Monografia Materiales De Construccion 4o1v5h

UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL MONOGRAFIA MATERIALES DE CONSTRUCCION NANOTUBOS DE CARBONO EN LA CONSTRUCCION ALUMNO: GUERRERO DIAZ ALVARO CURSO MATERIALES DE CONSTRUCCION DOCENTE ÁNGELES SOTIL LEOVIGILDO Huaraz-Perú Agosto-2014

TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCION .................................................................................................................. 1 I.

NANOTUBO DE CARBONO ....................................................................................... 2

II. PROPIEDADES DE LOS NANOTUBOS ..................................................................... 2 III.

APLICACIÓN EN LA CONSTRUCCION: ............................................................... 3

IV.

CONCLUCIONES: ..................................................................................................... 6

V. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS: ........................................................................... 6

UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

CURSO: MATERIALES DE CONTRUCCION PROF: ANGELES SOTIL LEOVIGILDO CICLO: V

INTRODUCCION

La tecnología se sigue renovando en varios aspectos, ahora la gran revolución de la nanotecnología llega al sector de la construcción, generando grandes cambios a lo que antes era la metodología de construcción la tradicional, llevándola así a un nuevo nivel y proyectando el área de la construcción a un futuro tecnológico donde la construcción dará mucho

de

qué

hablar.

A grandes rasgos, se podría decir que la Nanotecnología tiene la capacidad para elaborar o fabricar

materiales,

dispositivos

o sistemas,

mediante

el control de

su materia a escala manométrica. De esta forma, sus propiedades físicas y químicas pueden ser moduladas sistemáticamente por la variación del tamaño, facilitando el diseño de nuevos materiales con un menor consumo de recursos

naturales.

Hoy en día en la construcción tradicional desde tiempos atrás hasta nuestros días se han empleado fundamentalmente elementos constructivos de piedra, madera, hormigón armado y acero, materiales que cumplen adecuadamente su función pero que, bajo ciertas condiciones, presentan algunos inconvenientes. Tal es el caso de la madera que requiere grandes inversiones en mantenimiento, el hormigón armado que tienen una alta densidad y demandan grandes capacidades para su manejo e instalación, el acero que presenta problemas de corrosión, entre otros, por ese motivo la nanotecnología involucra su tecnología para el mejoramiento de los materiales de construcción así como la técnica de construcción. Es así como aparecen los nanotubos dentro de la nanotecnología para hacer mejoras a las mezclas a su composición durabilidad resistencia y demás que serán tratadas en el presente trabajo.

1

UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

I.

CURSO: MATERIALES DE CONTRUCCION PROF: ANGELES SOTIL LEOVIGILDO CICLO: V

NANOTUBO DE CARBONO Los nanotubos de carbono son una forma alotrópica del carbono, como el diamante, el grafito o los fullerenos. Su estructura puede considerarse procedente de una lámina de grafitos enrollados sobre sí misma. Dependiendo del grado de enrollamiento, y la manera como se conforma la lámina original, el resultado puede llevar a nanotubos de distinto diámetro y geometría interna. Estos están conformados como si los extremos de un folio se uniesen por sus extremos formando el susodicho tubo, se denominan nanotubos monocapa o de pared simple. Existen, también, nanotubos cuya estructura se asemeja a la de una serie de tubos concéntricos, incluidos unos dentro de otros, a modo de muñecas matrioskas y, lógicamente, de diámetros crecientes desde el centro a la periferia. Estos son los nanotubos multicapa. Se conocen derivados en los que el tubo está cerrado por media esfera de fulereno, y otros que no están cerrados.

II. PROPIEDADES DE LOS NANOTUBOS La estabilidad y robustez de los enlaces entre los átomos de carbono, son del tipo sp2, les proporciona la capacidad de ser la fibra más resistente que se puede fabricar hoy día. Por otro lado, frente a esfuerzos de deformación muy intensos son capaces de deformarse notablemente y de mantenerse en un régimen elástico. El módulo de Young de los nanotubos podría llegar a oscilar entre 1,3 y 1,8 terapascales, si bien hasta la fecha sólo se han podido obtener experimentalmente hasta los 0,8 TPa. Además, estas propiedades mecánicas podrían mejorarse: por ejemplo en los SWNTs (Single Walled NanoTubes o Nanotubos de pared simple), uniendo varios nanotubos en haces o cuerdas. De esta forma, aunque se rompiese un nanotubo, como se comportan como unidades independientes, la fractura no se propagaría a los otros colindantes. En otros términos, los nanotubos pueden funcionar como resortes extremadamente firmes ante pequeños esfuerzos y, frente a cargas mayores, pueden deformarse drásticamente y volver posteriormente a su forma original. Diversos estudios han tratado de medir las propiedades mecánicas y la tensión máxima soportada por un nanotubo, con resultados heterogéneos, si bien se podría asumir a modo orientativo que la tensión máxima podría rondar los 150 GPa. Este dato implica que un cable de 1 cm de grosor formado por nanotubos podría aguantar un peso de unas 1.500 toneladas.

2

UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

CURSO: MATERIALES DE CONTRUCCION PROF: ANGELES SOTIL LEOVIGILDO CICLO: V

Por comparación, un cable equivalente del mejor acero conocido puede soportar 20 toneladas. No obstante, no todos los estudios han mostrado unos valores tan optimistas: en general es comúnmente aceptada la afirmación de que los nanotubos son 100 veces más resistentes que el acero, y 6 veces más ligeros, aunque se trate de un material poco conocido, estos valores podrían variar. III. APLICACIÓN EN LA CONSTRUCCION: -

Los nanotubos también son adecuadas para el desarrollo de materiales estructurales, así estas se pueden emplear en cemento y hormigón armado. Hasta ahora no se han reportado productos comerciales de este tipo con nanopartículas pero se cree que los CNTs pueden impedir la propagación de grietas y mejorar sus propiedades mecánicas.

-

Investigadores del Paul Pascal Research Centre y la Universidad de Paris (Sur), en Francia, han utilizado la técnica "hot-drawing" para mejorar las propiedades técnicas de las fibras hechas a partir de los nanotubos de carbono. El proceso incrementó la dureza de la fibra y las hizo resistentes al agua. Esto podría ser utilizado en la construcción para la construcción de obras para que resistan mayores impactos de calor o humedades.

-

Marino Arroyo, investigador del Laboratorio de Cálculo Numérico (LaCaN) de la Escuela de Caminos de la UPC que estudia las propiedades mecánicas como la rigidez y la resistencia de los nanotubos de carbono— los define como “muy especiales desde el punto de vista mecánico”. Para él, “estamos acostumbrados a que los materiales flexibles sean blandos, como el caucho, y los materiales rígidos sean frágiles, como el vidrio. En cambio, los nanotubos de carbono, gracias a su orden atómico casi perfecto, combinan una resistencia y una rigidez únicas con una muy alta flexibilidad”. Asimismo, añade que “se doblan cuando los comprimimos, pero cuando la presión desaparece, retornan a su posición inicial, dentro de unos márgenes”.

3

UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

CURSO: MATERIALES DE CONTRUCCION PROF: ANGELES SOTIL LEOVIGILDO CICLO: V

Representación gráfica de un nanotubo de carbon policapa cuando se arruga. Foto: UPC.

Intentar entender comportamientos mecánicos complejos como éste, que son reversibles, es la base del trabajo de científicos como Arroyo quien, junto a sus colaboradores de la Escuela de Caminos, han caracterizado los patrones de deformación de los nanotubos policapa al arrugarse mediante técnicas matemáticas y computacionales. “Hemos observado que, cuanto más gruesos son los nanotubos policapa más propensos son a arrugarse y, cuanto más se arrugan, más blandos son”. Eso son buenas y malas noticias: “Malas porque no se pueden realizar materiales compuestos que se aprovechen de su rigidez extrema; buenas porque estos patrones de deformación disipan mucha energía y, por lo tanto, pueden ser idóneos para aplicar en materiales para absorber choques”. -

Con la idea de desarrollar materiales inteligentes multifuncionales para aplicar al sector de la construcción, Ignasi Casanova, del Grupo de Mecánica y Nanotecnología de Materiales de Ingeniería de la UPC, en la Escuela de Caminos, estudia la conductividad eléctrica de los nanotubos de carbono. “Los nanotubos poseen propiedades piezoeléctricas. Es decir, tienen la capacidad de generar carga eléctrica cuando se deforman porque tienen una estructura sin centro de simetría”, explica. “Estamos trabajando la posibilidad de obtener hormigón que tenga una cierta conductividad eléctrica mediante la adición de nanotubos de carbono”. Un hormigón como el que describe Casanova, con los sensores imbuidos en el mismo material, tendría capacidad de emitir una señal como respuesta a deformaciones extremadamente pequeñas. Si estos materiales se llegan a implementar podría cambiar lo que hoy entendemos por mantenimiento de estructuras de hormigón.

4

UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

CURSO: MATERIALES DE CONTRUCCION PROF: ANGELES SOTIL LEOVIGILDO CICLO: V

“Si tenemos en cuenta que el mantenimiento de estructuras representa casi el 50% del presupuesto que se gasta el sector de la construcción en el ámbito mundial, desarrollar materiales con capacidad de autodiagnóstico y monitorizar problemas en el mantenimiento de estructuras supondría una gran ventaja”, explica. “La aplicación que estamos investigando es muy concreta y tecnológicamente no es fácil de implementar. Pero, sin duda, los materiales inteligentes tienen interés desde el punto de vista del desarrollo sostenible”. Este científico añade que el hecho de que el hormigón pueda ser un material conductor puede generar aplicaciones más directas como la monitorización continua del tráfico en carreteras. En la construcción de pavimentos, ya que habría la posibilidad de utilizar un tipo de material que, sin afectar a sus características de resistencia, podría medir las cargas y las presiones a las que está sometido por el paso de vehículos, de manera continua y sin instrumentación externa.

Ignasi Casanova cree que los materiales inteligentes tienen interés desde el punto de vista del desarrollo sostenible. Foto: UPC.

5

UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

CURSO: MATERIALES DE CONTRUCCION PROF: ANGELES SOTIL LEOVIGILDO CICLO: V

IV. CONCLUCIONES: -

Los nanotubos son muy resistentes, y tienen un rango elástico muy alto.

-

Los nanotubos son muy buenos conductores de la electricidad.

-

El desarrollo de los nanotubos traerá consigo el desarrollo de una construcción tecnológica

V. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:  http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/4740/fichero/2.+Baterias+y+Supercondensadores.p df  http://digital.csic.es/bitstream/10261/4108/1/Tesis.pdf  http://dit.upc.es/lpdntt/biblio/BREUS/MER04a.pdf  dialnet.unirioja.es/servlet/dcfichero_articulo?codigo=2510315  http://dit.upc.es/lpdntt/biblio/BREUS/MAR04a.pdf

6