Instituto Politcnico NacionalUnidad Profesional Interdisciplinaria Campus Guanajuato
Integrantes: Calvillo Cervantes MartinMorales Hidalgo Ariadna Ramrez Martnez Miguel Jovani
Materia: Tecnologa de materiales
Profesor: Ral Garca Martnez
Trabajo:
Avance de Proyecto.
IntroduccinCon el paso del tiempo se ha descubierto que al combinar dos o ms materiales se pueden crear productos con diferentes propiedades los cuales se han ido adaptando a las necesidades del ser humano, esto gracias al desarrollo tecnolgico e industrial con el que se cuenta hoy en da, como por ejemplo las aleaciones en los metales. En este curso se desarrollara la elaboracin de un nuevo compuesto utilizando diferentes materiales reciclados los cuales podemos encontrar en nuestra vida diaria y que sin saberlo se les puede dar otro uso, en este caso se reutilizaran para conseguir un nuevo material, el cual debe de presentar propiedades especficas de acuerdo con el proceso que sea aplicado para la obtencin del mismo. Se decidi hacer una mezcla entre Cemento y Madera donde el cemento estar en mayor proporcin, esto para obtener un nuevo material del cual observaremos el cambio en sus propiedades mecnicas a travs de diversas pruebas. Se pretende utilizar este nuevo material para diferentes usos como por ejemplo: en la construccin de los cimientos de casas o edificios, en la elaboracin de pisos firmes, bancas u otros objetos los cuales se usan para adornar.
Objetivos: Implementar los conocimientos adquiridos en la materia para desarrollar la creacin de un material compuesto considerando que las propiedades deben ser diferentes y nicas a comparacin de las propiedades de los materiales compuestos sin dejar de lado la viabilidad de la creacin de este nuevo material.
Desarrollar diversas habilidades para desenvolvernos mejor en la industria, como la identificacin de las propiedades de un material y la optimizacin de recursos. Realizar las pruebas necesarias que nos ayuden a saber si nuestro material tiene la suficiente resistencia para el objetivo propuesto.
Marco TericoQu son los materiales compuestos? Los materiales compuestos son combinaciones macroscpicas de dos o ms materiales diferentes que poseen una interface discreta y reconocible que los separa. Debido a ello, son heterogneos (sus propiedades no son las mismas en todo su volumen). Si bien algunos materiales compuestos son naturales (como la madera o el hueso), la gran mayora de los materiales compuestos utilizados en la actualidad son diseados y fabricados por el hombre. En todo material compuesto se distinguen dos componentes: La MATRIZ, componente que se presenta en fase continua, actuando como ligante. El REFUERZO, en fase discontinua, que es el elemento resistente.
Se clasifican:
Segn el tipo de matriz: Materiales compuestos de matriz METALICA Materiales compuestos de matriz CERAMICA Materiales compuestos de matriz CARBON Materiales compuesto de matriz ORGANICA los ms utilizados son: Los CFRP o materiales compuestos de fibra de vidrio con matriz orgnica. Los GRFP o materiales compuestos de fibra de vidrio con matriz orgnica.
Segn su refuerzo Fibras, elementos en forma de hilo en las que la relacin L/D>100 Cargas, el resto, utilizadas en elementos de poca responsabilidad estructural.
ESTRUCTURAS SANDWICH
Definicin y componentes Las estructuras sndwich son las formadas por la adhesin de dos caras, pieles o revestimientos relativamente delgados a un ncleo central espeso y de baja densidad. Entre las pieles y el ncleo puede o no existir, dependiendo del proceso de fabricacin, sendas capas de adhesivo, en forma de pelcula (adhesivo tipo film). La figura muestra los tres componentes que se acaban de enunciar y que se describen ms detalladamente en los siguientes apartados.
Imagen 1: Estructura tipo sndwichCementoDentro de las muchas caractersticas que posee el concreto se puede mencionar: la masa unitaria, las propiedades mecnicas, trmicas, elctricas, acsticas, etc.En general las propiedades mecnicas del concreto estn gobernadas por la resistencia de la pasta endurecida, los agregados y la interface pasta agregados, las cuales a su vez son modificadas por los procesos de colocacin y condiciones de curado.Los factores que inciden en la resistencia son: la relacin agua cemento, contenido y tipo de cemento, caractersticas de los agregados (textura, forma, granulometra, resistencia, influencia del tamao mximo), tipo y dosificacin de aditivos, fraguado del concreto, curado del concreto y edad del concreto.Materiales para la elaboracin del concreto Cemento PortlandEl cemento Portland es la mezcla de materiales calcreos y arcillosos u otros materiales que contienen slice, almina, u xidos de hierro, procesados a altas temperaturas y mezclados con yeso. Este material tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia del agua. Agua para el CementoLas exigencias de calidad varan en algunos pases en funcin de las caractersticas propias del cemento, pero en general existe uniformidad de criterios fruto de los resultados de investigaciones desarrolladas en U.S.A. [2] Agregados Los Agregados estn compuestos por material geolgico tales como rocas, arenas, gravas, y son usados en diferentes segmentos de la construccin. Pueden ser utilizados en su estado natural o bien triturados de acuerdo al uso y aplicacin. [1]Propiedades fsicas del concreto Densidad Finura Consistencia normal Tiempos de fraguado Porosidad y absorcin Masa unitariaPropiedades mecnicas Dureza Tenacidad Adherencia Resistencia (compresin, impacto, tensin)Propiedades trmicas Resistencia a la congelacin y descongelacin Resistencia a los choques trmicos Contraccin por desecacin [2]
Madera La madera es una materia prima de origen vegetal es una de las ms explotadas por el hombre. Se encuentra en los rboles de tallo leoso (que tienen tronco) encontrando su parte ms slida debajo de la corteza del rbol.
La madera es un recurso renovable, abundante, orgnico, econmico y con el cual es muy fcil de trabajar. Figura 1. Estructura del esqueleto de un rbol. [3]Composicin de la MaderaPara la composicin qumica de la madera se distingue entre parte leosa, sustancia y jugo y protoplasma, la madera est compuesta aproximadamente de 50% carbn elemental, 6% hidrogeno, 43% oxgeno y 1% de nitrgeno y pequeas cantidades de componentes de las cenizas.Est formada por fibras de celulosa, sustancia que conforma el esqueleto de los vegetales, y lignina, que le proporciona rigidez y dureza.La Madera se descompone por parte de microorganismos tales como bacterias y hongos o daos por parte de insectos, por tal razn es importante darles un tratamiento que evite su deterioro.Segn la longitud de sus fibras, las maderas pueden ser clasificadas en maderas de fibras largas y maderas de fibras cortas. Propiedades de la madera1. La Madera es aislante trmico y elctrico.2. Es buena conductora del sonido (acstico)3. Es un Material renovable, biodegradable y reciclable.4. Es dctil, maleable y tenaz.5. El color es debido a las sales, colorantes y resinas. Las ms oscuras son ms resistentes y duraderas.6. La textura depende del tamao de los poros. Condiciona el tratamiento que debe recibir la madera.7. Las vetas se deben a la orientacin y color de las fibras. La densidad depende del peso y la resistencia.8. La Densidad, Cuanto ms tiene la madera es ms resistente. Casi todas las maderas tienen una densidad menor que la del agua, lo que les permite flotar. Las maderas de baja densidad (hasta 0.5 gr/cm3) se conoce como conferas. Las de alta densidad (mayor a 0.5 gr/cm3) se conoce como latifaliadas9. Flexibilidad, es la facilidad para ser curvadas en el sentido de su longitud, sin romperse ni deformarse. La tienen especialmente las maderas jvenes y blandas. 10. La hendidura, consiste en la facilidad que contiene la madera en partirse o rajarse en el sentido de la fibra. La resistencia ser menor si es de fibra larga y carece de nudos, as como si est verde la madera.11. Dureza o resistencia al corte, que depender de la mayor o menor cohesin entre sus fibras. Est en relacin directa entre la mayor cantidad de fibras y la menor cantidad de agua. Por ejemplo, una zona de nudos tendr mayor cohesin de sus fibras que una zona limpia, por tanto ser ms dura y resistente al corte. Utilidad de la madera:Se utiliza para fabrican productos de gran utilidad como mesas, sillas y camas, muebles en general y en tecnologa se usa para realizar muchos proyectos.
Figura 2.- Usos de la madera[4]HiptesisComo se mencion anteriormente se requiere fabricar un nuevo tipo de material que en este caso ser concreto el cual estar conformado por cemento de uso comn, agua y el agregado que es madera reciclada. La finalidad es crear concreto compuesto con cierto porcentaje de madera el cual cambiara sus propiedades en cuanto a dureza, tenacidad, resistencia mecnicas, trmicas, etc., aunque no lo demasiado como para afectar sus usos comunes, es decir usar este material como remplazo en los usos del cemento donde no existen existan fuerzas tan elevadasEs factible la creacin del concreto con madera en cuestin a su resistencia?Como no diluimos algn lquido extra en la preparacin del cemento o algn adhesivo que afecte sus propiedades se espera que no afecte en la resistencia del material, para as usar poder este cemento en aplicaciones comunes. JustificacinActualmente la utilizacin del concreto es fundamental en la construccin de casas, edificios, plataformas, albercas, carreteras, etc., y debido a esta demanda es que nace la necesidad de desarrollar concreto a base de madera.La importancia de este proyecto radica en el obtencin del conocimiento necesario para lograr cambiar las propiedades a diversos materiales con la utilizacin de menos recursos o en su defecto sustituir por recursos ms econmicos, en este caso se analizara la opcin de cambiar la arena que se usa comnmente por madera reciclada y as observar que es lo que pasa con las propiedades del concreto a elaborar.Es de primordial importancia conocer acerca de las propiedades del concreto normal y a partir de esto hacer una analoga con el nuevo material para determinar la viabilidad del proyecto y asegurar el uso del material compuesto.Ahora la diferencia de estos materiales como ya se menciono es la utilizacin de madera por arena logrando en si disminuir el costo en sus usos cotidianos ya antes mencionados.
Metodologa de elaboracin 1. Primero conseguiremos la madera en las muebleras donde reciclan el aserrn.2. Comprar un poco de cemento que nos ayudara a realizar las dos probetas que utilizaremos3. Realizar los siguientes pasos para 2 mezclas, la primera contendr: cemento, cal, arena, grava y agua.
Fig. 3 que muestra la preparacin de grava.
4. Primero vaciamos un bote de grava y la regamos en forma de circulo dejando un pequeo cajete para vaciar en el los dems materiales.5. Despus agregamos un bote de arena sobre la grava y la regamos sobre el cajete.6. Agregamos un de costal de cemento y uno de cal y la distribuimos uniformemente sobre los dems materiales7. Revolvemos toda la mezcla hasta lograr que se mesclen casi completamente y volvemos a realizar un cajete para poder vaciar el agua.
Fig. 4 Representacin de los materiales de la mezcla.
8. Colocamos 1 bote y de agua para poder empezar la mezcla.9. Mezclamos uniformemente con la ayuda de una pala hasta lograr una mezcla homognea y es as como podemos obtener una buena mezcla para nuestras probetas.
Fig. 5 Representacin de la mezcla final
10. Repetir los pasos del 4 al 9 pero ahora en vez de arena agregamos aserrn en la mezcla.
1. Una vez que tengamos la mezcla adecuada procederemos a realizar las primeras probetas (concreto normal y nuestro concreto) para el ensayo de Tensin. Basndonos en la norma ASTM C 192 (NTC -1377) quien nos dice las medidas y especificaciones para el ensayo. Anexo 1
2. Las segundas probetas a realizar son las que utilizaremos en el ensayo de flexin, al igual que en las probetas de tensin realizaremos 2 distintas probetas, para estas probetas utilizaremos la norma ASTM C 192 (NTC -1377)
3. Las ltimas probetas a realizar con su respectivo molde son las que usaremos en el ensayo de permeabilidad. La probeta que utilizaremos aqu ser elegida de forma arbitraria segn nuestro criterio ya que no se requiere de mucha informacin para esta prueba.
4. Una vez que tengamos las probetas podremos comenzar con los ensayos programados para nuestro material, comenzaremos primero con el ensayo de tensin utilizando las normas ASTM C 496 (NTC 722) y ASTM C 192 (NTC -1377) explicadas un poco ms a fondo en el anexo 1.2.
5. Despus realizaremos las pruebas de flexin, adecuando todo para poder utilizar la maquina universal, para realizar este ensayo utilizaremos la norma y ASTM C 192 (NTC -1377) explicadas un poco ms a fondo en el anexo 1.
6. Como ltimo ensayo tenemos el de permeabilidad el cual ser un poco menos elaborado debido a su sencillez de realizacin.
7. Al tener ya los resultados de cada prueba procederemos al anlisis de los mismos para as poder decidir si se cumpli la hiptesis planteada en nuestro proyecto y ver si es factible la realizacin d este proyecto.
Discusin de resultados preliminaresDe acuerdo a lo que investigamos para llevar a cabo este proyecto podemos intuir que el concreto con madera podra a llegar a ser un material muy bueno ya que no estamos cambiando mucho los materiales que comnmente se usan para su realizacin y aunque en las propiedades mecnicas influye mucho el agregado que se utiliza creemos que no afectara demasiado ya que la proporcin no ser muy excesiva como para que afecte la dureza, resistencia a la tensin, etc. Por otra parte no sabemos cmo reaccione el concreto a la aplicacin de madera cuando hablamos de la permeabilidad del material ya que la madera es muy permeable comparndolo con la arena y esto podra ocasionar problemas al momento de que el concreto tenga contacto con el agua.Solo esperamos no tener conflictos al momento de realizar las pruebas a este material ya que las normas estn enfocadas a otro tipo de aparatos, aunque el procedimiento y los resultados que podemos obtener pensamos que no sern afectados por esta diferencia de procedimiento.
ConclusionesConclusin (Miguel Jovani Ramrez Martnez)Se realizara una mescla de componente que ser y cemento, en las cuales se harn probetas para las diferentes pruebas que se le realizaran , ya que la madera al cemento le dar ms resistencia con menos peso y eso lo sabremos con las pruebas que realizaremos para darnos cuenta si es o no factible nuestro proyecto.Conclusin (Martin Calvillo Cervantes)La importancia de este proyecto recae principalmente en la palabra Optimizacin, que como ingenieros industriales debemos conocer a la perfeccin, en este caso podemos aplicar la optimizacin de recursos materiales mediante este proyecto, con el cual se pretende conocer las propiedades que presentan los materiales y en base a ello poder manipularlas para obtener beneficios propios y especficos , despus de esto nos queda claro que nuestra visin se ampliara ms dentro de la industria cuando se requiere usar materiales los cuales sirvan a cierto objetivo pero sin descuidar los intereses monetarios de la organizacin.Conclusin (Ariadna Morales Hidalgo)Si logramos cumplir los alcances que se pretenden para este proyecto los beneficios sern importantes, empezando por la experiencia y los conocimientos que adquiriremos y que podremos aplicar en un futuro en nuestra rea laboral y finalmente lograr que el nuevo material sea viable para la utilizacin en la industria y que tenga consecuencias positivas para ella como la reduccin de costos.
AnexosAnexo 1Para especmenes fabricados en moldes cilndricos estndar, por muestreo del concreto fresco en laboratorio, la norma ASTM C 192 (NTC .1377) especifica que el llenado del molde debe hacerse en capas de igual espesor, compactadas con varilla o por vibracin segn revenimiento, el curado durante las primeras 24 hrs debe hacerse en los moldes protegidos de la evaporacin a 23 2 C, a continuacin de debe hacer la inmersin de los especmenes en agua saturada de cal y dejarlos en estas condiciones hasta el da del ensayo.El proceso de aplicacin de carga debe efectuarse bajo condiciones reglamentadas para evitar la influencia de los factores cuya variacin puede afectar los resultados. La ASTM C 496 (NTC -722) establece que los especmenes se deben cargar a una velocidad uniforme de aplicacin de esfuerzos a tensin comprendida entre 7 y 15 kg/cm2/mm mientras ocurre la falla. De este manera se logra que en cilindros estndar (D=15.25 cm, H30, 48cm) la velocidad de la carga aplicada se encuentre comprendida entre 5 y 10 ton/min.Anexo 2La elaboracin y curado de los especmenes prismticos de hormign por muestreo del concreto fresco en laboratorio para ser sometidos a la prueba de traccin por flexin, deben llevarse a cabo segn la norma ASTM C 192 (NTC 1377).La seccin del elemento puede ser cuadrada o rectangular. En el caso de que sea rectangular la altura (h) no debe ser mayor 1.5 veces de su ancho (b). La longitud del espcimen debe ser por lo menos 5 cm mayor que tres veces su altura (h), y el ancho (b) debe ser mayor o igual a tres veces el tamao mximo del agregado.El llenado de los moldes debe hacerse en capas de igual espesor, compactadas con varillas o por vibracin segn revenimiento, el curado durante las primeras 24 hrs debe hacerse en los moldes protegidos de la evaporacin a 23 2 C, a continuacin de debe hacer la inmersin de los especmenes en agua saturada de cal y dejarlos en estas condiciones hasta el da del ensayo.Para el caso de una carga puntual aplicada en el centro de la luz sobre una viga prismtica de seccin rectangular, la resistencia mxima a la tensin por flexin Mr. en Kg/cm2, se puede calcular de acuerdo a la siguiente expresin.
Donde P es la carga que produce la falla en Kg. L es la separacin entre los apoyos de la viga, en cm, b es el ancho de la viga, en cm y h es la altura o peralte de la viga en cm.BibliografaDonald R. Askeland, Ciencia e ingeniera de los materiales, 4 edicin, Ed. Grupo Editorial Iberoamericana S.A. de C.V. [1] http://www.cemexmexico.com/Agregados.aspx#sthash.IEyxFtIP.dpuf[2] http://blogs.uprm.edu/montejo/files/2009/11/UndergradThesis.pdf[3] Ral Nolasco Kipes . (2012). Propiedades de la madera. 07/04/2015, Sitio web: http://www.arqhys.com/contenidos/madera-propiedades.html
