Materiales II GCTE

8/17/2019 Materiales II GCTE

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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



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,


• 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,


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

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