Este documento trata sobre la ciencia de los materiales. Explica que estudia la relación entre la estructura y las propiedades de los materiales y que diseña materiales con propiedades específicas. Describe los principales tipos de materiales como metales, cerámicos, polímeros y materiales compuestos. También discute la historia de los materiales y cómo han permitido el desarrollo de las sociedades.

1. ESCUELA DE POSTGRADO
DOCTORADO EN EDUCACIÓN
CATEDRA: SEMINARIO DE TEMAS CONTEMPORÁNEOS

2. ¿MATERIALES?

3. ¿PORQUE ESTUDIAR LOS MATERIALES?

4. ¿ES NECESARIO BUSCAR NUEVOS
MATERIALES?

5. ¿ES NECESARIO EL CONTROL DE CALIDAD?

6. ¿EXISTE LA INGENIERIA DE MATERIALES?

7.  La ciencia de materiales es el campo científico encargado
de investigar la relación entre la estructura y las propiedades
de los materiales.
 Paralelamente, conviene matizar que la ingeniería de
materiales se fundamenta en esta, las relaciones
propiedades-estructura-procesamiento-funcionamiento, y
diseña o proyecta la estructura de un material para
conseguir un conjunto predeterminado de propiedades.

8.  La ciencia de materiales es, por ello mismo, un campo
.multidisciplinario que estudia los conocimientos
fundamentales sobre las propiedades físicas macroscópicas
de los materiales y los aplica en varias áreas de la ciencia y
la ingeniería, consiguiendo que éstos puedan ser utilizados
en obras, máquinas y herramientas diversas, o convertidos en
productos necesarios o requeridos por la sociedad. Incluye
elementos de la química y física, así como las
ingenierías química,
mecánica, civil y eléctrica
o medicina, biología y
ciencias ambientales.

9.  Con la atención puesta de los medios en la nanociencia y
la nanotecnología en los últimos años, la ciencia de los
materiales ha sido impulsada en muchas universidades.
 A pesar de los espectaculares progresos en el
conocimiento y en el desarrollo de los
materiales en los
últimos años, el
permanente desafío
tecnológico requiere
materiales cada vez
más sofisticados y
especializados.

10.  (1) ASKELAND, Donald R., Op. Cit., pp. 10-11, "Las propiedades
físicas, que incluyen el comportamiento eléctrico, magnético,
óptico, térmico, elástico y químico dependen tanto de la estructura
como del procesamiento de un material. Incluso minúsculas
modificaciones de la estructura causan cambios profundos en la
conductividad eléctrica de muchos materiales semiconductores; por
ejemplo, temperaturas de fusión altas pueden reducir de manera
importante las características de aislamiento térmico de los ladrillos
cerámicos”
 Es importante evaluar si un cambio de sistemas
constructivos, generado por nuevos materiales de
edificación, permitirán concretar mejores, más
limpios y eficientes procesos constructivos. No
podemos seguir dañando al planeta con nuestros
materiales agresivos.

11.  Históricamente, el desarrollo y la evolución de las sociedades
han estado íntimamente vinculados a la capacidad de sus
miembros para producir y conformar los materiales
necesarios para satisfacer sus necesidades. Los
prehistoriadores han encontrado útil clasificar las primeras
civilizaciones a partir de algunos materiales usados: Edad de
Piedra, Edad del Cobre, Edad de Bronce o Edad del Hierro.
Esta última secuencia parece universal en todas las áreas, ya
el uso del hierro requiere una tecnología más compleja que
la asociada a la producción de bronce, que a su vez
requiere mayor tecnificación que el uso de la piedra.

12.  Las primeras civilizaciones tuvieron una disponiblidad bastante más
reducida de diferentes materiales que las civilizaciones más
tecnificadas. Inicialmente sólo se disponía de materiales naturales o
seminaturales como piedras, madera, arcilla, pieles, etc. Los
metales no-preciosos raramente se encuentran en la naturaleza,
sino que están en formas de minerales y se requiere un proceso de
separación del metal puro a partir del mineral correspondiente. Con
el transcurso del tiempo, en diversas áreas del planeta se llegó a
técnicas para producir materiales con nuevas propiedades
superiores a las de los naturales (principalmente aleaciones).

13.  Hace relativamente poco tiempo que los científicos llegaron a
comprender la relación entre elementos estructurales de los
materiales y sus propiedades. Este conocimiento, adquirido en los
últimos 200 años aproximadamente, los ha capacitado, en alto
grado, para modificar o adaptar las características de los
materiales. Quizá uno de los científicos más relevantes en este
campo haya sido Willard Gibbs al demostrar la relación entre las
propiedades de un material y su microestructura.

14.  Se han desarrollado decenas de miles de materiales distintos con
características muy especiales para satisfacer las necesidades de
nuestra moderna y compleja sociedad, se trata de metales,
plásticos, vidrios y fibras. Una de las grandes revoluciones de esta
ciencia fue el descubrimiento de las diferentes fases térmicas de los
metales y, en especial, del acero. Actualmente los adelantos
electrónicos más sofisticados se basan en componentes
denominados materiales semiconductores.

15.  Las eras más recientes se conocen como "era de los polímeros",
debido a que el uso de los mismos definitivamente se debe a
avances en la química de gran complejidad. Los polímeros pueden
tener virtualmente cualquier propiedad física, así que su uso se hizo
tan masivo que define muy bien a las sociedades modernas
(sociedades plásticas).

16.  No obstante la historia, como el desarrollo de materiales, no
se detiene. Actualmente se imponen los materiales
compuestos, o composites. Formados por la unión de otros.

17. CLASIFICACION DE LOS MATERIALES
 La ciencia de materiales clasifica a todos los materiales en función
de sus propiedades y su estructura atómica. Son los siguientes:
METALES: Se usa el termino metal, para denominar a los elementos
químicos caracterizados por ser buenos conductores del calor y la
electricidad, poseen alta densidad, y son sólidos en temperaturas
normales (excepto el mercurio); sus sales forman iones electropositivos
(cationes) en disolución.
Todos son sólidos a temperatura ambiente con
excepción del mercurio (punto de fusión =-39 ºC),
que es un líquido. Los metales se funden
ligeramente arriba de la temperatura ambiente:
El cesio a 28.4 ºC y el galio a 29.8 ºC. En el otro
extremo, muchos metales se funden a
temperaturas muy altas.
Por ejemplo, el cromo se funde a 1900 ºC.

18. CERAMICOS
 La palabra cerámica deriva del vocablo griego keramos, cuya raíz
sánscrita significa "quemar". En su sentido estricto se refiere a la
arcilla en todas sus formas. Sin embargo, el uso moderno de este
término incluye a todos los materiales inorgánicos no metálicos que
se forman por acción del calor.
Siempre se ha pensado que el hierro y sus aleaciones son unos
materiales muy fuertes resistentes, pero estos materiales tienen una
gran desventaja: no soportan las altas temperaturas y son sensibles
a la corrosión. Esto da pie a buscar la
alternativa con otros materiales
que resistan temperaturas muy
elevadas.
Esto sólo es posible para los nuevos
materiales cerámicos. Las uniones
atómicas de las cerámicas son
mucho más fuertes que la de los
metales.

19. POLIMEROS
Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas)
formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas
monómeros.

20. CLASIFICACION
Existen varias formas posibles de clasificar los polímeros, sin que
sean excluyentes entre sí.
Según su origen
Polímeros naturales: Existen en la naturaleza muchos polímeros y las
biomoléculas que forman los seres vivos son macromoléculas
poliméricas. Por ejemplo, las proteínas, los ácidos nucleicos, los
polisacáridos (como la celulosa y la quitina), el hule o caucho natural,
la lignina, etc.

21. Polímeros semisintéticos: Se obtienen por transformación de
polímeros naturales. Por ejemplo, la nitrocelulosa, el caucho
vulcanizado, etc.

22.  Polímeros sintéticos: Muchos polímeros se obtienen
industrialmente a partir de los monómeros. Por ejemplo, el
nylon, el poliestireno, el cloruro de polivinilo (PVC), el
polietileno, etc.

23. Según su comportamiento al elevar su temperatura
Según si el material funde y fluye o por el contrario no lo hace
se diferencian dos tipos de polímeros:
Termoplásticos: Que fluyen (pasan al estado líquido) al
calentarlos y se vuelven a endurecer (vuelven al estado
solido) al enfriarlos. Ejemplos: polietileno (PE), polipropileno
(PP), cloruro de polivinilo PVC.

24.  Termoestables: Que no fluyen, y lo único que conseguimos al
calentarlos es que se descompongan químicamente, en vez de
fluir. Ejemplo: la baquelita
 Los plásticos termoestables son materiales que una vez que
han sufrido el proceso de calentamiento-fusión y formación-solidificación,
se convierten en materiales rígidos que no
vuelven a fundirse.

25. Según su mecanismo de polimerización
Polímeros de condensación. La reacción de polimerización implica a
cada paso la formación de una molécula de baja masa molecular, por
ejemplo agua.
Polímeros de adición. La polimerización no implica la liberación de
ningún compuesto de baja masa.
Polímeros formados por etapas. La cadena de polímero va creciendo
gradualmente mientras haya monómeros disponibles, añadiendo un
monómero cada vez.
Polímeros formados por reacción en cadena. Cada cadena individual
de polímero se forma a gran velocidad y luego queda inactiva, a
pesar de estar rodeada de monómero

26. Según su composición química:
Polímeros orgánicos: Posee en la cadena principal átomos de carbono.
Polímeros orgánicos vínilicos: La cadena principal de sus moléculas está
formada exclusivamente por átomos de carbono.
Dentro de ellos se pueden distinguir:
Poliolefinas, formados mediante la polimerización de olefinas. Ejemplo:
polietileno y polipropileno.
Polímeros estirénicos, que incluyen al estireno entre sus monómeros.
Ejemplo: poliestireno y caucho estireno-butadieno.
Polímeros vinilicos halogenados, que incluyen átomos de halógenos
(cloro,flúor...) en su composición. Ejemplo: PVC y PTFE.

27. Polímeros acrílicos. Ejemplos: PMMA.
Polímeros orgánicos no vinilicos: Además de carbono, tienen
átomos de oxígeno o nitrógeno en su cadena principal.
Algunas sub-categorías de importancia: Poliésteres,
Poliamidas, Poliuretanos.
Polímeros inorgánicos. Entre otros:
Basados en azufre. Ejemplo: polisulfuros.
Basados en silicio. Ejemplo: silicona.

28. Poliuretano nanoestructurado sobre
plantilla de Alúmina

29. Esta pelota de básquet posee
una cubierta exterior hecha de
cuero, un polímero natural. Para
ayudarle a contener el aire,
tiene un recubrimiento interno
hecho a base de un tipo de
caucho llamado poliisobutileno.
Los guantes de béisbol también son
de cuero y ese cuero está cosido
con hebras hechas con fibras
poliméricas, como algodón, nylon y
poliésteres.

30. El marco de esta raqueta de tenis está fabricado
con un polímero especialmente resistente
llamado fibra de carbono y el encordado es de
nylon. Y claro, usted no podría sostenerla sin el
cuero que recubre el mango.
Una zapatilla deportiva ordinaria tiene muchas partes fabricadas con
polímeros. La suela está hecha con un copolímero en bloque llamado
poli(estireno-butadienoestireno). El almohadillado es de caucho natural
y poliuretano. El cuero y el nylon son usados en las partes exteriores y
los cordones están hechos de nylon.

31. El recubrimiento de una pelota de golf
es a menudo de Surlyn. Este es un tipo
de material que llamamos ionómero y
un elastómero termoplástico.
Esta campera está hecha totalmente
de fibras de nylon.

32. Esta costosa guitarra acústica tiene un
cuerpo hecho con fibra de carbono.
Pero la mayoría de las guitarras,
acústicas y eléctricas tienen cuerpo de
madera.
El arce es especialmente bueno para
las guitarras eléctricas, como las que
están debajo. El arce y otras maderas
son una clase de polímero natural
llamado celulosa. Por supuesto, las
fundas para las púas se fabrican con
un plástico denominado poliestireno.

33.  Materiales compuestos
 Se definen los materiales compuestos como los formados por
dos o más componentes no miscibles que, manteniendo su
identidad bien diferenciada incluso a nivel microscópico,
dan lugar a un material macroscópicamente homogéneo. Es
condición necesaria que esta asociación de diferentes
componentes confiera al conjunto unas propiedades
superiores a las de los componentes por separado (efecto
sinérgico).

34.  Otra clasificación seria en función de sus propiedades seria:
Materiales estructurales
Materiales Funcionales
 Estos últimos comprenden los materiales utilizados en las
industrias eléctrica, electrónica, informática y de las
telecomunicaciones:
 Conductores
 Semiconductores
 Dieléctricos
 Magnéticos
 Ópticos

35.  En realidad en la ciencia de materiales se reconocen como
categorías únicamente los metales, los materiales cerámicos
y los polímeros, cualquier material puede incluirse en una de
estas categorías, así pues los semiconductores pertenecen a
los materiales cerámicos y los materiales compuestos no son
más que mezclas de materiales pertenecientes a las
categorías principales

36. INNOVACION TECNOLOGICA

37. ¿TECNOLOGIA?
La tecnología es importante para solucionar los problemas que
se presentan en las ciudades, en las empresas y los hogares.
La tecnología se creó con el fin de ayudar a las personas y no
reemplazarnos ó desterrarnos como creen algunas personas.

38.  Tecnología de Construcción es la combinación de los
métodos constructivos, los materiales y equipos, el personal,
los procesos constructivos, y las diferentes interrelaciones
que definen la manera como se realiza una determinada
operación en la construcción.

39.  Innovación se define como la primera vez que se usa una
tecnología dentro de una empresa constructora.
 Adicionalmente, también se puede definir innovación como
el proceso de búsqueda, reconocimiento, e implementación
de una nueva tecnología para mejorar la eficiencia de las
funciones de una determinada empresa.

40.  Siendo consecuente con las definiciones anteriores, una
invención deberá ser considerada como el proceso
mediante el cual una idea innovadora es descubierta o
creada.

41.  Procesos Innovadores, son aquellos procesos que generan
una mejoría en la eficiencia de un determinado procesos
constructivos mediante la reducción de costos, tiempos de
construcción, y/o mejora en la calidad del producto
terminado.

42.  A su vez, reingeniería de procesos es el procedimiento
mediante el cual repensamos nuestros procesos
constructivos4 de modo de pasar de una situación en donde
priman los sistemas constructivos tradicionales, a la
utilización de procesos innovadores.

43. ¿QUE ES INNOVACIÓN TECNOLOGICA?
La innovación tecnológica es la evolución de la tecnología
mejorándola y haciéndola mas eficiente y es importante porque
permite mejorar la calidad de vida de las personas.
En la actualidad el concepto de innovación forma parte
implícita de las metas y rutinas personales y laborales del ser
humano. Esto se hace evidente en la medida en que cada
persona tiene la posibilidad y disponibilidad para crear e
incorporar novedades, tanto en aquellas actividades
relacionadas con su área laboral profesional como en las
referidas a su vida privada.

44.  BMW mostró durante el Consumer Electronics Show (CES de
Las Vegas) se convirtió en el primer fabricante de vehículos
del mundo en presentar funciones de los vehículos en los
relojes inteligentes de pulsera electrónicos como parte de
una aplicación de investigación.

45. INNOVACIÓN TECNOLÓGICA EN LA CONSTRUCCIÓN
 La industria de la construcción en general se encuentra
rezagada con respecto a: el nivel tecnológico alcanzado en
otros sectores de la industria; el nivel tecnológico alcanzado
en la investigación tanto en productos de construcción y
técnicas constructivas, así como; el nivel de desarrollo de la
construcción en otros países.
 Diversos factores influyen en la lentitud en que se adoptan los
nuevos avances tecnológicos en nuestro medio. Entre estos
factores encontramos:
 (i) Las empresas constructoras son altamente conservadoras
y adversas al riesgo.
 (ii) Hasta la fecha éstas no han encontrado la necesidad de
mejorar sus procesos ya que la rentabilidad que han
obtenido los ha satisfecho.
 (iii) Sus competidores son también altamente conservadores.

46.  Estos factores generan una cierta inercia de la industria de la
construcción ante el cambio y la modernización. Así pues,
son pocas las empresas que vislumbran las innovaciones
tecnológicas como oportunidades poderosas de generar
negocios. Sin embargo, las circunstancias están cambiadas
substancialmente debido a una serie de factores, entre los
que se encuentra una creciente competencia tanto nacional
como extranjera.
 De mantenerse esta situación, las empresas constructoras
irán perdiendo competitividad lentamente, hasta
desaparecer ante empresas más agresivas que provengan
del medio local ó ante empresas extranjeras.

48. Innovación Tecnológica Relacionada a un
requerimiento Técnico
Existen circunstancias en las que se requiere necesariamente
desarrollar una tecnología innovadora que reemplace a los
sistemas constructivos convencionales, debido a que las leyes
del estado o las condiciones físicas de construcción así lo
exigen.
El primer caso es típico de las nuevas reglamentaciones
relacionadas a la protección del medio ambiente. Las
regulaciones en este sentido son cada vez más restrictivas, y
por lo tanto son de alguna manera una fuente de búsqueda de
nuevas tecnologías.

49.  La construcción de proyectos completamente atípicos,
generalmente, también plantea en mayor o menor grado el
reto de la innovación al diseñador/ constructor.
 En este último caso, sólo podrán participar en dichos
proyectos las empresas constructoras que tengan la
capacidad tecnológica para acondicionarse a las
condiciones especificadas del proyecto.
 Por lo tanto la capacidad de innovar creará un margen
competitivo alto para la empresa, lo que probablemente le
permitirá elevar los excedentes provenientes de la
construcción del proyecto.

50. Innovación Tecnológica Relacionada a la Demanda
Competitiva del Mercado
 En el caso que una determinada empresa constructora logre
un margen competitivo apreciable debido al desarrollo de
un método constructivo que deje detrás al resto de la
competencia, o en el caso que una empresa logre ganar
gran parte de un mercado debido a su constante innovación
tecnológica, se generará gran atención del resto de las
empresas constructoras para aprovechar la ventaja
tecnológica que posee dicha empresa.

51.  Por lo tanto, el resto de las empresas pondrán un esfuerzo
particular en desarrollar tecnologías similares a la de la
empresa con tecnología de punta para poder tener el mismo
(o mayor) nivel de competitividad.
 Esta es una de las razones por las que las empresas
innovadoras deben generar productos y técnicas novedosas
de manera continua para poder mantenerse en el liderazgo.

52. Innovación Tecnológica Relacionada a Una
Reducción de Costos y/o Tiempos de Construcción
 Probablemente el caso más frecuente que impulsa la
innovación tecnológica en la construcción es la reducción
de tiempos y costos. Pese a que la innovación no es
necesariamente requerida, el empresario con buena visión
de. oportunidad empresarial, determinará que dicha
innovación generará una venida con respecto a su
competencia.
 Este beneficio de la innovación está íntimamente
relacionado con una mayor competitividad de las empresas.
Como ya se ha mencionado, los mercados son cada vez
más disputados, lo que hace que los márgenes de ganancia
de las empresas que puedan subsistir a la competencia sean
paulatinamente más reducidos.

53.  Pese a que algunas empresas constructoras están
profundamente comprometidas en mejorar sus métodos
constructivos a través de una continua búsqueda de
métodos que les representen ahorros tanto en costos directos
así como en costos relacionados con la reducción de
tiempos de construcción, muchas otras parecen estar
esperando que las mejoras en sus empresas aparezcan por
si solas, como si las innovaciones tecnológicas se produjesen
por "generación espontanea.

54. Innovación Tecnológica Relacionada a Una Mejora
en la Calidad y/o Reducción del Impacto al Medio
Ambiente
 El concepto de calidad está creciendo rápidamente en
nuestro medio, aunque lamentablemente a otro ritmo que el
alcanzado en otros países con un mayor grado de
desarrollo. El propietario de edificaciones es cada vez más
exigente acerca de las características del inmueble que
piensa comprar.
 Adicionalmente, la creciente competencia ofrece al
comprador una extensa gama de posibilidades que le
permite apreciar y escoger la calidad de construcción que
más le parezca. Por lo tanto, el constructor no tiene
demasiadas alternativas, más que adaptarse a los tiempos
modernos, ofreciendo calidades constructivas más altas.

55.  Es probable que en muy poco tiempo aquellas empresas
que no ofrezcan altas calidades de construcción irán
quedando rezagadas hasta finalmente desaparecer.
 La velocidad en que esta situación se produzca, finalmente,
depende básicamente de cómo se desarrolle el nivel de
competencia en los próximos años.
 De manera similar, las empresas que mediante sus
innovaciones tecnológicas ofrezcan una reducción en el
impacto al medio ambiente que éstas produzcan, tanto
durante la construcción de la edificación así como durante
la utilización del inmueble, irán lentamente abarcando la
mayor parte del mercado.
 Un ejemplo claro de este punto es la búsqueda de la
innovación tecnológica que resuelva total o parcialmente el
problema del desperdicio de energía.

56. TRABAJO GRUPAL
1. Desarrollar con un caso practico una Innovación Tecnológica
Relacionada a un requerimiento Técnico-
2. Desarrollar con un caso practico una Innovación Tecnológica
Relacionada a la Demanda Competitiva del Mercado.
3. Desarrollar con un caso practico una Innovación Tecnológica
Relacionada a Una Reducción de Costos y/o Tiempos de
Construcción,
4. Desarrollar con un caso practico una Innovación Tecnológica
Relacionada a Una Mejora en la Calidad y/o Reducción del
Impacto al Medio Ambiente.
5. Desarrollar la aplicación de una innovación tecnológica
relacionada con la seguridad y el rendimiento en obra.

57. LA NANOTECNOLOGIA EN LA
CONSTRUCCION

58.  La nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis,
manipulación y aplicación de materiales, aparatos y
sistemas funcionales a través del control de la materia a
nano escala la cual demuestra fenómenos y propiedades
totalmente nuevos. La nanotecnología promete soluciones
vanguardistas y más eficientes para los problemas
ambientales, así como muchos otros enfrentados por la
humanidad.

59.  La nanociencia no debe interpretarse como un paso más
hacia la miniaturización. Representa potencialmente la
posibilidad de lograr una convergencia de la física cuántica,
la biología molecular, la química, las ciencias de la
computación y la ingeniería.

60.  Los científicos están dando grandes pasos en el estudio de
los fenómenos a nanoescala y en el intento de obtener un
mayor control sobre la materia. La nanotecnología permite a
los científicos manipular la materia orgánica e inorgánica
átomo a átomo o molécula a molécula. La “nanociencia”
representa potencialmente una revolución en la
construcción de dispositivos con precisión atómica.

61.  La nanociencia y la nanotecnología se espera que
revolucionen la ciencia y la sociedad. Las aplicaciones en
este campo tienen el potencial de transformar la medicina,
la biotecnología, la agricultura, la industria manufacturera, la
ciencia de los materiales, la industria aeroespacial, las
tecnologías de la información y las telecomunicaciones, por
nombrar tan sólo algunos sectores más afectados.

62. Economía y Nanotecnología: Impulso de la
Competitividad y Prosperidad Global
 Los economistas y los especialistas en prospectiva han
tenido poca capacidad para identificar los impactos
derivados de la evolución reciente de las nuevas tecnologías
en la economía y en las empresas. Contamos con muchos
tópicos y previsiones poco precisas para identificar
escenarios muy relevantes para el futuro.

63.  En este marco de restricciones, la ciencia ficción se ha
aproximado más a la realidad que las previsiones de
economistas o de científicos de otras especialidades. Es el
caso ya de la nanotecnología cuya presencia mediática ha
alimentado más la imaginación que los pronósticos serios y
las estrategias válidas para las empresas y para los países.

64. LA NANOTECNOLOGIA EN LA INGENIERIA CIVIL
La palabra “nanotecnología” es usada extensivamente para
definir las ciencias y técnicas que se aplican al un nivel de
nanoescala, esto es unas medidas extremadamente pequeñas
“nanos” que permiten trabajar y manipular las estructuras
moleculares y sus átomos. Nano es un prefijo griego que indica
una medida (10-9 = 0,000 000 001), no un objeto; de manera que
la nanotecnología se caracteriza por ser un campo
esencialmente multidisciplinario, y cohesionado exclusivamente
por la escala de la materia con la que trabaja

65. Historia
 Los seres humanos han estado utilizando la nanotecnología
sin darse cuenta de ello durante mucho tiempo, con los
procesos de la metalurgia y la química con estructuras de
escala "nano" para lograr sus efectos. A principios de 1900,
Richard Zsigmondy hizo la investigación sobre diversas
estructuras a escala nano y más tarde, el físico Richard
Feynman dio una conferencia famosa llamada "Suficiente
espacio en el fondo" que señala las diversas posibilidades
inherentes a la manipulación de la materia a escala
atómica.
Copa Lycurgus
(antigua Roma)
Siglo IV dC
Edad Media

66.  En la década de 1980, la invención del microscopio de
efecto túnel dio lugar al inicio real de la nanotecnología,
pronto seguida por los descubrimientos de fullerenos y
nanotubos de carbono, dos nano-partículas que forman la
base de las aplicaciones actuales. En 2000, la Iniciativa
Nacional de Nanotecnología fue fundada por el gobierno de
Estados Unidos para dirigir y coordinar la investigación en
nanotecnología
El fullereno, o buckminsterfullereno,
es una molécula formada por 60
átomos de carbono, de
aproximadamente 1 mm de
diámetro y que asemeja un balón
de futbol (de ahí su otro nombre:
"futboleno").

67. Representación de un nanotubo de carbono

68.  Usos
 Las nano-partículas se utilizan para reforzar los materiales de
construcción y hacerlos más flexibles, por lo tanto resistente
a golpes e impactos. La investigación está tratando de
desarrollar otras aplicaciones.

69. Algunas de las líneas de investigación en este
campo son:
Nanoaditivación de cemento y otros aglomerantes para
obtener compuestos que descomponen los compuestos
orgánicos volátiles, auto limpiables, antimicrobianos o para
incorporar nano sensores que controlen el estado de
las estructuras o la calidad del aire en el interior de los edificios.

70.  Materiales aislantes avanzados basados en aerogeles,
vidrios nano porosos o paneles aislados al vacío.
 Vidrios especiales con propiedades de protección
anti incendios, recubrimientos funcionales (por ejemplo
filtradores de radiaciones)
 Materiales autorreparables.
 Materiales inteligentes que respondan a estímulos como
la temperatura, la humedad, la tensión, etc.

71.  Tipos
 Hay dos enfoques para la nanotecnología; operan desde los
extremos opuestos del problema. Los enfoques
descendentes construyen estructuras a una escala de fácil
acceso que luego construyen estructuras más pequeñas. Las
técnicas ascendentes utilizan procesos para inducir la
formación de estructuras útiles en la escala deseada, que
puede a su vez, conducir a la formación de otras estructuras
a escalas más grandes. En teoría, estos enfoques son
escalables y repetibles, lo que significa que se pueden
aplicar repetidamente a escalas pequeñas o más grandes.
Sin embargo, existen limitaciones debido a los diferentes
efectos de la física a escalas diferentes.

73.  Teorías/especulación
 La aplicación de una nanotecnología robusta a la ingeniería
civil es uno de los objetivos a largo plazo de la ciencia. A
través de la fabricación de los robots auto-replicantes
nanotecnológicos que a su vez pueden manipular la materia
a escala atómica, los edificios podrían ser "construidos" de
una pila de materiales, las superficies pudieran limpiarse
mediante el reciclaje de basura y el smog se podría
convertir en oxígeno. Los puentes y otras grandes estructuras
sujetas a los efectos de resonancia debido a los vientos o
terremotos pudieran alterar su propia estructura de forma
inteligente para adaptarse a los impactos. Los baches
pudieran "curarse" a sí mismos.
 Consideraciones
 Utilizar la nanotecnología en la ingeniería civil expone a la
población en general y a todo el entorno a las nano-partículas
y, si el desarrollo futuro va como se espera, a las
nano-máquinas. Las preocupaciones sobre los efectos de las
nanopartículas de plata para matar las bacterias necesarias
para el ecosistema se han presentado para justificar la
regulación

74.  Nanotubos Nuevas formas de carbono como el fullerene (C60) y
nanotubos de carbono (CNTs) hacen parte del desarrollo
contemporáneo. Los nanotubos de carbono se representan a
veces como una hija de grafeno enrollada en un cilindro, con
una específica alineación hexagonal de los anillos, en la punta.
Para alcanzar un alto rendimiento energético, el diámetro
específico favorable de un nanotubo de una sola pared (SWNT)
es de aproximadamente 1,4 nm. Las aplicaciones de los
nanotubos incluyen dispositivos nanoelectrónicos (transistores) y
son comúnmente utilizados para microscopios de sonda,
sensores bioquímicos, soportes catalizadores, dispositivos de
almacenamiento y separación de los gases, administración de
medicamentos, tecnologías de auto-sanación, materiales
compuestos y para mejorar las propiedades mecánicas de un
material.
 Por ejemplo, en los nanotubos de súper alta resistencia a la
tracción se estima una resistencia hasta más de 20 veces
superior a la del acero tradicional (llegando a los 45 GPa) lo que
permite determinar que esta tecnología es un componente de
refuerzo ideal para las fibras modernas -

75. NANOTUBOS DE CARBONO

76. LA NANOTECNOLOGIA EN EL HORMIGON.
 El 25% de los propietarios de estructuras de hormigón reparadas
están insatisfechos con el resultado de dicha reparación y del
resultado de los materiales de protección utilizados en los 5
años posteriores a la reparación; un 75% lo están durante los 10
años siguientes.
 El propio hormigón -material de construcción tradicional, pero
de micro estructura compleja- debe sus propiedades, en gran
parte, al gel C-S-H de la matriz cementicia, que no deja de ser
un material nano estructurado con propiedades modificadas
por una red de poros y micro fisuras, cuyos tamaño pueden
variar desde unos nanómetros hasta milímetros. El
conocimiento de su nano estructura y las fases del gel
permitirán abrir el abanico de productos derivados del cemento
con propiedades multifuncionales.
 La adición de nanopartículas al hormigón puede permitir
controlar su porosidad.
 Reforzando al hormigón con nanotubos de carbono puede
incrementarse su resistencia y evitar la propagación de grietas.

77. Nanomodificación de materiales cementantes
 La nanomodificación es un campo emergente que se
desarrolla con gran rapidez. La síntesis y ensamblaje de
materiales de tamaño nanométrico ofrece posibilidades
para desarrollar nuevos aditivos para cemento como
superplastificantes, nanopartículas o nanorrefuerzos. Las
técnicas de hibridación y anclaje de moléculas permiten
manipular directamente la estructura de las fases
cementantes.

78.  La nanomodificación puede tener lugar en varias
localizaciones distintas: en las fases sólidas, en la fase líquida
y en las interfaces, incluyendo interfaces sólido-líquido y
sólido-sólido. A pesar del potencial que presenta la
nanomodificación, hay que superar una serie de
limitaciones, incluyendo la correcta dispersión de los aditivos
a nanoescala, el escalado de los resultados de laboratorio y
su implementación industrial, y finalmente conseguir reducir
el margen costo/beneficio.

79.  Imagen de un
escaneo
electrónico en
microscopio de
la pasta de
cemento
hidratada.
Como producto
de la hidratación
del cemento, las
partículas se
unen entre sí y el
espacio entre
ellas es el
volumen inicial
ocupado por
agua. Cortesía
Eric Soroos y Ken
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at.

80.  Las nanotecnologías ofrecen un alto potencial para
promover innovaciones radicales y de alto valor en la
fabricación, propiedades y uso de los materiales de
construcción. La nanotecnología facilitará materiales más
ligeros, resistentes, con menor impacto ambiental e incluso
autoadaptables e inteligentes.
 Es imprescindible que los materiales de construcción, y
los sistemas constructivos derivados, cumplan con varias
características como son: alta durabilidad y resistencia al
deterioro, buen comportamiento mecánico, entre otras.
 Además la nanotecnología en la construcción se refiere en
ciertos aspectos como la modificación de pinturas y
barnices con nanopartículas, el uso de aditivos para la
optimización del rendimiento cemento-hormigón, nano
compuestos poliméricos de arcilla para el reciclaje de PET,
Pegamentos rápidos y activados a distancia basados en
nanopartículas de ferrita,vidrios orgánicos como alternativa
al vidrio común, entre otras.

82.  Los nanomateriales aplicados a la construcción
 A través de la nanotecnología se pueden desarrollar
materiales mucho más resistente que los convencionales.
 Caracterizados principalmente por contar con nuevas
propiedades físicas y químicas obtenidas a escala
nanométrica. Así, la resistencia, elasticidad,
conductividad térmica, entre otras propiedades, se
comportan de diferente modo y manera a cuando son
sometidos a escala macroscópica.
 De las características más importantes de los
nanomateriales, sobresalen sus extraordinarias
propiedades mecánicas.
 En la actualidad ya existen nanomateriales o
nanopartículas de TiO2 de especial relevancia para la
industria de la Construcción. Su aplicación a los vidrios,
ventanas y azulejos, permite limpiar, disolver y eliminar
los gases tóxicos que contaminan el aire, al ser expuestos
a rayos solares y a la lluvia. Cuando los rayos UV entran en
contacto con el dióxido de titanio se produce una
reacción catalítica que destruye las moléculas
contaminantes

83.  MODIFICACION DE PINTURAS Y BARNICES CON NANOPARTICULAS.
 La utilización de nanopartículas como aditivos tiene un gran
potencial en el desarrollo tecnológico ya que estos aditivos
aplicados en pequeñas porciones ayudan a mejorar de una
manera significativa las propiedades finales de las pinturas y
barnices.
 La adición de partículas de ZnO mejora significativamente el
comportamiento frente a la radiación ultravioleta del
recubrimiento, mientras que la adición de alumina (Al2O3) y silice
(SiO2) mejora el comportamiento frente a los rayados.
 Imagen 3. Ensayo de abrasión en seco (Byk-Chemie GmbH).
 Pinturas con propiedades de auto-limpieza y protección anti-grafiti
ecológicas sin disolventes las cuales se secan en unos 3
segundos aproximadamente y que resultan ser mucho más
económicas que las pinturas convencionales

84. El desarrollo de esta disciplina se produce a partir de las
propuestas de Richard Feynman.
Aunque su uso se conoce más en el área de
la tecnología (procesadores), los rápidos avances que
está experimentando la nanotecnología en todas sus
dimensiones también son de aplicación en los
procesos constructivos de la ingeniería civil. Se logró por medio
de la nanotecnología transformar molecularmente al cemento,
“concreto zeolítico”.
Este concreto abate los
costos de obra directa
ya que se utiliza el suelo
del sitio para cementar,
es decir ya no hay
acarreo de arena y
grava, reduciendo así el
tiempo de ejecución y
prolonga la durabilidad
de las obras.

85. Los más destacados serían «los materiales inteligentes»,
que puedan comportarse como sistemas vivos, de forma que
sean capaces de llevar a cabo una función de actuación. Y
aunque pareciera algo todavía muy distante, ya se cuentan
con materiales de construcción de alto rendimiento, como una
muy alta resistencia, durabilidad, comportamiento térmico y
acústico. Un ejemplo de estos es el THORO STUCCO THERMO
Material que al aplicarlo al interior de los inmuebles puede
incrementar el nivel de confort (o reducir la temperatura interior)
hasta en 7°C.
THORO STUCCO THERMO
Mortero cementicio desarrollado a partir de la aplicaci6n de
nanotecnología inteligente, que permite disipar el calor,
reduciendo significativamente la temperatura interior de
cualquier habitaci6n hasta 7 °C en comparaci6n con acabados
convencionales, incrementando drásticamente el nivel de
confort, reduciendo el consumo de energía eléctrica utilizado
en sistemas de aire acondicionado.

86. Beneficios:
 Importante reducci6n de temperatura.
 Ahorros importantes en consumo de energía eléctrica para
sistemas de aire acondicionado.
 Puede utilizarse en muros y plafones.
 Fácil de aplicar.
 Bajo mantenimiento.

87.  Una de las áreas en la que mas se ha avanzado, es sin lugar
a duda, en materiales para recubrir diversos tipos
de superficies mejorando el comportamiento de las mismas,
incrementando drásticamente su vida útil y reduciendo de
forma considerables lo gastos de mantenimiento. En este
sentido tenemos diversos materiales disponibles para este
tipo de aplicaciones, por ejemplo:
 NANOFLEX TPM: Para recubrir piedras y superficies porosas
tales como concreto, tejas, piedra natural, adocretos,
bloques aparentes.
 Nanoflex H9 y VP12: Para recubrir superficies de Vidrio
y Cerámica
 Plexiclean H9 y H12: Para recubrir superficies
de Plásticos/Polímeros (policarbonato, ABS, Aluminio, acero
inoxidable y superficies laqueadas)
 Nanotextil H9: Para proteger materiales textiles (alfombras)

88. OTRAS APLIACIONES
 Otro campo es el del acero para armaduras, modificado nano
estructuralmente, con una resistencia a la corrosión similar a la de los
aceros inoxidables, de menor costo y con propiedades mecánicas
superiores a los aceros de alta resistencia.
 En la domótica generará un gran desarrollo con los nuevos nano
sensores embebidos en las estructuras, que permitirá una
monitorización continua y diagnóstico de su estado, además de los
beneficios por eficiencia energética.
 Otra aplicación es las nanoestructuras activas que permitirán
desarrollar cerámicas bioactivas, los cuales son materiales capaces de
auto-repararse, como en el caso del asfalto y el propio hormigón, y
materiales con memoria de forma.
 Fachadas auto limpiantes como acabados invisibles para piezas de
acero inoxidable que eliminan manchas o huellas en la superficie. Hay
algunas fachadas que se limpian solas con la luz o la humedad
reduciendo así costos notables en cuanto al mantenimiento.
 Recubrimientos de grosor nanométrico que protegen el acero de la
corrosión
 Identificación y reparación automática de brechas o agujeros en el
asfalto.
 Sensores de vigilancia por si se presenta alguna anomalía o riesgo en
las edificaciones.
 Auto arreglos de las barreras protectoras en las carreteras

89. SEGUNDO TRABAJO GRUPAL
1. Aplicación de la nanotecnología en el concreto.
2. Aplicación de la nanotecnología en el asfalto.
3. Aplicación de nanotecnología en el acero.
4. Aplicación de la nanotecnología en acabados.