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Asignatura: Materiales II
Grado en Ciencia y Tecnología de la
de la Edificación
Curso Académico 2014/15
Curso 2º – 2º Cuatrimestre
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Objetivos de la Asignatura:• Conocer las características químicas, físicas y mecánicas,
durabilidad y protección de los materiales metálicos y orgánicos
empleados en la construcción, sus procesos de elaboración, la
normativa y la metodología de los ensayos de determinación de sus características, su origen geológico, del impacto ambiental, el
reciclado y la gestión de residuos.
• Conocer los materiales y productos constructivos metálicos y
orgánicos tradicionales o prefabricados empleados en la
edificación, sus variedades y las características físicas y mecánicas y
las aplicaciones constructivas que los definen.
• Capacidad para adecuar los materiales de construcción metálicos y orgánicos a la tipología y uso del edificio, gestionar y dirigir la
recepción y el control de calidad de los materiales, su puesta en
obra, el control de ejecución de las unidades de obra y la
realización de ensayos y pruebas finales.
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Contenidos de la Asignatura:
Parte SEMANAS
Total HorasdedicaciónAlumno (6
ECTS)
MATERIALES YPRODUCTOS METÁLICOS
5 SEMANAS 60 horas
MADERAS 3 SEMANAS 40 horas
MATERIALESPOLIMÉRICOS
3 SEMANAS 30 horas
RECEPCIÓN DEMATERIALES
1 SEMANA 20 horas
TOTAL 150 horas
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Desarrollo de la Asignatura:
Número de horas presenciales: 56
Número de horas para clasesteóricas, teórico-prácticas, prácticas
en gran grupo o grupos másreducidos
Número de horas del trabajo propio del estudiante: 94
Número de horas de estudioautónomo:
(estudio independiente, elaboración
trabajos, ejercicios)
Clases Presenciales (Obligatorias) :
• 12 Clases de Teoría (Martes)• 12 Clases de prácticas (Martes o Viernes)
• 2 Prácticas de Larga Duración (M o V alternos)
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Prácticas de la Asignatura:Prácticas
en
horario
lectivo:1. Propiedades físicas y mecánicas de los materiales metálicos. Ejercicios2. Comportamiento de los materiales metálicos3. Productos metálicos para estructuras. Acero laminado.
4. Productos
metálicos
para
estructuras.
Acero
corrugado.5. Propiedades de la madera.6. Aplicaciones estructurales maderas.7. Reconocimiento e identificación de Productos Derivados de la Madera
8. Aplicaciones
de
los
Productos Derivados
de
la
Madera.9. Reconocimiento de Materiales Poliméricos, Plásticos y materiales
compuestos.10. Reconocimiento
de
Materiales
Bituminosos
y
Pinturas.11. Recepción
de
Materiales:
Elaboración
de
documentación12. Seminario
de
Recepción
de
Materiales.Prácticas de larga duración:
1. Reconocimiento de materiales en arquitecturas construidas: Metales, Maderas y Plásticos.
2. Procedimientos
de
recepción
de
materiales
y
productos
de
construcción.
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Desarrollo de la Asignatura:Semana (Lunes) Martes 15-17 (Teoría) Prácticas (M o V, 1,5 h) P.Larga (45 ‘)
1 (26 Ene) TEMA 1 PRÁCTICA 1 Presentación PL1 (todos los grupos)
2 (2 Feb) TEMA 2 PRÁCTICA 2 PL1.1
3 (9 Feb) TEMA 3 PRÁCTICA 3 PL1.1
4 (16 Feb) TEMA 4 PRÁCTICA 4 PL1.2 Exposición
5 (23 Feb) TEMA 5 PRÁCTICA 5 PL1.2 Exposición
6 (2 Mar) TEMA 6 PRÁCTICA 6 ENTREGA PL1Presentación PL2(todos los grupos)
7 (9 Mar) TEMA 7 PRÁCTICA 7 PL2.1
8 (16 Mar) TEMA 8 PRÁCTICA 8 PL2.1
9 (23 Mar) TEMA 9 PRÁCTICA 9 PL2.2
10 (6 Abr) TEMA 10 PRÁCTICA 10 PL2.2
11 (13 Abr) TEMA 11 PRÁCTICA 11 ENTREGA PL2
12 (20 Abr) TEMA 12- Sem. 1 PRÁCTICA 12- Sem. 2
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Criterios de Evaluación:EVALUACIÓN
CONTINUA:
• Adquisición y comprensión de contenidos
(tests de
conocimientos
en
clase
de
teoría y examen teórico‐práctico final) → 60 %.
• Aplicación de los contenidos a casos prácticos
(prácticas en
horario
lectivo) → 20 %
• Realización de trabajos tutelados (prácticas de
larga
duración) →
20 %.
EXAMEN FINAL (Examen + Ejercicio PL)
(Hay que solicitarlo en la Escuela)
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Tema 1: Materiales Metálicos:
Microestructura y propiedades físicas
1. Microestuctura de los materiales.
2. Escalas de observación: tecnológica,
microestructural y atómica.
3. Enlaces metálicos.
4. Microestructura cristalina metálica.
5. Metales monofásicos y polifásicos: aleaciones y
diagramas de fase.6. Durabilidad y protección de metales.
MATERIALES II
Curso 2014
‐2015.
Ciencia
y Tecnología
de
la
Edificación.
C.
Guadalajara
Profesor Fernando Estirado Oliet
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Microestuctura de los materiales.
• Las propiedades y características de los Materiales
de Construcción dependen de la configuración ysustancias que la componen y de las fuerzas que
existen entre ellas.
• Los materiales se pueden estudiar a distintos
niveles. Cada nivel de estudio proporciona
diferentes grados de conocimiento.
• Las herramientas de estudio se corresponden con
las diferentes Escalas de observación.
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Escalas de observación: tecnológica,
microestructural y atómica.
• Escala Tecnológica: se observa el material en su
conjunto (macroscópica). Se aprecian laspropiedades organolépticas y tecnológicas
• Escala microestructural: Es el nivel donde se
diferencia la estructura del material. Se
manifiestan las fuerzas de adhesión.
• Escala atómica: Se estudia la materia a niveles deátomo y organización molecular. Se distinguen las
fuerzas electromagnéticas (atómicas).
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Escala Tecnológica
Escalas de observación: tecnológica,
microestructural y atómica.
Escala Atómica Escala Microestructural
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El átomo como unidad básica.
• Los elementos químicos se pueden clasificar en
función de su electronegatividad en:
Metales: Tienen electronegatividad baja. Forman
cationes (iones positivos) por pérdida deelectrones.
No Metales: Tienen electronegatividad alta.
Forman aniones (iones negativos) por ganacia de
electrones.
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El átomo como unidad básica.
• Los elementos se designan por su símbolo químico.
• La electronegatividad cuantifica la capacidad de los
átomos de atraer electrones.
Tabla Periódica de los Elementos Químicos
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Tipos de enlaces.
• Iónico: distribución regular de iones positivos y
negativos. Transferencia de parte de los electrones
de valencia de uno al otro. Entre metales y no‐
metales
Pobres conductores de calor y electricidad, duros
frágiles y alto punto de fusión.
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Tipos de enlaces.
• Covalente: Unión de átomos para alcanzar el
octeto estable, comparten electrones del último
nivel. Entre no‐metales
Muy duros, pobres conductores, transparentes.
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Tipos de enlaces.
• Metálico: Unión de núcleos atómicos y electrones
enlazados débilmente en sus capas exteriores
incompletas. Entre metalesBuenos conductores, alta densidad, opacos,
brillantes, punto de fusión alta
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Estructura
metálica
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Características derivadas del enlace metálico
• Isótropos (propiedades iguales en todas direcciones)
• Densos.
• Insolubles en disolventes polares (agua).
• Físicas
• Mecánicas
Conductores eléctricos
Conductores térmicos
Incombustibles (en condiciones normales)
Alto coeficiente de dilatación
Dúctiles y maleables
Comportamiento elásto‐plástico
Alta resistencia a compresión y tracción
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(V. P. Silva 2006)
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Microestructura de los materiales sólidos
• Los materiales sólidos pueden tener diferentes
tipos de microsestructura:
• Según su orden:
• Según su composición:
Monofásicas: un único componente.
Polifásicas: dos o más componentes.
Cristalino: ordenado.
Amorfo: desordenado
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Microestructura cristalina (cobre)
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Defectos en sólidos cristalinos.
• Son discontinuidades en la organización espacial
del cristal.• Influyen en las propiedades mecánicas, físicas y
químicas de los materiales cristalinos.
• Tipos: Puntuales
Superficiales (fronteras de grano)
Lineales (dislocaciones)
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Defectos puntuales• Alteraciones o discontinuidades puntuales de la red
cristalina provocadas por uno o varios átomos.
• Origen: movimiento de átomos durante elcalentamiento o el procesado del material, introducción
de impurezas o por aleación.
• Tipos: Vacantes: falta un átomo en la red cristalina
Defecto substitucional: Substitución de un átomo
por otro distinto
Defectos intersticiales: hay un átomo en un hueco de
la red cristalina
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Defectos puntuales
Vacancia Intersticial Sustitución
Sustitución Intersticial + vacancia Vacancia doble
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Defectos lineales
(Dislocaciones)
• Imperfecciones o irregularidades lineales en una red
ideal o perfecta.
• Origen: proceso de solidificación o proceso de
moldeado.
• Tipos:De
borde: hay un plano de átomos adicional
Mixta:
De tornillo: por cizalladura del cristal
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Defectos lineales
(Dislocaciones)
Defecto de borde
Defecto de tornillo
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Deslizamiento de las Dislocaciones
1. Al aplicar un esfuerzo cortante, la dislocación puede
romper los enlaces de los planos atómicos contiguos
2. Los planos con enlaces rotos se desplazan ligeramente yen sentido contrario para reestablecer sus enlaces
atómicos.
3. Esta recombinación hace que la dislocación se desplace.4. Finalmente el material queda deformado.
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Importancia del deslizamiento de las
Dislocaciones
1. El deslizamiento de las dislocaciones explica por qué la
resistencia mecánica de un metal es menor de loesperable (enlace metálico).
2. El deslizamiento proporciona ductilidad al material
(facilidad de deformación). De no existir deslizamiento,el material sería frágil (enlace iónico y covalente puro).
3. Controlar el movimiento de las dislocaciones (introducir
impurezas, defectos, solidificación, etc.) permite
controlar las propiedades mecánicas del material.
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Defectos superficiales
• Fronteras superficiales, interfases o planos que separan
un material en regiones de la misma estructura
cristalina pero con distintas orientaciones (material
policristalino).
• Tipos: Bordes de
grano: límites entre cristales
Planos de Macla: cambio de orientación en el grano
Superficies libres: en contacto con el ambiente
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Defectos superficiales
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Microestructura
cristalina
(metales)
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Características derivadas
de
los
defectos
• Los defectos puntuales:
Aumentan la resistencia (traban las dislocaciones).
Disminuyen la conductividad eléctrica y térmica.
• Los defectos lineales:
Disminuyen la resistencia.
Aumentan la ductilidad y la plasticidad.
• Los defectos superficiales:
Influyen en la adherencia, corrosión, dureza, brillo, etc.
Fronteras de grano: cortan el desplazamiento de dislocaciones.
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Sólidos monofásicos y polifásicos.
• Disolución: mezcla de dos sustancias en la que una
pierde su identidad física.
• Dispersión: mezcla de dos o más sustancias en que
cada una mantiene su estado y naturaleza.
• Se llama FASE a cada una de las sustancias que sedistinguen en una dispersión.
• El Material formado por una fase se llama monofásico
u homogéneo.• El Material formado por varias fases se llama polifásico
o heterogéneo.
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Sólidos polifásicos.
• En los sólidos polifásicos, las fases pueden:
Formar sistema: existe relación entre las fases. Al
variar una varía la otra. Ambas dependen de las
condiciones de presión y temperatura. Se trata de
un Material Polifásico (por ejemplo, el acero).
No formar sistema: Las fases son independientes.
Se trata de un Material Compuesto.
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Diagramas de fase.
• Representa las fases y composición existentes en
un sistema polifásico, a una temperatura
determinada.
• Se utilizan para obtener aleaciones metálicas en
procesos industriales (metalurgia y siderurgia).
Diagrama de fases binario (dos fases)
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Aleaciones metálicas
• Son mezclas de metales (o en las que predominan los
metales) que forman sistema (materiales polifásicos).
• En algunos casos, las aleaciones son solucioneslíquidas (temperatura de fusión) que se transforman
en dispersiones al enfriarse.
• La presencia de diferentes fases modifica laspropiedades del material.
• Aleaciones utilizadas en construcción:
Aleaciones ferrosas: Aceros y fundiciones
Aleaciones no ferrosas: Bronce (cobre y estaño)
Latón (cobre y cinc)
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Durabilidad de materiales metálicos
• Los metales pueden sufrir degradación por diferentesfenómenos:
Oxidación: por combinación con oxígeno.
Se forman costras de óxido metálico que pueden serimpermeables y proteger al metal (cobre) opermeables (herrumbre u orín en el hierro).
Corrosión: Debida a la exposición de los metales a los
agentes ambientales (humedad, CO2 o sales) o a la
presencia de otros metales con diferenteelectronegatividad (pares galvánicos).
Fuego: Plastificación con la temperatura.
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Protección de materiales metálicos
• Existen diferentes maneras de proteger los metales
frente a la degradación (oxidación + corrosión):
Evitando el contacto entre metales diferentes.
Interposición de láminas poliméricas entre metales con
diferente electronegatividad.
Interponiendo materiales con menorelectronegatividad (manguitos de sacrificio en
conducciones de agua)
Modificando su Composición (Acero inox.)Mediante Tratamientos superficiales:
Recubrimientos electrolíticos (galvanizado)
Pinturas y lechadas (reposición periódica)
l ál
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Tema 1: Materiales Metálicos:
Microestructura y propiedades físicas1. Microestuctura de los materiales.
2. Escalas de observación: tecnológica, microestructural y atómica.
3. Enlaces metálicos.
4. Microestructura cristalina metálica.
5. Metales monofásicos y polifásicos: aleaciones y
diagramas de fase.6. Durabilidad y protección de metales.
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Glosario de conceptos del Tema•Microestructura •Sólidos monofásicos •Durabilidad•Escalas de observación •Disolución •Oxidación
•Enlace metalico •Dispersión •Corrosión
•Cristales metálicos •Sólidos polifásicos •Efecto del fuego•Defectos cristalinos •Materiales compuestos •Protección de metales
•Defectos puntuales •Diagramas de fase
•Dislocaciones •Aleaciones metálicas
•Deslizamiento de lasdislocaciones
•Defectos superficiales
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Bibliografía de consulta recomendada.
• Callister, W.; Ciencia
e
ingeniería
de
materiales, Ed. Reverté, 1995.
• Smith, W.; Fundamentos
de
ciencia
e
ingeniería de los materiales, Ed. McGraw‐Hill, 1998.
• Newel, James; Ciencia de materiales
aplicaciones
en
ingeniería.
Alfaomega Grupo Editor