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1(UNO)“CIENCIA DE LOS MATERIALES”

Presentación a cargo de los alumnos:

Pablo Sánchez Álvarez

Julio Cesar Morales Cruz

Sergio Zenteno Ruiz

José David Vidal de los SantosEstudiantes de la licenciatura en:

INGENIERIA CIVIL

Alumnos del:

4to. CUATRIMESTRE

Como parte de la asignatura de:

“MATERIALES DE LA CONSTRUCCIÓN”

Bajo la tutoría de la Profesora:

ING. JAZMÍN NATALIA GÓMEZ CÓRDOVA

Septiembre de 2015

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CIENCIA DE LOS MATERIALES

Los desafíos para el siglo XXI, según los científicos, serían los siguientes:

- Conseguir que la energía solar sea accesible

- Suministrar energía a partir de la fusión

- Desarrollar métodos de secuestración del carbono

- Gestionar el ciclo del nitrógeno

- Suministrar acceso al agua potable

- Restaurar y mejorar las infraestructuras urbanas

- Avanzar en la informática para la sanidad

- Diseñar mejores medicamentos

- Hacer ingeniería inversa del cerebro

- Prevenir el terror nuclear

- Proteger el ciberespacio

- Enriquecer la realidad virtual

- Avanzar en el aprendizaje personalizado

- Diseñar herramientas para el descubrimiento científico

La National Academy of Engineering (NAE) de Estados Unidos públicó una lista de los que serían los principales desafíos de la

ingeniería en el siglo XXI. Elaborada por un equipo de expertos de todo el mundo, convocados a petición de la National Science

Foundation (NSF), reúne un total de 14 retos que, de alcanzarse, podrían mejorar nuestro modo de vida.

interdisciplinaria

Los materiales son una de las litaciones primarias para los cambios del futuro

Los cambios en el futuro requieren de materiales revolucionarios y progresivos no de los que hoy día

existen si no de materiales nuevos

se prevée que todas estas ingenierías tendrán una necesidad continua de nuevos materiales de acuerdo a su especialidad

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• La ciencia de

materiales es, sí.

• Un campo

multidisciplinar.

• Estudia los

conocimientos

fundamentales sobre

las propiedades

físicas macroscópicas

de los materiales

• Los aplica en varias

áreas de la ciencia y

la ingeniería

consiguiendo que

éstos puedan ser

utilizados en la vida

diaria de las personas

CIENCIA DE LOS MATERIALES (Introducción)

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CIENCIA DE LOS MATERIALES (Definición)

La ciencia de materiales es el campo científico encargado de investigar

la relación entre la estructura y las propiedades de los materiales.

Paralelamente, conviene recalcar 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

TETRAEDRO

de la ciencia de materiales,

donde se ejemplifica la

interacción de las diferentes

disciplinas de esta ciencia:

Estructura, proceso,

funcionamiento y propiedades.

Estructura

Propiedades

funcionamiento

Proceso

Material

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CIENCIA DE LOS MATERIALES (Definición)

Así como las ingenierías Química, Mecánica, Civil, Eléctrica o Medicina, Biología y CienciasAmbientales.Con la atención puesta de los medios en la Nanociencia y la Nanotecnología en los últimosaños, la ciencia de los materiales ha sido impulsada en muchas universidades.

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CIENCIA DE LOS MATERIALES (En la antigüedad)

Desde la época prehistórica, los primitivos humanos comenzaron a proveerse de materiales diversos que tenían asu alcance en su entorno natural de supervivencia. Así, fueron seleccionando aquellos materiales que lesresultaban más útiles para la caza, la protección contra el frío o la producción y control del fuego, entre otrasnecesidades vitales. También recogieron materiales naturales como la piedra, que escogían según su resistenciay facilidad para construir herramientas cortantes, los troncos y las ramas caídas de los árboles, los restos deanimales muertos, como huesos, pieles, etc. En una primera época la humanidad se limitó a aprovechar todo elque encontraba a su paso para fabricar las herramientas primordiales de su tecnología incipiente

LA PIEDRASin duda la piedra fue uno de los primeros materialespropiamente modificados por los homínidos para construirtoda clase de utensilios en la llamada edad de piedra

LOS METALESLos metales se encuentran raramente en forma químicamente libre. Metales nobles como el oro o la plata se pudieron descubrir de forma más o menos

casual en minas o ríos que ya los antiguos explotaron, pero metales tan útiles como el hierro o el cobre requerían descubrir una metalurgia apropiada. El

cobre se obtuvo a partir de la malaquita hacia el 5500 aC, en Persia. El plomo también era conocido por las civilizaciones antiguas y se utilizaba como medio

para escribir.

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CIENCIA DE LOS MATERIALES (En la antigüedad)

Por otro lado, la manipulación de diversas sustancias extraídas de las plantas y animales permitió desarrollarindustrias artesanales como el papiro que se usaba para la construcción de barcos, como mecha para lámparasy, como es bien sabido, como soporte para la escritura, que antes se marcaba sobre arcilla y piedra. En el 2640aC, en la China comienza la industria de la seda. A la vez, la ganadería, asociada a los primeros asentamientosde agricultores, permitiría emplear las pieles curtidas o la lana como base para la fabricación de complementoscomo trajes, muebles, etc.

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CIENCIA DE LOS MATERIALES (su relación con otras ciencias)

Su relación con la Química

o hay que olvidar que, con

más de cien elementos

conocidos y técnicas de

síntesis química que

evolucionan

constantemente, las

oportunidades para diseñar

y hacer nuevas moléculas

inorgánicas son casi

infinitas. Así, la química de

elementos representativos,

la de elementos de

transición, la molecular y

clusters metálicos, la

química teórica y

computacional, y los

mecanismos de reacción

son áreas de gran actividad

presente y futura.

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CIENCIA DE LOS MATERIALES (manejo de los materiales)

ESTRUCTURAS CRISTALINAS EN

METALES Y ALEACIONES

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CIENCIA DE LOS MATERIALES (manejo de los materiales)

ESTRUCTURAS CRISTALINAS EN

METALES Y ALEACIONES

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“La Química es una ciencia

central que por su propia

naturaleza ocupa un lugar

destacado entre todas las

disciplinas científicas, con

las que está estrechamente

relacionada. Forma la base

de todas las ciencias

moleculares como la

Biología, Farmacia, Ciencia

de Materiales, etc. Su

ámbito es universal.”

CIENCIA DE LOS MATERIALES (su relación con otras ciencias)

Su relación con la Química

LUÍS OROCatedrático de Química Inorgánica,

Universidad de Zaragoza

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CIENCIA DE LOS MATERIALES (su relación con otras ciencias)

Su relación con la Física

Ordenador cuántico hecho en un solo chip

Matteo Mariantoni y sus colegas en la

Universidad de California en Santa Bárbara

implementaron un procesador cuántico (con

arquitectura von Neumann) cuya memoria

podría ser utilizada para almacenar datos e

instrucciones, y hacer posible la realización de

cálculos complejos que están mucho más allá

del poder de las computadoras convencionales.

Este avance en la computación cuántica marca

un hito similar al ocurrido en el diseño de la

computación convencional en los años ’40. Su

desarrollo nos acerca a la creación de

ordenadores cuánticos prácticos que resolver

problemas reales

Fuente: http://www.quantum-

rd.com/2011/12/los-10-mejores-avances-de-la-

fisica-en.html#ixzz3kT0LqqaG

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CIENCIA DE LOS MATERIALES (su relación con otras ciencias)

Su relación con la Física

Un equipo del LawrenceLivermore NationalLaboratory hizo público enfebrero que acaba deconseguir, por vez primera,que un reactor de fusiónnuclear produzca másenergía de la queconsume. Se trata de unpaso clave en el camino delograr «ganancias decombustible» mayores quela unidad, algofundamental en el objetivode poder usar en el futurouna fuente energéticainagotable y limpia, lamisma que utilizan lasestrellas.

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Obras

CIENCIA DE LOS MATERIALES (Aplicaciones practicas)

Joel Sosa y SergioGalván, dos estudiantesde ing. civil de la Univ.Autónoma Metropolitana.Inventaron un hormigóncapaz de soportar lascargas igual o mejor queel hormigón tradicional,pero que además,permite el paso de la luz.Se fabrica igual que elhormigón tradicional, concemento blanco, áridosfinos, gruesos, agua y uncomponente llamadoIlum.

Fuente:Concretos Translúcidos S.R.L. de C.V.

Los plásticos en la arquitectura moderna. Una opción para recordar

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Máquinas y herramientas diversas

La última generación de excavadoras de gran alcance vertical

con motores Tier 4 Final/Etapa IV de Volvo Construction

Equipment combina una excelente resistencia y una gran

seguridad, para trabajar con la máxima rentabilidad en

cualquier proyecto de demolición.

Goratu

Ultima generación de tornos y

fresadora-mandrinadora de montante

móvil ha sido concebida para ofrecer

soluciones a las necesidades de

fabricación de piezas de gran tamaño y

forma compleja

CIENCIA DE LOS MATERIALES (Aplicaciones

practicas)

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También convertidos en productos necesarios o requeridos por la

sociedad.

Los paneles solares flexibles están revolucionado las

nuevas tecnologías. Tal es el caso de esta tienda de

campaña que dispone de energía solar, la que nos

permitirá iluminar nuestro entorno, calefaccionar

nuestro habitáculo y recargar dispositivos electrónicos

El automóvil puede ser descrito como un

vehículo motorizado que recibe su nombre a

partir de la capacidad de automovimiento

CIENCIA DE LOS MATERIALES (Aplicaciones practicas)

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En la

investigación

de y creación

de materiales

mas

resistentes y

menos

pesados para

lograr aspas

de mayor

longitud y

menor peso.

Actualmente

su long. Prom.

Es de 25 m.

CIENCIA DE LOS MATERIALES (Aplicaciones practicas)

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El tren ligero se

encuentra

suspendido

magnéticamente

y alcanza

velocidades

hasta de 550 km

/ hra. y es muy

comodo

CIENCIA DE LOS MATERIALES (Aplicaciones practicas)

Existen contratos

con el ejercito

para la

investigación y

desarrollo de

materiales ligeros

que tengan mejor

desempeño

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CIENCIA DE LOS MATERIALES (Aplicaciones practicas)

La pértiga es un claro ejemplo de la aplicación de

los nuevos materiales sintetizados en laboratorio. Asi

como las raquetas veleros bicicletas, etc…

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CIENCIA DE LOS MATERIALES (Aplicaciones practicas)

En la investigación de materiales mas que

no pesen y sean resistentes así como un

reto extra que el cuerpo los asimile y no

provoque ninguna reacción.

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CIENCIA DE LOS MATERIALES (Observando la naturaleza)

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La Ciencia de Materiales puede definirse entonces como aquella que se ocupa de lacomposición y estructura de los materiales y a la relación existente entre aquellas y suspropiedades

- Si se conoce que átomos están presentes en un material y cual es su ordenamiento dentrodel mismo, podremos por tanto deducir cuales serán sus propiedades.

- Por composición química de un material se entiende el porcentaje de cada elementopresente en el mismo.

- La influencia de la composición química en las propiedades de un material podremosentenderla de una manera intuitiva si comparamos las propiedades del Fe puro, porejemplo, con las del oro. - La importancia de la estructura queda manifiesta si, por ejemplo,comparamos las propiedades del grafito y el diamante. Ambos son carbono puro: oGrafito: átomos dispuestos en una red cristalina hexagonal o Diamante: a en el segundo loestán en una red cubica.

CIENCIA DE LOS MATERIALES ( C o n c l u s i o n e s )

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- Ciencia de Materiales. El concepto de estructura puede entenderse a distintos niveles: o

Por estructura nuclear entendemos la composición del material en términos de protones yneutrones. o Un nivel superior lo constituye la estructura atómica definida como ladisposición electrónica en los átomos y que determina las propiedades químicas delmaterial. o La estructura cristalina nos indica el ordenamiento tridimensional de los átomoso moléculas.

- La microestructura: la estructura de un material visible utilizando el microscopio óptico oelectrónico, proporcinandonos información sobre los cristales individuales o granos, comonormalmente se los denomina, su tamaño forma y orientación. Esta estructura es deexcepcional importancia en Ciencia de Materiales. o La macroestructura se define comoaquella que se aprecia con el ojo desnudo, o, a lo sumo, con ayuda de una lupa. Lamacroestructura tiene muchos aspectos comunes con la microestructura, pero a escaladiferente.

- La Ciencia de Materiales se centra básicamente en el estúdio de la estructura cristalina, lamicroestructura y, en un menor grado, de la macroestructura.

CIENCIA DE LOS MATERIALES ( C o n c l u s i o n e s )

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La Ciencia de materiales estudia los conocimientos básicos acerca de la composición, estructura ypropiedades de los materiales.- La Ingeniería de Materiales tiene por objeto la aplicación de los conceptos básicos sobre los

materiales, de modo que estos puedan ser convertidos en productos útiles a la ingeniería. - Ambas,Ciencia e Ingeniería de Materiales no están separadas por una frontera que las delimite, antes alcontrario, se encuentran interrelacionadas.

- Los ingenieros, sea cual fuere su especialidad, deben adquirir conocimientos básicos y aplicadossobre los materiales pues, posteriormente los utilizarán en su practica profesional para desarrollar sutrabajo de una forma eficaz.

- Los Ingenieros de I+D trabajan para la creación de nuevos materiales o la mejora de los yaexistentes. - Los Ingenieros de Diseño emplearan estos materiales nuevos, los existentes, o los yamejorados, para crear nuevos productos y sistemas.

- En ocasiones, son las exigencias de diseño las que impulsaran la investigación hacia el logro demateriales que satisfagan las demandas planteadas.

- La búsqueda de nuevos materiales no cesa nunca. - Los Ingenieros mecánicos demandancontinuamente materiales capaces de soportar temperaturas más elevadas.

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- Los Ingenieros Eléctricos necesitan, en cambio, materiales que permitan dispositivos electrónicoscapaces de operar a mayores velocidades y temperaturas.

- Los Ingenieros Aeronáuticos tratan de lograr materiales con relaciones Resistencia-Peso mayorespara sus aviones y vehículos espaciales.

- Los Ingenieros Químicos requieren materiales mas resistentes a la corrosión.- Todas las ramas de la Ingeniería demandan más y más materiales que satisfagan sus necesidades, lo

que conduce a la aparición continua de nuevos materiales.- La competencia entre los distintos materiales para ocupar áreas de utilización no cesa, primando en

ocasiones factores económicos. Basta la mejora de una técnica de procesado que abarate unmaterial determinado para que su utilización, a expensas de otro, crezca considerablemente. Enotros casos, en cambio, las exigencias tecnológicas nos impulsan a utilizar materiales caros

inevitablemente, como ocurre en la industria aerospacial

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- Tipos de Materiales Desde un punto de vista de la Ciencia de Materiales los materiales se agrupan dentro de los tres grupos

siguientes:

- MATERIALES METÁLICOS

- MATERIALES POLIMÉRICOS

- MATERIALES CERÁMICOS

- Además de los tipos indicados suelen considerarse otros dos:

- MATERIALES COMPUESTOS

- MATERIALES ELECTRÓNICOS

- A) MATERIALES METÁLICOS o Materiales inorgánicos constituidos por elementos metálicos como el Fe, Al, Cu, etc. y,

eventualmente elementos no metálicos como el C, N2 y O2. o Los metales tienen estructura cristalina (en la actualidad,

mediante técnicas de solidificación rápida, se obtienen vidrios metálicos), son buenos conductores del calor y de la

electricidad, son relativamente resistentes y dúctiles a temperatura ambiente y tienen un brillo característico denominado

brillo metálico

MATERIALES METÁLICOS

Los metales habitualmente no se utilizan puros sino combinados dando lugar a las aleaciones metálicas, cuyo objetivo es el

mejorar las propiedades de los metales puros, o, en su caso, dotarles de otras nuevas.

Los metales y aleaciones suelen dividirse en:

Metales y aleaciones férreas o y metales y aleaciones no férreas, según su constituyente principal sea el Fe o no.

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MATERIALES POLIMÉRICOS

Materiales macromoleculares constituidos por largas cadenas de moléculas orgánicas o redes. - La mayoría de los

polímeros son amorfos si bien algunos tienen cierto grado de cristalinidad son regiones vítreas y cristalinas.

Son malos conductores del calor y de la electricidad y resistentes a la corrosión, de una forma general.

Son de baja densidad y poseen malas propiedades mecánicas. Su limitación mas importante es su comportamiento a

temperaturas relativamente altas que los hace inutilizables por encima de 150 C.

MATERIALES CERÁMICOS

Son materiales inorgánicos y generalmente cristalinos: constituidos por elementos metálicos y no metálicos. unidos

por enlaces iónicos y covalentes. Duros y Resistentes. Por lo general, aislantes térmicos y eléctricos, si bien existen

cerámicas superconductoras. Ligeros. Se comportan bien a temperaturas elevadas. Elevada fragilidad. Escasa

fiabilidad.

MATERIALES COMPUESTOS

Constituidos por dos o más materiales diferentes con objeto de conseguir con ello un material con propiedades

intermedias. - Al constituyente más abundante se le denomina, generalmente, matriz o constituyente matriz, y al menos

abundante refuerzo. - Por la naturaleza de la matriz se clasifican en Compuestos de matriz: Metálica Cerámica, y

Poliédrica, con diferencia los mas abundantes. - Los refuerzos, según su aspecto, se clasificaran en: Fibras, Partículas y

Whiskers.

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MATERIALES ELECTRÓNICOS - Son unos materiales de gran importancia actual constituidos básicamente por Si y que han posibilitado

la fabricación de los robots y computadoras actuales.

PROCESADO- Si bien el procesado de los materiales constituye el objeto de otras disciplinas, si conviene destacar que

junto con la microestructura condiciona las propiedades de un componente, como puede verse reflejado en el diagrama siguiente:

PROCESO PROPIEDADES - Procesado tiene por objeto la obtención de un componente a partir de un material determinado. - El

procesado abarca un conjunto de técnicas, en su mayoría comunes a todos los materiales, si bien alguno de ellos requiere un procesado especifico

ELECCION DE MATERIALES- Los materiales, a la hora de diseñar un componente, presentan diferentes alternativas de entre las que

debe seleccionarse como mas adecuada la que resulte de las consideraciones siguientes: - Que material reúne las propiedades físicas y químicas mas adecuadas - Que material puede ser procesado con la forma y dimensiones diseñadas

- Que material y proceso son los mas económicos El material y proceso que más se ajuste a las tres condiciones citadas será el que el ingeniero debe elegir.

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https://es.wikipedia.org

https://www.youtube.com/user/MISCHIEFOFSCIENCE

https://ingenierosenapuros.files.wordpress.com/

https://www.youtube.com

BIBLIOGRAFÍA

POR SU ATENCIÓN EL EQUIPO 1

LES DA LAS