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Nanotecnología en la Construcción

Enviado por José Duchitanga



  1. Abstract
  2. Introducción
  3. La nanotecnología en la construcción
  4. Nanociencia y nanotecnología
  5. Los nanomateriales aplicados a la construcción
  6. Proyecciones de la nanotecnología
  7. Conclusiones
  8. Referencias

Abstract

la nanotecnología cuenta con varios usos, las cuales hace años atrás han revolucionado ciertas áreas de una forma espectacular, pero ahora se encuentra revolucionando el área de la construcción con la parición de nuevos materiales que cuentan con súper características, además en el presente documento examinaremos sus diversas aplicaciones en la industria de construcción y unas proyecciones que se espera teniendo grandes expectativas de la nanotecnología en el futuro.

El estudio de esta nueva tecnología nos ayudará a reducir los impactos ambientales que genera la industria de la Construcción, pero siempre teniendo en cuenta que esta tecnología no siempre presentará la reducción de toda la contaminación del ambiente, pero si será de gran ayuda.

Además la nanotecnología ya se viene empleando en la construcción, en la implementación de sensores en los edificios o puentes para detectar cualquier anomalía o deterioro, por lo que esta creada para desarrollar acero y hormigón más fuertes que los que conocemos.

Index Terms: Nanotecnología, Nanomateriales, construcción, .

Introducción

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.

La nanotecnología después de un gran progreso en otros sectores comienza a ingresar en el sector de la construcción especialmente en caminos y materiales de construcción.

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.

Uno de las expectativas de la nanotecnología en el área de la construcción es que se hará posible el cuidado de la calzada de las vías, volviéndose a componerse después de haberse generado una grieta u otro inconveniente en ésta, además pudiendo llegar a limpiarse cuando llegue a un cierto grado de suciedad limite.

La nanotecnología en la construcción

La nanotecnología se entiende el estudio, diseño, creación y aplicación de materiales a nano escala a través del control de la materia, reordenando los átomos y la estructura molecular.

Las nanotecnologías ofrecen un alto potencial para promover innovaciones radicales y de alto valor en la fabricación, propiedades y uso de los materiales de construcción [6]. La nanotecnología facilitará materiales más ligeros, resistentes, con menor impacto ambiental e incluso autoadaptables e inteligentes.

Es imprescindible que los materiales de construcción, y los sistemas constructivos derivados, cumplan con varias características como son: alta durabilidad y resistencia al deterioro, buen comportamiento mecánico, entre otras.

Además la nanotecnología en la construcción se refiere en ciertos aspectos como la modificación de pinturas y barnices con nanopartículas, el uso de aditivos para la optimización del rendimiento cemento-hormigón, nano compuestos poliméricos de arcilla para el reciclaje de PET, Pegamentos rápidos y activados a distancia basados en nanopartículas de ferrita, vidrios orgánicos como alternativa al vidrio común, entre otras.

Algunas de las líneas de investigación en este campo son:

  • Nanoaditivación de cemento y otros aglomerantes para obtener compuestos que descomponen los compuestos orgánicos volátiles, auto limpiables, antimicrobianos o para incorporar nano sensores que controlen el estado de las estructuras o la calidad del aire en el interior de los edificios.

  • Materiales aislantes avanzados basados en aerogeles, vidrios nano porosos o paneles aislados al vacío.

  • Vidrios especiales con propiedades de protección anti incendios, recubrimientos funcionales (por ejemplo filtradores de radiaciones)

  • Materiales autorreparables.

  • Materiales inteligentes que respondan a estímulos como la temperatura, la humedad, la tensión, etc.

Nanociencia y nanotecnología

En general, los conocimientos científicos relacionados con la Nanociencia son más extensos que los materiales, objetos o dispositivos, construidos mediante aplicación de la Nanotecnología. Sin embargo, es el término Nanotecnología el que ha ganado más adeptos, abarcando por lo general tanto el conjunto de conocimientos básicos, como el amplio abanico de aplicaciones reales o venideras; englobando por tanto las distintas ramas de las nanociencias y de las nanotecnologías.

De forma genérica, a las nanopartículas se les denomina igualmente nanomateriales. El interés de los nanomateriales se debe a que sus propiedades físicas y químicas pueden ser moduladas sistemáticamente por la variación del tamaño conforme a las leyes del escalamiento.

Los nanomateriales aplicados a la construcción

A través de la nanotecnología se pueden desarrollar materiales mucho más resistente que los convencionales. 

Caracterizados principalmente por contar con nuevas propiedades físicas y químicas obtenidas a escala nanométrica. Así, la resistencia, elasticidad, conductividad térmica, entre otras propiedades, se comportan de diferente modo y manera a cuando son sometidos a escala macroscópica.

De las características más importantes de los nanomateriales, sobresalen sus extraordinarias propiedades mecánicas [1].

En la actualidad ya existen nanomateriales o nanopartículas de TiO2 de especial relevancia para la industria de la Construcción. Su aplicación a los vidrios, ventanas y azulejos, permite limpiar, disolver y eliminar los gases tóxicos que contaminan el aire, al ser expuestos a rayos solares y a la lluvia. Cuando los rayos UV entran en contacto con el dióxido de titanio se produce una reacción catalítica que destruye las moléculas contaminantes [1].

APLICACIONES DE LA NANOTECNOLOGIA EN LA CONSTRUCCION

LA NANOTECNOLOGIA EN EL HORMIGON.

El 25% de los propietarios de estructuras de hormigón reparadas están insatisfechos con el resultado de dicha reparación y del resultado de los materiales de protección utilizados en los 5 años posteriores a la reparación; un 75% lo están durante los 10 años siguientes [3].

El propio hormigón -material de construcción tradicional, pero de micro estructura compleja- debe sus propiedades, en gran parte, al gel C-S-H de la matriz cementicia, que no deja de ser un material nano estructurado con propiedades modificadas por una red de poros y micro fisuras, cuyos tamaño pueden variar desde unos nanómetros hasta milímetros. El conocimiento de su nano estructura y las fases del gel permitirán abrir el abanico de productos derivados del cemento con propiedades multifuncionales [1].

La adición de nanopartículas al hormigón puede permitir controlar su porosidad.

Reforzando al hormigón con nanotubos de carbono puede incrementarse su resistencia y evitar la propagación de grietas.

Monografias.com

Imagen1 . Cemento reforzado con nanotubos de carbono que impiden la propagación de una grieta (micrografía adquirida con un microscopio electrónico de barrido) [4].

  • Nanotecnología: Mejorando la pasta de cemento

Existen muchos manera para explicar porqué el cemento tiene una resistencia a tracción baja.

  • Los puntos débiles en la capa de contacto entre el cemento y las cargas se conocen como efectos de transición [3].

  • Mejorando la calidad de las nanoestructuras de la pasta de cemento en las zonas de transición se mejora la resistencia a tracción y por consiguiente se reduce la fisuración [3].

Los aditivos de hormigones basados en policarboxilatos y sintetizados a partir de criterios nanotecnologicos han permitido desarrollar una nueva generación de aditivos superfluidificantes, sobre los que se pueden modificar adaptándose a cada tipo de cemento, en función de su composición y prestaciones esperadas del hormigón.

Los aditivos basados en policarboxilatos cuentan con la propiedad de configuración de las distintas partes funcionales de la molécula a cada una de las funciones que se desean en el hormigón.

Los policarboxilatos disponen de una estructura molecular soportada en una cadena principal, permitiendo estructurar sobre ella todo el resto de funcionalidades, grupos funcionales libres que permiten la interacción con el cemento, cadenas laterales, no necesariamente hidrocarbonadas, responsable de funcionalidades dispersantes, pudiendo adaptarse mediante nanotecnologia, adaptar estas cadenas a las funcionalidades específicas deseadas.

La terminación de la cadena lateral determinara el mecanismo de acercamiento de la molécula de agua al cemento, por lo que permite regular el proceso de hidratación y por tanto aportara las funcionalidades deseadas en cada momento.

Monografias.com

Imagen 2. Aditivos de hormigón. El empleo de este tipo de aditivos permite la introducción de cementos de mayor contenido de adición y menor finura sin afectar a las propiedades finales del producto y sin alterar su ritmo de producción [3].

MODIFICACION DE PINTURAS Y BARNICES CON NANOPARTICULAS.

La utilización de nanopartículas como aditivos tiene un gran potencial en el desarrollo tecnológico ya que estos aditivos aplicados en pequeñas porciones ayudan a mejorar de una manera significativa las propiedades finales de las pinturas y barnices.

La adición de partículas de ZnO mejora significativamente el comportamiento frente a la radiación ultravioleta del recubrimiento, mientras que la adición de alumina (Al2O3) y silice (SiO2) mejora el comportamiento frente a los rayados.

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Imagen 3. Ensayo de abrasión en seco (Byk-Chemie GmbH) [3].

Pinturas con propiedades de auto-limpieza y protección anti-grafiti ecológicas sin disolventes las cuales se secan en unos 3 segundos aproximadamente y que resultan ser mucho más económicas que las pinturas convencionales

PEGAMENTOS BASADOS EN NANOPARTÍCULAS

El uso de nanoparticulas de ferrita (oxido de hierro) en materiales adhesivos activados térmicamente permite iniciar a distancia el proceso de secado mediante la aplicación de un campo electromagnetico en el rango de las microondas-radiofrecuencia (1-10GHz). Además, al culminar el proceso de secado del adhesivo en escalas de tiempo mas reducidas que los procesos convencionales, se reduce el calentamiento indeseado de zonas adyacentes.

Las aplicaciones de esta clase de tecnología podría ser en todas aquellas en las que se desee pegar dos piezas reduciendo los calentamientos indeseados de las zonas adyacentes, calentando localmente el pegamento, además cuando se desea disminuir el tiempo de secado de un adhesivo, con lo que se reducen valiosamente los procesos necesarios para completar la soldadura de piezas.

Además las nano partículas absorben la radiación, calientan la matriz secando el pegamento.

Monografias.com

(Imagen 4: SusTech GmbH & Co. KG Darmstadt) [2].

NANOTUBOS DE CARBONO

Los "nanotubos de carbono", uno de los múltiples materiales creados por la nanotecnología, son el material más fuerte conocido por el hombre: mientras un cable de acero de alta resistencia de 0.56 milímetros de espesor puede soportar un peso de unos 102 Kg., un cable de nanotubos del mismo grosor puede soportar un peso de hasta 15.3 Toneladas.

Se consideran 100 veces más fuertes y resistentes que el acero, y su peso es 1/6 de su peso. Además, conducen la electricidad mejor que el cobre y son buenos conductores de calor.

Actualmente, todos los estudios de nanotecnología se enfocan en estos nanotubos [5].      

Monografias.com

Imagen 5. Nanotubos [5]

OTRAS APLIACIONES

  • Otro campo es el del acero para armaduras, modificado nano estructuralmente, con una resistencia a la corrosión similar a la de los aceros inoxidables, de menor costo y con propiedades mecánicas superiores a los aceros de alta resistencia [1].

  • En la domótica generará un gran desarrollo con los nuevos nano sensores embebidos en las estructuras, que permitirá una monitorización continua y diagnóstico de su estado, además de los beneficios por eficiencia energética.

  • Otra aplicación es las nanoestructuras activas que permitirán desarrollar cerámicas bioactivas, los cuales son materiales capaces de auto-repararse, como en el caso del asfalto y el propio hormigón, y materiales con memoria de forma.

  • Fachadas auto limpiantes como acabados invisibles para piezas de acero inoxidable que eliminan manchas o huellas en la superficie. Hay algunas fachadas que se limpian solas con la luz o la humedad reduciendo así costos notables en cuanto al mantenimiento.

  • Recubrimientos de grosor nanométrico que protegen el acero de la corrosión

  • Identificación y reparación automática de brechas o agujeros en el asfalto.

  • Sensores de vigilancia por si se presenta alguna anomalía o riesgo en las edificaciones.

  •  Auto arreglos de las barreras protectoras en las carreteras.

Proyecciones de la nanotecnología

Con el uso de esta revolución que es la nanotecnología tal vez veríamos ciudades con menos contaminantes, al producir la industria de la construcción menos desperdicio.

Por lo que en la medida en que los arquitectos se adentren en la investigación de materiales y, en especial, se interesen por la nanotecnología, podremos crear un nuevo y muy diferente concepto de arquitectura y de la edificación. La nanotecnología y la arquitectura son interdependientes y combinables. La nanotecnología ofrece soluciones prácticas y palpables a corto, mediano y largo plazo. La construcción del presente y futuro está en nuestras manos, en nuestra capacidad de asimilar y responder a los nuevos cambios mencionados. Busquemos especializarnos en la investigación de estos nuevos materiales nano tecnológicos.

El estudio de esta nueva tecnología permitirá reducir los impactos ambientales que genera la industria de la Construcción, dado que ésta es responsable, del 50% de los recursos naturales empleados y del 50% del total de los residuos generados, por lo que la nanotecnología contribuirá decididamente a la reducción del uso de los recursos naturales y consecuentemente a la de residuos generados a lo largo de su ciclo de vida, facilitando que los materiales de construcción del futuro tengan un perfil medioambiental preferente.

Esta aplicación de la nanotecnología a la construcción también sirve como una de las tecnologías claves para el desarrollo de una nueva capacidad tecnológica  y de mercadeo innovador.

Al combinar diferentes materiales de construcción con una serie de innovaciones, se puede promover tanto la plusvalía del producto como sus nuevas técnicas de utilización y estilo de construcción.

Conclusiones

El uso de la nanotecnología se ha extendido a diversas industrias incluyendo la de la construcción donde sus aplicaciones pueden ofrecer múltiples aplicaciones, variadas posibilidades de uso y una revolución en la construcción actual.

La nanotecnología ofrece un gran potencial para crear innovaciones radicales y de alto valor en la fabricación, propiedades y uso de los materiales de construcción, y la técnica de construcción.

La nanotecnología en el área de la construcción es una gran ayuda al medio ambiente ya que ayuda a la reducción del uso de recursos naturales y de residuos en la elaboración de nano materiales, sin embargo no quiere decir que esta tecnología sea completamente ecológica.

La nanotecnología involucra la aparición de nuevos materiales más ligeros, resistentes, con menor impacto ambiental e incluso autoadaptables e inteligentes, estos materiales pueden ser vidrios, hormigón, asfalto, materiales aislantes, entre otros.

Referencias

[1] http://www.revista-nanociencia.ece.buap.mx/5nr2/11Espana%20Nanotecnologia%20korrigiert%20bis%201111.pdf 14:34 pm 04/01/2012

[2]http://www.idepa.es/sites/web/EuropaI_D_i/Repositorios/galeria_descargas_EuropaI_D_i/Aplicaciones_industriales_09.pdf15:11pm 11/01/2012

[3] http://www.nanoaracat.com/BASF%20AINII.pdf 15:11pm 11/01/2012

[4] http://www.uclm.es/cr/EUP-ALMADEN/aaaeupa/boletin_informativo/pdf/boletines/7/NANOTECNOLOG%C3%8DA,%20ACTUALIDAD%20Y%20FUTURO.pdf 15:53 pm 12/01/2012

[5] http://www.fan.org.ar/documentos/presentacion.pdf 14: 45 pm 04/01/2012

[6] http://www.opti.org/publicaciones/pdf/resumen10.pdf 16: 00 pm /01/2012

 

 

Autor:

José Rafael Duchitanga González

Docente:

Ing. René Avila

Ecuador-Azuay-Cuenca


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