Nanotecnología aplicada a los Materiales para Ingeniería Civil

Nanotecnología aplicada a los Materiales para Ingeniería Civil

Presentado a:

Ing. Ricardo Matallana

Materiales para la Ingeniería Civil

Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito

Ingeniería Civil

28/10/2017

Bogotá DC, Colombia.

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN        3

OBJETIVOS        3

NANOTECNOLOGÍA APLICADA A MATERIALES DE INGENIERÍA CIVIL        4

∙        TERMINOLOGÍA        7

∙        APLICACIONES EN INGENIERÍA CIVIL        8

∙        VENTAJAS Y DESVENTAJAS        9

∙        CONTROL DE CALIDAD        9

∙        CONCLUSIONES        11

INTRODUCCIÓN

Para analizar el concepto de “nanotecnología” se debe tener en cuenta que la definición de este término parte de una escala de medida asignada a sujetos muy pequeños denominados “nanos”, dichos elementos son comúnmente vistos cuando se trabaja y manipula átomos y estructuras moleculares.  Por lo tanto, el presente trabajo está enfocado en el estudio del comportamiento de nanos cuando a estos se les implementa patrones de comportamiento que tienen como fin dar facilidades en el desarrollo de las obras de ingeniería civil.

El uso frecuente de la nanotecnología se ha visto en el desarrollo de procesadores, pero, para el caso de la ingeniería civil actualmente se han desarrollado “materiales inteligentes” que tienen la capacidad de comportarse como sistemas vivos, con el fin de que puedan llevar a cabo un papel específico en el desarrollo de la obra. Aunque el desarrollo de esta tecnología se viera distante, actualmente ya existen materiales de construcción de alto rendimiento que generan el desarrollo de altas resistencias, durabilidad, comportamiento térmico y acústico.

OBJETIVOS

• Dar a conocer el desarrollo de la nanotecnología en la aplicación de los procesos constructivos en ingeniería civil.

• Determinar las características de los materiales de construcción la nanotecnología en los materiales de construcción.

• Analizar los avances de la construcción en el ámbito científico a una perspectiva a futuro.

• Comparar las ventajas y desventajas que este influye en los distintos materiales.  

NANOTECNOLOGÍA APLICADA A MATERIALES DE INGENIERÍA CIVIL

• PROPIEDADES

“La revolución industrial del futuro estará encabezada por la Nanotecnología”- Richard P. Feyman (físico teórico estadounidense conocido por su trabajo en la formulación integral de la trayectoria de la mecánica cuántica).

La nanotecnología es definida por Kim Eric Drexler como “el control de la materia basado en la manipulación, molécula por molécula, de productos y subproductos por medio de sistemas de alta precisión, así como productos y procesos de manufactura molecular, incluyendo el mecanismo molecular”.

En la construcción el avance más destacado se observa en el ámbito científico, debido a que se ha estudiado con mayor interés la nanociencia de los materiales cementantes con un aumento del conocimiento y comprensión de los fenómenos a nanoescala (ej.: estructura y propiedades mecánicas de las fases hidratadas del cemento, interfaces en el concreto y mecanismos de degradación).

El concreto puede ser nanomodificado mediante la incorporación de nanomateriales para controlar el comportamiento de los materiales y adicionar nuevas propiedades, o mediante la modificación de moléculas en las partículas de cemento, agregado y aditivos para aportar nuevas funcionalidades. Entre ellas están: concretos de baja resistividad eléctrica, capacidades autosensoras, capacidades de autolimpieza, capacidades de autoreparación de microfisuras, autocontrol de la corrosión, etc.

• TIPOS ( CLASIFICACIÓN)

• Nanomodificación de materiales cementantes

La nanomodificación es un campo que actualmente está en tiempo de auge debido a las facilidades tecnológicas que esta época promueve para un rápido crecimiento científico. La síntesis y ensamblaje de materiales de tamaño nanométrico ofrece posibilidades para desarrollar nuevos aditivos para cemento como superplastificantes, nanopartículas o nanorrefuerzos. La nanomodificación puede tener lugar en varias localizaciones distintas: en las fases sólidas, en la fase líquida y en las interfaces, incluyendo interfaces sólido-líquido y sólido-sólido.

A pesar del potencial que presenta la nanomodificación, hay que superar una serie de limitaciones, incluyendo la correcta dispersión de los aditivos a nanoescala, el escalado de los resultados de laboratorio y su implementación industrial, y finalmente conseguir reducir el margen costo/beneficio.

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Imagen de un escaneo electrónico en microscopio de la pasta de cemento hidratada. Como producto de la hidratación del cemento, las partículas se unen entre sí y el espacio entre ellas es el volumen inicial ocupado por agua. Cortesía Eric Soroos y Ken Hover.

• Nanotubos

Nuevas formas de carbono como el fullerene (C60) y nanotubos de carbono (CNTs) hacen parte del desarrollo contemporáneo. Las aplicaciones de los nanotubos incluyen dispositivos nanoelectrónicos (transistores) que son comúnmente utilizados para microscopios de sonda, sensores bioquímicos, soportes catalizadores, dispositivos de almacenamiento y separación de los gases, administración de medicamentos, tecnologías de auto-sanación, materiales compuestos y para mejorar las propiedades mecánicas de un material.

Por ejemplo, en los nanotubos de súper alta resistencia a la tracción se estima una resistencia hasta más de 20 veces superior a la del acero tradicional (llegando a los 45 GPa) lo que permite determinar que esta tecnología es un componente de refuerzo ideal para las fibras modernas.

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Nanotubos de carbono, el componente de refuerzo ideal para las fibras modernas; otra posible aplicación es en el refuerzo de tramos largos o estructuras de gran altura soportadas por cables. Flickr – ghutchis.

• Otros materiales

Tres grupos de nanomateriales se encuentran bajo el mismo rango atómico, y es posible medir la dureza y resistencia de los componentes a nivel microscópico y nanoscópico. Ciertas propiedades más específicas fueron descubiertas en un material de nanoestructura con base de cristales, permitiendo la creación de material de pintura y acabado con propiedades de auto-limpieza, resistencia a la decoloración, protección anti – grafiti y elevada resistencia al desgaste, apariencia de baldosa con auto-limpieza, y pinturas y morteros basados en tecnología de fotocatálisis; las finas capas nanométricas protegen al refuerzo contra la corrosión, como también para mejorar al aislamiento térmico de los cristales de las ventanas.

Entre los nuevos polímeros en nanoingeniería se encuentran los superplastificantes de alta eficiencia para mezclas de concreto y fibras de alta resistencia con capacidad excepcional de absorción de energía.

 Las nanopartículas como el sílice, son aditivos muy efectivos para mezclas poliméricas y para el concreto, lo cual hace parte de los trabajos que buscan aumentar el rendimiento y la auto-compactación del concreto sin afectar la trabajabilidad y la resistencia del concreto a base de cemento Pórtland, una de las materias primas de mayor consumo en todo el mundo.

Actualmente los nuevos concretos avanzan hacia un desarrollo sostenible, hacia la reducción de su costo y del consumo de energía durante su producción, en esencia, mejorando todas las condiciones que exige la demanda actual. Los nanoligantes, o materiales nanocementantes de ingeniería con nanocomponentes cementicios y partículas de escala nano, integrarán la nueva escala de innovación y desarrollo.

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Microfibras desarrolladas con nanocomponentes. Flickr – CORE-Materials.

• TERMINOLOGÍA

Si bien se reconoce que es de vital importancia el definir determinadas ciencias en su respectiva escala para lograr desarrollar programas y procesos que ameritan la identificación de macro o micro, moléculas y átomos.

Es de vital importancia la existencia de la nanotecnología que como su palabra lo dice es una técnica absolutamente pequeña cuya importancia está dirigida en la identificación de moléculas buscando un reordenamiento de átomos para ser convertidos en materiales y maquinas donde es el ser humano quien se beneficiara y a la vez garantizara un desarrollo futurista congruente con la evolución tecnológica aportando cada día mas a la globalización de grandes negocios, relaciones internacionales, tendientes a mejorar la productividad y acrecentar la riqueza de los países, en la búsqueda de abonar esfuerzos entre ellos en procesos de infraestructura vial que generan desarrollo regional a través de las grandes concesiones como modos de financiar con capital privado estas obras implementando controles en los procesos de recaudo con chips lectores agilizando la movilidad y los recorridos.

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