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7.33. Tecnología de los Materiales (Obligatorio)

7.33.1. Justificación ↑ Volver arriba

Tecnología de los Materiales cubre la ciencia y tecnología de los principales materiales usados en la construcción: materiales tradicionales y vernáculos (rocas, adobe, quincha, tapial, bambú), concreto y materiales cementantes avanzados, metales estructurales, materiales poliméricos y compuestos sostenibles, y los ensayos normalizados de control de calidad y análisis de fallas. El curso cierra con el diseño en mampostería, madera y acero liviano.

7.33.2. Objetivos Generales ↑ Volver arriba

1. Caracterizar las propiedades físicas y mecánicas de los materiales de construcción tradicionales y modernos.
2. Aplicar la tecnología del concreto y de los metales estructurales al diseño y control de calidad de elementos de construcción.
3. Realizar ensayos normalizados de control de calidad e interpretar resultados de análisis de fallas.
4. Diseñar elementos en mampostería, madera y acero liviano.

7.33.3. Contribución a los resultados (Outcomes) ↑ Volver arriba

ABET-1) Habilidad para identificar, formular y resolver problemas complejos de ingeniería aplicando principios de ingeniería, ciencias y matemáticas. (Usage)

ABET-6) Habilidad para desarrollar y conducir experimentación apropiada, analizar e interpretar datos, y utilizar el criterio de ingeniería para obtener conclusiones. (Usage)

ABET-2) Habilidad para aplicar el diseño en ingeniería y producir soluciones que satisfagan necesidades específicas considerando la salud pública, seguridad y bienestar, así como factores globales, culturales, sociales, ambientales y económicos. (Usage)

7.33.4. Contenido ↑ Volver arriba

7.33.4.1. Ciencia de Materiales de Construcción (10 horas) [Habilidades ABET-1] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Neville, 2011)

Temas

1. Propiedades físicas y mecánicas de los materiales de construcción, incluyendo densidad, porosidad, resistencia y elasticidad
2. Microestructura y composición de fases de los materiales de construcción
3. Mecanismos de durabilidad, incluyendo intemperismo, ataque químico y degradación ambiental
4. Propiedades térmicas e higrotérmicas de los materiales de construcción
5. Estructuras cristalinas y amorfas en los materiales de construcción
6. Criterios de selección de materiales basados en requisitos de desempeño
7. Mecanismos de degradación y predicción de la vida útil

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Describir las propiedades físicas y mecánicas fundamentales de los principales materiales de construcción [Familiarizarse]
2. Analizar la relación entre la microestructura y las propiedades macroscópicas de los materiales [Evaluar]
3. Evaluar el desempeño en durabilidad de los materiales bajo condiciones ambientales específicas [Usar]
4. Explicar los efectos de las variaciones térmicas e higrotérmicas en el comportamiento de los materiales [Familiarizarse]
5. Seleccionar materiales de construcción apropiados basándose en especificaciones de diseño y criterios de desempeño [Evaluar]
6. Predecir la vida útil y los patrones de degradación de los materiales en diversos entornos [Usar]

7.33.4.2. Materiales Tradicionales y Vernáculos de Construcción (18 horas) [Habilidades ABET-1] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Blondet et al., 2003)

Temas

1. Rocas de uso en la construcción: clasificación y propiedades
2. El adobe como material de construcción: fabricación y propiedades
3. La quincha como sistema constructivo: materiales y técnica
4. El tapial como material de construcción: fabricación y propiedades
5. El bambú como material de construcción: propiedades y aplicaciones estructurales
6. Ensayos de control de calidad para materiales vernáculos

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Clasificar las rocas de uso en la construcción según sus propiedades y aplicaciones [Familiarizarse]
2. Caracterizar las propiedades físicas y mecánicas del adobe, la quincha y el tapial [Usar]
3. Evaluar la aptitud del bambú como material estructural en la construcción [Evaluar]
4. Realizar ensayos de control de calidad sobre materiales de construcción vernáculos [Usar]
5. Recomendar el uso de un material vernáculo apropiado según las condiciones de un proyecto [Evaluar]

7.33.4.3. Tecnología del Concreto y Materiales Cementantes Avanzados (14 horas) [Habilidades ABET-1] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Neville, 2011)

Temas

1. Química del cemento Portland y proceso de hidratación
2. Propiedades de los agregados y requisitos de gradación
3. Metodología de diseño de mezclas para concreto de resistencia normal
4. Propiedades del concreto fresco, incluyendo trabajabilidad, revenimiento y tiempo de fraguado
5. Propiedades del concreto endurecido, incluyendo resistencia, módulo de elasticidad y contracción
6. Aditivos químicos y minerales para el concreto
7. Diseño de concreto de alto desempeño y alta resistencia
8. Concreto autocompactante y concreto reforzado con fibras
9. Aspectos de durabilidad, incluyendo reacción álcali-sílice, ataque por sulfatos y ciclos de congelación-descongelación
10. Tecnologías de concreto sostenible y de bajo carbono

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Describir la química del cemento Portland y el proceso de hidratación [Familiarizarse]
2. Evaluar la calidad y la idoneidad de los agregados para la producción de concreto [Evaluar]
3. Diseñar mezclas de concreto para cumplir con requisitos específicos de resistencia y trabajabilidad [Usar]
4. Probar e interpretar las propiedades del concreto fresco utilizando procedimientos estándar [Evaluar]
5. Predecir las propiedades del concreto endurecido basándose en las proporciones de la mezcla y las condiciones de curado [Usar]
6. Explicar la función y los efectos de varios aditivos para concreto [Familiarizarse]
7. Formular mezclas de concreto de alto desempeño para aplicaciones demandantes [Usar]
8. Seleccionar concretos especiales apropiados para escenarios de construcción específicos [Evaluar]
9. Incorporar materiales cementantes suplementarios para optimizar el desempeño del concreto [Usar]
10. Analizar riesgos de durabilidad y especificar medidas de protección para estructuras de concreto [Evaluar]
11. Comparar los impactos ambientales y las huellas de carbono de diferentes formulaciones de concreto [Familiarizarse]

7.33.4.4. Metales Estructurales, Aleaciones e Ingeniería de la Corrosión (5 horas) [Habilidades ABET-1] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Callister and Rethwisch, 2020)

Temas

1. Composición, clasificación y designaciones de grados del acero
2. Propiedades mecánicas del acero estructural, incluyendo límite de fluencia y ductilidad
3. Procesos de tratamiento térmico y sus efectos en las propiedades del acero
4. Soldabilidad y comportamiento de conexiones en metales estructurales
5. Mecanismos de corrosión en estructuras metálicas
6. Aplicaciones de aceros de alta resistencia y aceros resistentes a la intemperie
7. Aleaciones de aluminio y sus aplicaciones estructurales
8. Comportamiento a fatiga y tenacidad a la fractura de los metales
9. Métodos de protección contra la corrosión, incluyendo recubrimientos y protección catódica
10. Selección de materiales para entornos corrosivos y de alta temperatura

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Identificar diferentes grados de acero y sus aplicaciones estructurales apropiadas [Familiarizarse]
2. Interpretar curvas esfuerzo-deformación y determinar las propiedades mecánicas de los metales [Evaluar]
3. Explicar cómo el tratamiento térmico afecta la microestructura y las propiedades del acero [Familiarizarse]
4. Evaluar la soldabilidad de los metales y especificar procedimientos de soldadura apropiados [Usar]
5. Describir la base electroquímica de la corrosión metálica [Familiarizarse]
6. Seleccionar acero de alta resistencia o resistente a la intemperie para requisitos estructurales específicos [Usar]
7. Comparar aleaciones de aluminio con el acero para aplicaciones estructurales ligeras [Evaluar]
8. Analizar escenarios de carga por fatiga y predecir la vida útil de componentes metálicos [Evaluar]
9. Diseñar sistemas de protección contra la corrosión para estructuras metálicas en ambientes agresivos [Usar]
10. Especificar materiales apropiados para estructuras expuestas a condiciones extremas [Evaluar]

7.33.4.5. Materiales Poliméricos, Compuestos y Sostenibles para la Construcción (4 horas) [Habilidades ABET-1] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Callister and Rethwisch, 2020)

Temas

1. Química de polímeros y clasificación de los polímeros de construcción
2. Comportamiento mecánico y térmico de los materiales poliméricos
3. Composites de polímero reforzado con fibra y sus aplicaciones estructurales
4. Adhesivos, selladores y materiales impermeabilizantes
5. Mecánica de materiales compuestos y teoría de láminas
6. Refuerzo y rehabilitación de estructuras de concreto y mampostería con PRF
7. Materiales de base biológica y reciclados para la construcción sostenible
8. Geopolímeros y sistemas aglutinantes alternativos
9. Degradación ambiental y desempeño a largo plazo de polímeros y composites

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Clasificar polímeros utilizados en la construcción y describir sus propiedades básicas [Familiarizarse]
2. Caracterizar el comportamiento mecánico y térmico de los materiales poliméricos [Evaluar]
3. Aplicar polímeros reforzados con fibra en aplicaciones de diseño estructural y rehabilitación [Usar]
4. Seleccionar adhesivos y selladores apropiados para aplicaciones específicas de construcción [Familiarizarse]
5. Analizar láminas compuestas utilizando la teoría clásica de laminación [Usar]
6. Diseñar sistemas de refuerzo con PRF para estructuras existentes de concreto o mampostería [Evaluar]
7. Evaluar la sostenibilidad y el desempeño del ciclo de vida de los materiales de construcción de base biológica [Evaluar]
8. Comparar aglutinantes geopoliméricos con sistemas tradicionales de cemento Portland [Familiarizarse]
9. Predecir la degradación a largo plazo de polímeros y composites bajo exposición ambiental [Usar]

7.33.4.6. Ensayos Normalizados, Control de Calidad y Análisis de Fallas (5 horas) [Habilidades ABET-6] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Neville, 2011)

Temas

1. Métodos de ensayo estándar para caracterización de materiales y ensayos de aceptación
2. Procedimientos de muestreo y selección de muestras representativas
3. Protocolos de control de calidad y aseguramiento de la calidad en la construcción
4. Análisis estadístico de datos de ensayos y criterios de aceptación
5. Métodos de ensayos no destructivos para materiales y estructuras
6. Técnicas avanzadas de caracterización de materiales, incluyendo microscopía y espectroscopia
7. Metodología de análisis de fallas e investigación de causa raíz
8. Ingeniería forense y evaluación de daños
9. Ensayos y enfoques de especificación basados en el desempeño
10. Requisitos de certificación, cumplimiento y ensayos de tercera parte

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Realizar ensayos estándar de materiales de acuerdo con las especificaciones ASTM o equivalentes [Usar]
2. Desarrollar planes de muestreo apropiados para la aceptación de materiales de construcción [Evaluar]
3. Implementar procedimientos de control de calidad para materiales y procesos de construcción [Usar]
4. Analizar datos de ensayos utilizando métodos estadísticos y establecer criterios de aceptación [Evaluar]
5. Aplicar técnicas de ensayos no destructivos para la evaluación in situ de materiales [Familiarizarse]
6. Utilizar técnicas de caracterización avanzada para investigar la microestructura de los materiales [Usar]
7. Conducir un análisis sistemático de fallas para determinar las causas raíz del deterioro de materiales [Evaluar]
8. Investigar fallas estructurales utilizando metodologías de ingeniería forense [Evaluar]
9. Diseñar protocolos de ensayo basados en el desempeño para materiales innovadores [Usar]
10. Interpretar requisitos de certificación y coordinar programas de ensayos de tercera parte [Familiarizarse]

7.33.4.7. Diseño de Estructuras de Mampostería (4 horas) [Habilidades ABET-2] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Drysdale and Hamid, 2008)

Temas

1. Materiales de mampostería, unidades y propiedades del mortero
2. Diseño de muros de mampostería no reforzada para compresión y flexión
3. Diseño y detalles de mampostería reforzada
4. Diseño sísmico de estructuras de mampostería y madera

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Identificar tipos de unidades de mampostería y especificar el mortero apropiado para aplicaciones [Familiarizarse]
2. Diseñar muros de mampostería no reforzada para cargas gravitacionales y laterales [Evaluar]
3. Dimensionar elementos de mampostería reforzada y especificar detalles del refuerzo [Usar]
4. Implementar disposiciones de diseño sísmico para edificios de mampostería y madera [Usar]

7.33.4.8. Diseño de Madera y Sistemas de Acero Liviano (6 horas) [Habilidades ABET-2] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Drysdale and Hamid, 2008)

Temas

1. Propiedades de la madera, clasificación y valores de diseño
2. Diseño de madera aserrada y madera laminada encolada
3. Conexiones de madera, incluyendo clavos, pernos y conectores metálicos
4. Elementos de acero conformado en frío y propiedades de sección
5. Sistemas de estructuras de acero liviano y su diseño
6. Productos de madera de ingeniería, incluyendo viguetas tipo I y madera compuesta estructural

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Seleccionar especies y grados de madera basándose en requisitos estructurales [Familiarizarse]
2. Diseñar vigas, columnas y elementos con carga combinada de madera [Evaluar]
3. Especificar conexiones de madera y calcular su capacidad [Usar]
4. Calcular propiedades efectivas de sección para elementos de acero conformado en frío [Evaluar]
5. Diseñar montantes de muro y vigas de piso de acero liviano [Usar]
6. Aplicar productos de madera de ingeniería en sistemas de piso y techo [Evaluar]

7.33.5. Referencias Bibliográficas ↑ Volver arriba

Neville, A. M. (2011). Properties of Concrete. Pearson, 5th edition.

Blondet, M., Garcia, G. V., and Brzev, S. (2003). Earthquake-resistant construction of adobe buildings: A tutorial. Technical report, EERI/IAEE World Housing Encyclopedia.

Callister, W. D. and Rethwisch, D. G. (2020). Materials Science and Engineering: An Introduction. Wiley, 10th edition.

Drysdale, R. G. and Hamid, A. A. (2008). Masonry Structures: Behavior and Design. Masonry Society, 3rd edition.