !nidad de fuer*a del Sistema Internacional, de sím(olo N , que equivale a la fuer*a que &a' que aplicar a un cuerpo que tiene una masa de un 2ilogramo para comunicarle una aceleraci+n de un metro por segundo cuadrado.
Equivalencia entre la masa
 
= m c 4 5E: energía, m: masa, c: velocidad de la lu*6.
 
, que equivale a la cantidad de calor  necesaria para elevar un grado centígrado la temperatura de un gramo de agua unacaloría equivale a 4,184 joules.
  Temperat$ra: 7agnitud termodinámica que e3presa el estado de calor del cuerpo. Se mide en °C, °K, °R
  Capacidad calorífca. Calor específco. alor necesario para elevar en un grado centígradola unidad de masa de un cuerpo.
 
 
de sus moléculas a otras moléculas ad'acentes o a sustancias con las que no está en contacto. En el Sistema Internacional de !nidades la conductividad térmica se mide en 895:;m6 5equivalente a -95s;:;m6 6
!na conductividad térmica de / vatio por metro ' 2elvin indica que una cantidad de calor de
un  %ulio 5-6 se propaga a través de un material por conducci+n térmica
• en / segundo,
• por una superficie de / m4,
• por un grosor de / m,
• cuando la diferencia de temperatura entre las dos caras es de / :.
uanto ma'or sea su conductividad térmica, un material será me%or conductor del calor. uanto
menor sea, el material será más aislante. Por e%emplo, el co(re tiene una conductividad de <=>
vatios por 2elvin ' metro, ' es más de /> >>> veces me%or conductor del calor que el poliuretano
5>,><? vatios por 2elvin ' metro6.
 
 
Dilatación t,rmica.  Aumento de volumen de un cuerpo por la separaci+n de sus moléculas ' disminuci+n de su densidad al elevarse su temperatura o disminuir la presi+n a la que está sometido, sin que se produ*ca ning)n cam(io en su naturale*a.
-unta de dilataci+n de un puente. Si estas %untas no se constru'esen, la dilataci+n térmica de los materiales cuando aumentase la temperatura generaría unos esfuer*os tan grandes que fracturarían el puente. Para calcular estas %untas se necesita conocer el coeiciente de dilataci!n t"rmica.
  Transporte de materia y tra-a=os con el mismo.
 
Densidad: la densidad 5sím(olo ρ6 es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en
un determinado volumen de una sustancia. "a densidad media es la ra*+n entre la masa de un
cuerpo ' el volumen que ocupa. 5masa de solidos 9 volumen de solidos6
 
!ni+n entre las moléculas de un cuerpo, de(ida a la fuer*a de atracci+n molecular. 5Presenta resistencia a su desmoronamiento, a su fragmentaci+n, a su deformaci+n, corte o penetraci+n. - Tensión s$perfcial. 3Propiedad de un líquido 4 #s la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. Esta definici+n implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. "as fuer*as co&esivas entre las moléculas de un líquido son las responsa(les del fen+meno conocido como tensi+n superficial.
- Capilaridad. Es un proceso 
 
 
 
.
- Porosidad: Es una medida de espacios vacíos en un material, ' es una fracci+n del volumen de &uecos so(re el volumen total, se mide como un porcenta%e entre >@/>>. El término se utili*a en varios campos, inclu'endo farmacia, cerámica, metalurgia, materiales, fa(ricaci+n, ciencias de la tierra, mecánica de suelos e ingeniería.
- Absorción: Es la medida de la porosidad de un material que es capa* de BllenarseC de agua después de un cierto periodo de tiempo. Se mide en porcenta%e ' normalmente es menor al valor de la porosidad.
Propiedades mec>nicas: &son enteramente medi-les y compara-les*. Defnen el material; a partir de s$ efciencia mec>nica en al06n aspecto para compararlo con otro.
Dependen de la constit$ción atómica; sit$ación relati%a de >tomos; características #$ímicas del material; am-iente eterior en el #$e se enc$entre el material; de los es"$er3os a los #$e 4a sido sometido; características y tipo del es"$er3o soportado y a la "orma de aplicación del mismo es"$er3o.
Para de!nir un material, tomamos en cuenta principalmente sus propiedades mec"nicas, dependiendo de la función a desarrollar dentro de una estructura ya que son las m"s importantes en los materiales de construcción pues generalmente &stos, est"n destinados a soportar esfuerzos mec"nicos- (entro de las m"s importantes est"n$
5 (esistencia: (epende de la cantidad de esfuerzos puede soportar un material en su interior, sin llegar a la segregación, 3alta deformación/ o destrucción del
 
mismo. #stos esfuerzos se re!eren a la tensión y compresión y su combinación, todos los materiales estructurales deben resistir en uno o ambos sentidos. La resistencia tiene diferentes alores en la madera, concreto reforzado y acero- pero los tres materiales tienen la capacidad de resistir tensión y compresión, es decir, a ser jalado o empujado por grandes o peque6as fuerzas antes de romperse bajo la fuerza de una carga.
El an>lisis de $na estr$ct$ra dada; en%$el%e la determinación de es"$er3os y de"ormaciones #$e s$"ren los elementos estr$ct$rales c$ando se les someta a $n estado de car0a; los c$ales de-en ser menores a los es"$er3os y5o de"ormaciones #$e es capa3 de soportar el material y5o el elemento estr$ct$ral. El dise?o de $na estr$ct$ra; se refere a la determinación del tipo de materiales; conf0$ración estr$ct$ral y dimensionamiento de los elementos #$e componen la estr$ct$ra; para #$e esta "$ncione -a=o las solicitaciones para las #$e "$e conce-ida; todo lo anterior -a=o cierto ni%el de se0$ridad; economía y est,tica.
 
Conociendo las "$er3as internas en cada $no de los miem-ros de $na estr$ct$ra; se p$ede proceder a calc$lar los es"$er3os internos en esos
miem-ros + Es"$er3o
 
Si la sección trans%ersal es $ni"orme; sim,trica; y la "$er3a esta aplicada eactamente so-re el e=e del elemento estr$ct$ral; la "$er3a aplicada al elemento ser> distri-$ida en la sección trans%ersal de cada elemento y la intensidad promedio de esas "$er3as distri-$idas es i0$al a
a "$er3a por $nidad de >rea; o @intensidad de las "$er3as distri-$idas en $na sección dada; se llama @es"$er3oA en la sección y se denota con @ A. P$ede ser @B+@
E=emplo: F$er3a de N GH. 0" 
a -arra C+< es $n @redondoA de acero de Jmm de di>metro. KDe c$>nto es el es"$er3o act$anteL act  P5'
Si el es"$er3o act$ante en la sección trans%ersal del elemento es menor al es"$er3o permisi-le en el material; perm, se puede concuir !ue a barra suportar" con
se#uridad a car#a apicada, en caso contrario e eemento $aar", % si a estructura se vueve inestabe, a estructura coapsar"&
 
+ + Sin em-ar0o; si la car0a no es aplicada eactamente so-re el e=e
lon0it$dinal del elemento; o si la lon0it$d del elemento so-repasa $n límite @criticoA; el elemento empe3ar> a s$"rir es"$er3os internos &com-inados de compresión y tensión*; de tal "orma #$e los mismos es"$er3os %aríen a lo lar0o de la sección y se prod$3can @elementos mec>nicos distintos y adicionalesA como los de Meión; cortante y torsión.
+ -* Es"$er3o Cortante: + C$ando las "$er3as aplicadas al elemento estr$ct$ral se aplican
perpendic$lares a la sección trans%ersal del elemento; las "$er3as internas distri-$idas en este caso de car0a; se llaman es"$er3os cortantes; y la ma0nit$d P aplicada se conoce como F$er3a cortante #$e act6a en la sección.
+ A
 
(i0ide3: #s la propiedad que expresa la capacidad de un material para oponerse a ser deformado por la acción física de una fuerza. #l alargamiento bajo tensión o acortamiento bajo compresión de algún cuerpo de cualquier material 3normalmente/ no se puede apreciar a simple ista, pero siempre ocurre ya que no existe ningún material perfectamente rígido.
De"ormación: #s el cambio en el tama6o o forma de un cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o m"s fuerzas aplicadas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatación t&rmica. ormalmente se expresa como porcentaje 3deformación unitaria/ para que el alor sea independiente de la geometría del cuerpo deformado.
Elasticidad: Se refera a la capacidad del material para de"ormarse -a=o la acción de al0$na car0a o es"$er3o; y de rec$perar s$ "orma o tama?o ori0inal; c$ando elemento se descar0a. Un material cuyo cambio en la forma desaparece r"pidamente cuando se quitan las cargas se comporta de manera el"stica. +odos los materiales estructurales deben ser el"sticos 'asta cierto punto, aunque ninguno lo es cuando se somete a cargas grandes.  +odos los materiales estructurales se comportan de manera el"stica si las cargas se encuentran dentro de un determinado límite.
 
Plasticidad: 9uando las cargas est"n por arriba de estos límites, los materiales desarrollan grandes deformaciones que ya no son proporcionales a las cargas. #stas deformaciones, que ya no desaparecen al quitar las cargas, se llaman permanentes o residuales. 9uando esto ocurre, el material tiene un comportamiento pl"stico o inel"stico. 8i las cargas siguen aumentando despu&s del comportamiento pl"stico, los materiales fallan en instantes.
 
. Aunque los materiales d)ctiles tam(ién pueden llegar a romperse (a%o el esfuer*o adecuado, esta rotura s+lo sucede tras producirse grandes deformaciones.
Fra0ilidad: Propiedad opuesta a la ductilidad, un material fr"gil se rompe cuando se supera la fuerza o esfuerzo que lo llea a su límite de elasticidad sin deformaciones perceptibles.
 
que a(sor(e un material, con las consecuentes deformaciones que el mismo adquiere, antes de romperse. Por eso el concepto está asociado a la resistencia ' capacidad de deformaci+n de los materiales. 2alea-ilidad o tra-a=a-ilidad: 8e re!ere a la plasticidad del material ante las fuerzas de compresión, tensión, ;exión o torsión, es decir, de aplastarse permanentemente, esto permite forjar y laminar los metales, transform"ndolos en per!les laminados. D$re3a "a dure'a es la oposici+n que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetraci+n, la a(rasi+n, el ra'ado, la cortadura, las deformaciones permanentes, entre otras. Por e%emplo la madera puede ra'arse con facilidad, esto significa que no tiene muc&a dure*a, mientras que el vidrio es muc&o más difícil de ra'ar. <ay diferentes escalas para medir la dureza, dependiendo del uso que se le aya a dar al material y el campo de aplicación del mismo.
 
Fract$ra o "alla. 8e de!ne como el punto en el que un material se rompe despu&s de 'aber sido sometido a alguna fuerza o esfuerzo. Fati0a: se refiere a un fen+meno por el cual la rotura de los materiales (a%o cargas dinámicas cíclicas se produce más fácilmente que con cargas estáticas. Fl$=o pl>stico: 8e re!ere al comportamiento de un material a deformarse a lo largo del tiempo cuando se le est" aplicando carga, 3este fenómeno no es inmediato/, pero las dependiendo del alor de la carga, las deformaciones pueden ser considerables.
El trabajo de un diseñador de estructuras consiste en proponer efcientemente las dimensiones, orma de la sección transversal y el tipo de material a utilizar   para una determinada estructura con determinados elementos estructurales sujetos a determinadas “acciones” o “solicitaciones” para las que la estructura/edifcación ue concebida.
!"#$%E&'$!"E# %E %$#E(!
)ara un determinado material, se puede determinar mediante pruebas de laboratorio *pruebas destructivas+, estimar el valor m-ima de la cara que un “espcimen” puede soportar 0asta que empiece a allar o a deormarse ms all de lo que es permisible o aceptable en el mismo material.
DDD.'outu(e.com9Datc&vSFu3gGHmd<#
DDD.'outu(e.com9Datc&vr:tE?gF24J
1a cara m-ima que puede soportar un material *por ejemplo una varilla de reuerzo+ 0asta que la misma se rompa o deje de soportar cara, se denomina “aa 2ltima” )u , y calculando el esuerzo como )u/', obtenemos el denominado “esuerzo 2ltimo” *en tensión+ del material.
ara permisible o esuerzo permisible3 4'5!& %E #E67&$%'%. 7n elemento estructural no debe utilizarse al m-imo de su capacidad, ya que e-istir8a un alto rieso de sobrepasar la capacidad 2ltima del material y  llevarlo a la alla del mismo. )or cuestiones de seuridad, una estructura *o elemento de la misma+ debe diseñarse para una solicitación menor a la “ultima”. Esta cara o esuerzo menor se conocen como “cara permisible” o “esuerzo  permisible” del material y alunas veces se llama tambin “esuerzo o cara de diseño”. )or lo tanto, sólo se debe emplear una racción de la capacidad  2ltima del material. El resto de esa capacidad del material, se mantiene como reserva para aseurar un comportamiento “seuro”.
1a relación que e-iste entre la cara 2ltima y la cara admisible se conoce como 4'5!& %E #E67&$%'%.
 Factor de seguridad= F . S .= Cargaúltima
Carga admisible
esfuerzoadmisible
 
7n actor de seuridad alto : implicaciones de inviabilidad uncional o altos costos que sean antieconómicos.
)ara eleirlo se requiere de un criterio inenieril basado en cuando menos las siuientes consideraciones9
;. <ariaciones entre las propiedades del miembro considerado *proceso de abricación, dimensiones reales del elemento, eectos de transporte y  almacenamiento, etc+
=. El n2mero de veces que ser carado o descarado el elemento estructural durante su vida 2til. *4atia+
>. El tipo de caras que se consideran en la etapa de diseño y las que  pueden ocurrir en el uturo. *eventos e-traordinarios como sismos, tormentas *ciclones, ranizadas y vientos con velocidades e-tremas+, que pueden requerir de actores de seuridad ms altos.
?. El tipo de alla que puede ocurrir. *railidad @ ductilidad del material+ A. $ncertidumbre en los mtodos de anlisis y diseño. *las suposiciones de
la mayor8a de los procesos de diseño no aplican siempre para todos los casos+
B. %eterioro del material que puede ocurrir por alta de mantenimiento, *poca durabilidad+ o eectos naturales que no se pueden prevenir. *Ej. orrosión del acero+
C. 1a importancia del miembro estructural para la interidad de la estructura completa.  'dicionales9 4uncionalidad de los espacios libres que deben librar los elementos estructurales3 costo de la estructura, procedimientos y mtodos especiales de construcción.
)ara establecer el nivel de seuridad en una estructura dada tomando en cuenta todas las consideraciones anteriores, el actor de seuridad  normalmente, estar impl8cito en 4actores de cara y 4actores de resistencia, espec8fcos para cada caso particular de tipo de e>lemento estructural y tipo de caras a las que se encuentre sujeto cada elemento, de tal orma que siempre se cumpla que9
 F .C Acciones≤F . R . Resistencia
 
 procedimientos de diseño espec8fcos en los relamentos o códios de construcción, desarrollados por asociaciones conormadas por  especialistas, en conjunción con manuactureros de materiales, diseñadores, constructores, dependencias de obierno, 7niversidades, entre otros. )or ejemplo9
;. 'cero9 'merican $nstitute o #teel onstruction *'$# ;?t0 Edition+3 $nstituto De-icano de la construcción en 'cero *$D' Ata Ed.+
=. oncreto9 'merican oncrete $nstitute *'$ >;F;?+, >. Dadera9 'merican 4orest and )aper 'ssociation, *"ational %esin
Especifcation or Good onstruction ?. )uentes ve0iculares y carreteras9 'merican 'ssociation o #tate
Hi0Iay and 5ransportation !Jcials, #tandard #pecifcations or  Hi0Iay Krides. ''#H5!3 #ecretaria de omunicaciones y  transportes *#5+
A. En el valle de D-ico, se recurre al &elamento de onstrucciones  para el %istrito 4ederal, *&%4F=LL?+ y sus "ormas 5cnicas omplementarias para9
  )royecto 'rquitectónico   %iseño y construcción de estructuras de concreto  
%iseño y construcción de estructuras de metlicas   %iseño y construcción de estructuras de madera  
%iseño y construcción de estructuras de mamposter8a  
%iseño y construcción de imentaciones   %iseño por viento  
%iseño por #ismo   riterios y 'cciones para el diseño estructural de las edifcaciones