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NUEVOS MATERIALES
UNIVERSIDAD TÉCNICA
PARTICULAR DE LOJA
Construcciones III
Arq. Jimmy Encalada Núñez
Jimmy Encalada Núñez
NUEVOS MATERIALES
• NANOTECNOLOGIA.
Se refiere a la ciencia que estudia a través de la manipulación demateriales sustancias y en general a escala nanomètrica,desarrollando de manera controlada materiales.
• FULLERENOS:
Son moléculas de carbono o nanoestructuras compuestas por C60.
• NANOTUBOS.
Fibras nanoscòpicas, mas resistentes que el acero formados por arreglos hexagonales de carbono.
• FIBRAS DE CARBONO.
Son cadenas de àtomos de este elemento, cuyos
enlaces dan resistencia y rigidèz al material
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NUEVOS MATERIALES
MATERIALES INTELIGENTES:Tipo de materiales cuyas propiedades
pueden ser controladas y cambiadas a petición.
AEROGELES.Materiales sólidos de inusitada ligereza
formados de 99.9 de aire.
NUEVOS MATERIALES:Son aquellos materiales que por
modificación adquieren nuevas característicasfísicas o químicas.
CONCEPTOS BASICOS• ACERO:
Pueden ser considerados como aleaciones Hierro-Carbono con agregados e impurezas naturales como fósforo o azufre.
• ALEACION:
Disolución (maleables): las moléculas de los diferentes componentes semezclan en la masa (no cambian de naturaleza).
Combinación (frágiles): formación de nuevas moléculas, diferentes de las delos componentes
• ATOMO:
Es la mínima cantidad de materia de un elemento químico
• MOLECULA:
Partícula formada por conjunto de átomos
• ESCALA NANOMETRICA:
Un nanómetro es una mil millonésima de metro
• ESTRUCTURAS DE CARBONO:
Enlaces a nivel de átomos de carbono
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NUEVOS MATERIALES
Jimmy Encalada Núñez
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La Física estableció:
Richard P. Feynman y Freenan J. Dyson,
Desde 1965,
Erick Drexler
Los principios de una ciencia que
finalmente bajo los conocimientos y
planteamientos del Científico
Que es aquella que por medio de lamanipulación de materia a escalaatómica logra dotar de nuevascaracterísticas a los materiales queencontramos en la naturaleza.
nace la Nanotecnologìa ,
Jimmy Encalada Núñez
NUEVOS MATERIALES
Aquellos materiales que através de la historia se hanimplementado, en diferentesdisciplinas una de ellas laArquitectura y en la cual enlos últimos años ha surgido lautilización de un material enparticular el Acero.
ALEACION
NOMBRE COMPONENTES PRINCIPALES USOS
ACERO HIERRO Y CARBONO VIGAS Y COLUMNAS DE
CONSTRUCCIONES, HERRAMIENTAS,
VEHICULOS
ACERO INOXIDABLE HIERRO, CROMO Y CARBONO MUEBLES DE COCINA, CUBIERTOS E
INSTRUMENTOS MEDICOS
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NUEVOS MATERIALES
INTRODUCION.-
A TRAVES DE :
• PROTECCION CON OTROS
MATERIALES.
• ALEACCIONES
• RESTRUCTURACION ATÒMICA.
• (PROCESO A ESCALA
NANOMÈTRICA QUE PERMITE
MANIPULAR LOS ATOMOS DE
CARBONO.)
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Es así como la tecnología ylos materiales quetradicionalmente se utilizanen nuestro campoenriqueciéndose uno del otrollegando a desarrollaralternativas innovadoraspuedan llegar a mejorar laconstrucción en laArquitectura.
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INTERROGANTES.
¿ DISMINUIR EL PESO DE LAS ESTRUCTURAS QUE VENTAJAS ACARREARIA?.
IDEAS.
QUE FACTORES EN LA CONSTRUCCION SE BENEFICIARIAN O SE AFECTARIAN BAJANDO PESO DE ESTRUCTURAS.
CUANTO SE REDUCEN LAS DIMENSIONES EN PESO Y SECCION DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES.
QUE TANTO SE REDUCIRIA EL TIEMPO DE EJECUCIÓN OPTIMIZANDO EL PESO DE LAS ESTRUCTURAS, GENERARIA MAYOR RENDIMIENTO.
QUE GRADO DE OPTIMIZACION NECESITA UN MATERIAL PARA FACILITAR EL MONTAJE DE ESTRUCTURAS.
ECONÓMICAMENTE CUANTAS VENTAJAS TRAERIA UN MENOR TIEMPO DE EJECUCIÓN.
CUANTA SERIA LA DISMINUCIÓN EN MATERIAL CON RELACION A LA DISMINUCIÓN DE PESO EN LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES.
TRAERIA SOLO VENTAJAS A NIVEL CONSTRUCTIVO?
Jimmy Encalada Núñez
NUEVOS MATERIALES
JUSTIFICACIONA través del tiempo la tecnología a servido para el avance dediversas disciplinas, como es el caso de la industria, lamedicina o la física; es así como se han desarrollado nuevosconceptos, y con ellos una ciencia, LA NANOTECNOLOGIA, queha traído con ella herramientas que han ampliado estoscampos.
Se busca con este trabajo llegar a que la Arquitectura sea unade las disciplinas beneficiadas con estos conceptos, (como lohan sido a través del tiempo otras disciplinas como la Medicinao la ingeniería) , específicamente en el Área de la Construccióncon relación a las Estructuras Metálicas, generando elementosque permitan o que garantices una disminución en el peso , sinafectar otras características del material, proporcionandoincluso menores costos en este campo. Teniendo en cuentaestrategias o metodologías de trabajo y de los diferentesrecursos que se tienen en el contexto inmediato.
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• INDUSTRIA.
• NANOENGRANAJES DE SILICIO
• HACES DE LUCES UTILIZADOS PARA CREAR NANOPOROS.
• ZEOLITAS DE EXXONMOBIL. CATALIZADORES DE FABRICACION DE GASOLINA.
• ELECTRONICA
• NANORRACIMOS.(GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY). ALMACENA Y EMITA INFORMACION.
• ESTRUCTURAS BIOLOGICAS FUNDIDAS EN CHIP DE SILICIO
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• SEGURIDAD.
• NANOBOT MILITARES.
• MEDICINA.
• MICROFLUIDOS QUE FILTRAN GLOBULOS ROJOS.
• MEDIO AMBIENTE.
• SANS (SPECIFIC ANION NANOENGINIERES SOBERNT.) DEPURACION DEL AGUA.
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• CONSTRUCCION.
• BIOSTEEL. FIBRA TAN FUERTE O MAS QUE EL ACERO MODIFICACION DEL ADN .
• HPS. ACERO CON NANOESTRUCTURAS.
• CONCRETOS.
• METALES CON MEMORIA
• METALES TRANSPARENTES
• AEROGELES
FHWA. FEDERAL HIGHWAY
ADMINISTRATION
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AGREGADOS NANOESTRUCTURADOS EN
CONCRETO.-
PROCESO DE FABRICACION DE
NANOMATERIALES
FUENTE. FHWA.
ESTUDIOS A NIVEL
NANOMETRICO
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Los materiales para construcción están divididos en cuatro
grupos principales:
1. Materiales Metálicos: Sustancias inorgánicas
compuestas de uno o mas elementos metálicos, pudiendo
contener algunos elementos no metálicos, como el
carbono.
Clasificados en:
• Ferrosos: hierros colados y aceros
• No ferrosos: cobre, aluminio, magnesio, níquel,
titanio y sus aleaciones y superaleaciones.
LOS MATERIALES: CLASIFICACIÓN
Jimmy Encalada Núñez
NUEVOS MATERIALES
LOS MATERIALES: CLASIFICACIÓN
• Metales Ferrosos
– Hierro Colado
– Aceros
• Superaleaciones
– Basadas en hierro
– Basadas en Níquel
– Basadas en Cobalto
Aluminio y sus aleaciones
Cobre y sus aleaciones
Magnesio y sus aleaciones
Níquel y sus aleaciones
Titanio y sus aleaciones
Zinc y sus aleaciones
Plomo & Estaño
Metales Refractarios
Metales Preciosos
• Metales No Ferrosos
METALES
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Aleaciones de hierro fabricadas hasta
siglo XIV D.C. clasifican como hierro
forjado (masa de mineral de hierro y
carbón vegetal en un horno o forja).
Se calentaba hierro forjado y carbón
vegetal en recipientes de arcilla durante
varios días, el hierro absorbía
suficiente carbono para convertirse
en acero.
El proceso Bessemer de 1856 dió al hierro
el rol dominante en diseño estructural que
todavía se mantiene
EL ACERO
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El Alto Horno
Se busca destruir la mezcla
hierro‐oxigeno. Desaparece el
oxigeno para obtener hierro:
reducción del oxido. Se utiliza
el carbono como reductor.
Es virtualmente una planta
química que reduce
continuamente el hierro del
mineral. Químicamente
desprende el oxígeno del
óxido de hierro existente en el
mineral para liberar el hierro.
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El Arrabio
El hierro recién colado se denomina
"arrabio". Se ha removido el oxígeno.
Contiene demasiado carbono (~ 4%) y
demasiadas impurezas (silicio, azufre,
manganeso y fósforo) para ser
útil, debe refinarse.
El acero también se puede obtener a partir
de :
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Refinación del Arrabio
Existen varios procesos de fabricación de acero
para purificar o refinar el arrabio. Cada uno de
ellos incluye el proceso básico de oxidación.
Se sopla oxigeno en el horno de oxigenación o de
aceración básico para eliminar carbón excedente y
producir acero líquido.
A alta temperatura, los átomos de carbono (C)
disueltos en el hierro fundido se combinan con el
oxígeno produciendo monóxido de carbono
gaseoso y se remueve el carbono por oxidación.
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Compuestos inorgánicos y no
metálicos de C, O, N, B, Si.
Siempre compuestos de
mas de un elemento (Ej.:
AL2O3, NaCl, SiC, SiO2).
Usualmente compuestos
de elementos metálicos y no
metálicos.
Presentan escasa
conductividad tanto
eléctrica como térmica.
Presentan buena resistencia y
dureza pero poca ductilidad y
resistencia al impacto
2. MATERIALES CERÁMICOS:
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NUEVOS MATERIALES
2. Materiales Cerámicos:
Se clasifican en:
• Cerámicas Estructurales (Soportan cargas
a elevadas temperaturas)
• Cerámicas Refractarias (resistentes a la
corrosión, aislantes)
• Cerámicas tradicionales (ej. porcelanas)
• Vidrios
• Cerámicas Eléctricas (capacitores,
aislantes, transductores, etc.)
• Cerámicas químicamente adheridas (ej.
cemento y concreto)
2. MATERIALES CERÁMICOS:
Jimmy Encalada Núñez
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Keramikos: Material quemado en Griego- Sus propiedades
se alcanzan con tratamientos térmicos a muy altas
temperaturas.
Típicamente producidos usando arcillas y otros minerales
de la tierra o mediante polvos procesados químicamente.
Compuestos inorgánicos y no metálicos de C, O, N, B, Si.
Siempre compuestos de mas de un elemento (Ej.: AL2O3,
NaCl, SiC, SiO2).
Usualmente compuestos de elementos metálicos y no metálicos.
Enlaces parcial o totalmente iónicos, pueden combinar
enlaces iónicos con algún carácter covalente.
2. MATERIALES CERÁMICOS:
Jimmy Encalada Núñez
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Componentes elementales forman cationes (+) y aniones (-),enlaces alta resistencia, puntos de fusión gneralmente muyaltos.
Grandes módulos elásticos Gran dureza y Resistencia Mecánica Escasa conductividad eléctrica y Térmica Frágiles. Pueden ser opacos, semitransparentes o transparentes.
USOS
Materiales para altas temperaturas: refractarios, industriade metales y de tratamientos térmicos.
Revestimientos y materiales en motores. Abrasivos y aplicaciones que requieran resistencia la desgaste. Contención de productos químicos (ácidos y bases).
MATERIALES CERÁMICOS : CARACTERÍSTICAS
Jimmy Encalada Núñez
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Ventajas de los Materiales Cerámicos
Mas duros y tenaces que el acero
Mas resistentes a calor y corrosión que metales y polímeros.
Menos densos que muchos metales y sus aleaciones.
Materias primas abundantes y de bajo coste.
Fácil moldeo para la creación de formas especializadas.
Amplio rango de propiedades que facilitan uso en diversos
campos.
Fragilidad hace susceptibles a daño por impacto, (falla catastrófica).
Materiales compuestos de matriz cerámica tecnología
de superplásticos y cerámicos.
Manufactura costosa y compleja.
Desventajas de los Materiales Cerámicos
Jimmy Encalada Núñez
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Cerámicas Tradicionales
Mezcla de óxidos y arcillas, proceso de
aglutinamiento a altas temperaturas. Elaboradas de arcilla
o minerales no arcillosos.
Principalmente óxidos: Arcillas (alúmino-silicatos),
feldespato, sílice, vidrios silíceos.
Aplicaciones
Productos de la industria alfarera y de la construcción:
Recipientes y productos de barro, lozas, vajillas,
porcelanas, aisladores eléctricos, productos estructurales
de arcilla: tejas, ladrillos y baldosas.
Refractarios, cemento, cerámicas blancas, esmalte
en porcelana, vidrios.
Jimmy Encalada Núñez
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Cerámicas Técnicas o de Ingeniería.
Sintetizadas con gran pureza. Mejores propiedades
Mecánicas. Resistencia a corrosión/oxidación. Propiedades
eléctricas, ópticas y magnéticas.
Ej. Carburos (SiC , BC), nitruros (AlN, SiN, SiAlON y BN), boruros,
óxidos puros (alumina (Al2O3), zirconia, toria, berilia,
magnesia, espinela y forsterita).
Cerámicas magnéticas, ferroeléctricas, piezoeléctricas y
superconductoras, cermets, (cerámicos en una matriz metálica),
vidrio y cerámica vítrea.
Los vidrios: Se diferencian de las cerámicas por su
estructura cristalina, son amorfos.
MATERIALES CERÁMICOS AVANZADOS
Jimmy Encalada Núñez
NUEVOS MATERIALES
La madera y El caucho, primeros
polímeros usados en la construcción.
Su verdadera revolución comenzó a principios
del siglo XX con el desarrollo de la Baquelita y
de caucho sintético en 1922.
Casi todos los polímeros de hoy en día se
desarrollaron entre 1940 a 1960, polipropileno
(PP), polietileno (PE), polivinil cloruro (PVC) y
poliuretano (PU), cuya producción anual se
acerca a la del acero.
3. Materiales Poliméricos:
Jimmy Encalada Núñez
NUEVOS MATERIALES
Materiales Poliméricos:
Son tan importantes como los metales
en elaboración de productos para
construcción y hogar.
El periodo en el que hoy vivimos se ha
denominado la era de los polímeros
Jimmy Encalada Núñez
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¿Qué son los polímeros?
Moléculas gigantes constituidas por la repetición de una gran
cantidad, cientos o miles de moléculas sencillas llamadas meros,
unidas unas a otras por enlaces químicos primarios de tipo covalente.
Los Monómeros son unidades repetitivas, unidas por enlaces
covalentes en su interior, se unen entre sí por medio de enlaces
secundarios y/o fuerzas de Van der Waals.
Molécula: Conjunto de átomos
Monómero: Molécula sencilla
Polímero: Cadena de monómeros
Molécula
Monómero
Polímero
Jimmy Encalada Núñez
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CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES: POLÍMEROS
Características Principales
Compuestos primariamente de C y H (hidrocarburos)
Presentan baja temperatura de fusión.
Algunos son cristalinos, la mayoría no lo son.
La mayoría son pobres conductores eléctricos y térmicos.
Muchos presentan alta plasticidad.
Algunos presentan buena elasticidad.
Algunos son transparentes, algunos son opacos
Atractivos por su bajo peso y economía en la
producción, usualmente muy fáciles de procesar, ya
sea en moldes, como laminas o como recubrimientos.
La mayoría son muy resistentes al ambiente.
Jimmy Encalada Núñez
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Propiedades de los Polímeros:
Buena estabilidad química a temperatura
ambiente, pero baja a temperaturas extremas.
Dúctiles y tenaces.
Bajos pesos específicos.
Aislantes eléctricos
Bajo coeficiente de fricción.
Pobres conductores eléctricos y térmicos,
muy útiles como aislantes.
Jimmy Encalada Núñez
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Existen dos tipos principales de Polímeros:
1.- Termoestables y
2.- Termoplásticos.
•Termoestables:
polímeros de cadena cruzada que forman redes 3‐D, son fuertes y
rígidos.
•Termoplásticos: polímeros de largas cadenas que se deslizan fácilmen
te unas sobre otras cuando se calientan. Por esto, se moldean, se flexio
nan y se rompen fácilmente.
CLASES Y PROPIEDADES: POLÍMEROS
Jimmy Encalada Núñez
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Aplicaciones y Ejemplos
Adhesivos y pegamentos
Recipientes Contenedores
Productos Moldeables (carcasas para computadoras
y teléfonos, maquinas de afeitar desechables)
Materiales para telas (vinilos, poliésteres, nylon)
Recubrimientos impermeables (látex)
Productos Biodegradables (bolsas y contenedores)
Biomateriales (interfaces orgánicas/inorgánicas)
Cristales Líquidos
Materiales de baja fricción (teflón)
Aceites y grasas sintéticos
Anillos y O-rings (caucho)
Jabones y surfactantes
Clases y Propiedades: Polímeros
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