Nuevos materiales de construcción

NUEVOS MATERIALES
UNIVERSIDAD TÉCNICA
PARTICULAR DE LOJA
Construcciones III
Arq. Jimmy Encalada Núñez

Jimmy Encalada Núñez
jimmyencalada@yahoo.es
NUEVOS MATERIALES
• NANOTECNOLOGIA.
Se refiere a la ciencia que estudia a través de la manipulación de
materiales 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

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 características
físicas 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 se
mezclan en la masa (no cambian de naturaleza).
Combinación (frágiles): formación de nuevas moléculas, diferentes de las de
los 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
NUEVOS MATERIALES

NUEVOS MATERIALES
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 la
manipulación de materia a escala
atómica logra dotar de nuevas
características a los materiales que
encontramos en la naturaleza.
nace la Nanotecnologìa,

NUEVOS MATERIALES
Aquellos materiales que a
través de la historia se han
implementado, en diferentes
disciplinas una de ellas la
Arquitectura y en la cual en
los últimos años ha surgido la
utilización de un material en
particular 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

NUEVOS MATERIALES
INTRODUCION.-
A TRAVES DE :
• PROTECCION CON OTROS
MATERIALES.
• ALEACCIONES
• RESTRUCTURACION ATÒMICA.
• (PROCESO A ESCALA
NANOMÈTRICA QUE PERMITE
MANIPULAR LOS ATOMOS DE
CARBONO.)

NUEVOS MATERIALES
Es así como la tecnología y
los materiales que
tradicionalmente se utilizan
en nuestro campo
enriqueciéndose uno del otro
llegando a desarrollar
alternativas innovadoras
puedan llegar a mejorar la
construcción en la
Arquitectura.

NUEVOS MATERIALES
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?

NUEVOS MATERIALES
JUSTIFICACION
A través del tiempo la tecnología a servido para el avance de
diversas disciplinas, como es el caso de la industria, la
medicina o la física; es así como se han desarrollado nuevos
conceptos, y con ellos una ciencia, LA NANOTECNOLOGIA, que
ha traído con ella herramientas que han ampliado estos
campos.
Se busca con este trabajo llegar a que la Arquitectura sea una
de las disciplinas beneficiadas con estos conceptos, (como lo
han sido a través del tiempo otras disciplinas como la Medicina
o la ingeniería) , específicamente en el Área de la Construcción
con relación a las Estructuras Metálicas, generando elementos
que permitan o que garantices una disminución en el peso , sin
afectar otras características del material, proporcionando
incluso menores costos en este campo. Teniendo en cuenta
estrategias o metodologías de trabajo y de los diferentes
recursos que se tienen en el contexto inmediato.

NUEVOS MATERIALES
• 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

NUEVOS MATERIALES
AGREGADOS NANOESTRUCTURADOS EN
CONCRETO.-
PROCESO DE FABRICACION DE
NANOMATERIALES
FUENTE. FHWA.
ESTUDIOS A NIVEL
NANOMETRICO

NUEVOS MATERIALES
NANOMATERIALES.-
ALON
AEROGEL

NUEVOS MATERIALES
NUEVA ARQUITECTURA

NUEVOS MATERIALES
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

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

NUEVOS MATERIALES
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

NUEVOS MATERIALES
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.

NUEVOS MATERIALES
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 :

NUEVOS MATERIALES
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.

NUEVOS MATERIALES
 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:

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)

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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.

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 Componentes elementales forman cationes (+) y aniones (-),
enlaces alta resistencia, puntos de fusión gneralmente muy
altos.
 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, industria
de 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

NUEVOS MATERIALES
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

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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.

NUEVOS MATERIALES
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

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:

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

NUEVOS MATERIALES
¿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

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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.

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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.

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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

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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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