Asignatura: Materiales II

Grado en Ciencia y Tecnología de la Edificación

Curso Académico 2016/17Curso 2º – 2º Cuatrimestre

Objetivos de la Asignatura:• Conocer las característicasquímicas, físicas y mecánicas,

durabilidad y protecciónde los materiales metálicos y orgánicosempleados 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 orgánicostradicionales o prefabricados empleados en la edificación, sus variedades y las características físicas y mecánicas y las aplicaciones constructivasque 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 calidadde los materiales, su puesta en obra, el control de ejecución de las unidades de obra y la realización de ensayos y pruebas finales.

Contenidos de la Asignatura:

Parte SEMANAS

Total Horas dedicación Alumno (6

ECTS)

MATERIALES Y PRODUCTOS METÁLICOS

5 SEMANAS 60 horas

MADERAS 3 SEMANAS 30 horas

MATERIALES POLIMÉRICOS

4 SEMANAS 40 horas

RECEPCIÓN DE MATERIALES

1 SEMANA 20 horas

TOTAL 150 horas

Desarrollo de la Asignatura:

Número de horas presenciales: 54

• Número de horas para clases teóricas, teórico-prácticas, prácticas

en gran grupo o grupos más reducidos

Número de horas del trabajopropio del estudiante: 96

•Número de horas de estudio autónomo:

(estudio independiente, elaboración trabajos, ejercicios)

Clases Presenciales (Obligatorias) :

• 12 Clases de Teoría (Lunes)

• 12 Clases de prácticas (Jueves)

• 2 Prácticas de Larga Duración (Jueves alternos)

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 Madera8. 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:• Reconocimiento de materiales en arquitecturas construidas: Metales,

Maderas y Plásticos.• Procedimientos de recepción de materiales y productos de construcción.

Desarrollo de la Asignatura:Semana (Lunes) Lunes (2 horas T) Prácticas (Jueves, 1 :45 h P) P Largas 1:30 h

1 (23 Ene) TEMA 1 -

2 (30 Ene) TEMA 2 PRÁCTICA 1

3 (6 Feb) TEMA 3 PRÁCTICA 2 Presentación PL1

4 (13 Feb) TEMA 4 PRÁCTICA 3

5 (20 Feb) TEMA 5 PRÁCTICA 4 Identificación PL16 (27 Feb) TEMA 6 PRÁCTICA 5

7 (6 Mar) TEMA 7 PRÁCTICA 6 Evaluación PL1

8 (13 Mar) TEMA 8 PRÁCTICA 7

9 (20 Mar) TEMA 9 PRÁCTICA 8 Presentación PL210 (27 Mar) TEMA 10 PRÁCTICA 9

11 (3 Abr) TEMA 11 PRÁCTICA 10 Identificación PL212 (17 Abr) (FESTIVO) PRÁCTICA 11

13 (24 Abr) TEMA 12-Sem. 1 PRACT 12-Seminario 2 Evaluación PL2

14 (1 May) (FESTIVO) - -

15 (8 May) - - -

Criterios de Evaluación:EVALUACIÓN CONTINUA:

• Adquisición y comprensión de contenidos (tests de conocimientos en clase de teoríay examenteórico-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)

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.MATERIALES II

Curso 2016-2017. Ciencia y Tecnología de la Edifica ción. C. GuadalajaraProfesor Gonzalo Barluenga Badiola

Microestuctura de los materiales.

• Las propiedades y características de los Materialesde Construcción dependen de la configuración ysustancias que la componen y de las fuerzas queexisten entre ellas.

• Los materiales se pueden estudiar a distintosniveles. Cada nivel de estudio proporcionadiferentes grados de conocimiento.

• Las herramientas de estudio se corresponden conlas diferentes Escalas de observación.

Escalas de observación: tecnológica, microestructural y atómica.

• Escala Tecnológica: se observa el material en suconjunto (macroscópica). Se aprecian laspropiedades organolépticas y tecnológicas

• Escala microestructural: Es el nivel de se diferenciala estructura del material. Se manifiestan lasfuerzas de adhesión.

• Escala atómica: Se estudia la materia a niveles deátomo y organización molecular. Se distinguen lasfuerzas electromagnéticas (atómicas).

Escala Tecnológica

Escalas de observación: tecnológica, microestructural y atómica.

Escala Atómica Escala Microestructural

Estructura metálica

El átomo como unidad básica.

• Los elementos químicos se pueden clasificar enfunción de su electronegatividad en:

Metales: Tienen electronegatividad baja. Formancationes (iones positivos) por pérdida de electrones.

No Metales: Tienen electronegatividad alta.Forman aniones (iones negativos) por ganacia deelectrones.

El átomo como unidad básica.

• Los elementos se designan por su símbolo químico.

• La electronegatividad cuantifica la capacidad de losátomos de atraer electrones.

Tabla Periódica de los Elementos Químicos

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

(V. P. Silva 2006)

(V. P. Silva 2006)

(V. P. Silva 2006)

Microestructura de los materiales sólidos

• Los materiales sólidos pueden tener diferentes tiposde microsestructura:

• Según su orden:

• Según su composición:Monofásicas: un único componente.

Polifásicas: dos o más componentes.

Cristalino: ordenado.

Amorfo: desordenado

Microestructura cristalina (cobre)

Defectos en sólidos cristalinos.

• Son discontinuidades en la organización espacialdel cristal.

• Influyen en las propiedades mecánicas, físicas yquímicas de los materiales cristalinos.

• Tipos: Puntuales

Superficiales (fronteras de grano)

Lineales (dislocaciones)

Defecto lineal:Dislocación en un material de composición ULaO2.

Defecto extenso:Macla en un óxido mixto de uranio y lantano.

Microscopio TEM (transmisión electrónica)

Defectos puntuales• Alteraciones o discontinuidades puntuales de la red

cristalina provocadas por uno o varios átomos.

• Origen: movimiento de átomos durante el calentamientoo el procesado del material, introducción de impurezas opor 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

Defectos puntuales

Vacancia Intersticial Sustitución

Sustitución Intersticial + vacancia Vacancia doble

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

Defectos lineales (Dislocaciones)

Defecto de borde

Defecto de tornillo

Deslizamiento de las Dislocaciones1. 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 y ensentido contrario para reestablecer sus enlaces atómicos.

3. Esta recombinación hace que la dislocación se desplace.

4. Finalmente el material queda deformado.

Importancia del deslizamiento de las Dislocaciones

1. El deslizamiento de las dislocaciones explica por qué laresistencia 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 (introducirimpurezas, defectos, solidificación, etc.) permitecontrolar las propiedades mecánicas del material.

Defectos superficiales

• Fronteras superficiales, interfases o planos que separanun material en regiones de la misma estructura cristalinapero 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

Defectos superficiales

Microestructura cristalina (metales)

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.

Sólidos monofásicos y polifásicos.

• Disolución: mezcla de dos sustancias en la que unapierde su identidad física.

• Dispersión: mezcla de dos o más sustancias en quecada 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 monofásicou homogéneo.

• El Material formado por varias fases se llamapolifásico o heterogéneo.

Sólidos polifásicos.

• En los sólidos polifásicos, las fases pueden:

Formar sistema: existe relación entre las fases. Alvariar una varía la otra. Ambas dependen de lascondiciones de presión y temperatura. Se trata deun Material Polifásico (por ejemplo, las aleacionesmetálicas como el acero).

No formar sistema: Las fases son independientes.Se trata de un Material Compuesto.

Diagramas de fase.

• Representa las fases y composición existentes en unsistema polifásico, a una temperatura determinada.

• Se utilizan para obtener aleaciones metálicas enprocesos industriales (metalurgia y siderurgia).

Diagrama de fases binario (dos fases)

Aleaciones metálicas

• Son mezclas de metales (o en las que predominan losmetales) que forman sistema (materiales polifásicos).

• En algunos casos, las aleaciones son soluciones líquidas(temperatura de fusión) que se transforman endispersiones 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)

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) o permeables(herrumbre u orín en el hierro).

Corrosión: Debida a la exposición de los metales a losagentes ambientales (humedad, CO2 o sales) o a lapresencia de otros metales con diferenteelectronegatividad (pares galvánicos).

Fuego: Plastificación con la temperatura.

Protección de materiales metálicos

• Existen diferentes maneras de proteger los metalesfrente a la degradación (oxidación + corrosión):

Evitando el contacto entre metales diferentes.

Interposición de láminas poliméricas entre metales condiferente electronegatividad.

Interponiendo materiales con menor electronegatividad(manguitos de sacrificio en conducciones de agua)

Modificando su Composición (Acero inox.)

Mediante Tratamientos superficiales:

Recubrimientos electrolíticos (galvanizado)

Pinturas y lechadas (reposición periódica)

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.

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 las dislocaciones

•Defectos superficiales

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.

• Askeland, D.; Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Ed. Thomson, 1998.