FACULTAD INGENIERIA
Carreras de Ingeniería Civil Ingeniería Informática y de Sistemas
INVESTIGACION Y APLICACIÓN DE LOS NANOTUBOS N ANOTUBOS DE CARBONO CARBONO EN LAS ESTRUCTURAS DE LAS CONTRUCCIONES EN LIMA BENJAMIN DELGADO CRUZ RENZO RAFAEL PINEDO LAZO Asesor: Dr. Hernán Alfonso Arteta Huerta Lima – Perú Perú 2017
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Contenido CARATULA…………………………………………………………………I DEDIC ATORIA……………………………………………………………..II AGRADECIMIENTO…………………………………………….…………III RESUMEN…………………………………………………………………..IV ABSTRACT……………………………………………………………….…V INDICE DE CONTENIDO…………………………..…...………….…… INTRODUCCIÓN…………………………………………………………...VI Capítulo I: Problema de investigación...................................................9 1.1 Planteamiento del problema........................................................... 9 1.1.1. Contextualización. ...............................................................10 1.1.2. Factibilidad. .........................................................................11 1.2 Formulación del problema..............................................................12 1.2.1. Problema General. ...............................................................12 1.2.2. Problemas Específicos..........................................................12 1.3. Justificación de la investigación.....................................................12 1.3.1. Relevancia teórica...............................................................12 1.3.2. Relevancia práctica. ............................................................13 1.3.3. Relevancia social. ...............................................................13 Capítulo II: Marco Referencial.............................. ....................... ....... 14 2.1. Marco Referencial/ Antecedentes...................................................14 2.1.1. Antecedentes Nacionales e Internacionales………………..14 2.2. Marco Teórico........................................................................... …..16 2.3. Marco Conceptual............................................................................17 Capítulo III: Objetivos e hipótesis...........................................................23
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3.1. Objetivos......................................................................................23 3.1.1. Objetivo general. .................................................................23 3.1.2. Objetivos específicos. ..........................................................23 3.2. Hipótesis.................................................................................... …23 3.2.1. Hipótesis general....................................................................23 3.2.2. Hipótesis específicas. ............................................................23 3.3. Sistema de variables.................................................................. ….24 3.3.3. Operacionalización de las Variables.......................................24 Capítulo IV: Tipo y diseño de investigación............................................ 25 4.1. Método de investigación……………………………………………….25 4.2. Tipo de investigación...................................................................... 25 4.3. Diseño de investigación..................................................................25 4.4. Participantes................................................................................. .26 4.4.1. Población. .............................................................................27 4.4.2. Muestra..................................................................................27 4.4.3 Muestreo…………………………………………………………27 4.4.3.1. Criterio de inclusión……………………………….…..27
umento…………………………………………………………….28 4.5. Instr umento…………………………………………………………….28 ANEXOS……………………………………………………………….…... 30
BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………..………33
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DEDICATORIA Dedico esta tesis A. DIOS, a Santo Tomás de Aquino, patrono de los estudiantes y a la virgen María, quienes inspiraron mi espíritu para la conclusión de esta tesis en investigación. A mis padres quienes me dieron la vida, educación, apoyo y consejo, A mis compañeros de estudio a mis maestros y amigos, quienes sin su ayuda nunca hubiera podido hacer esta tesis. A todos ellos se los agradezco desde el fondo de mi corazón alma. Para todos ellos hago esta dedicación.
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AGRADECIMIENTO Este presente trabajo agradecemos a nuestros padres y familiares porque nos brindaron su apoyo tanto moral y económicamente para seguir estudiando y lograr el objetivo trazado para un futuro mejor, y ser el orgullo para ellos y de toda la familia A la Universidad San Ignacio de sabiduría, ciencia
Loyola, alma mater de la
y la tecnología porque nos está formando
emprendedores y capaces de triunfar en todo los ámbitos De igual manera a mis queridos formadores en especial nuestro Asesor quienes guiaron para hacer este presente trabajo Gracias
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RESUMEN El nacimiento de la tecnología es la creación en base a nuestras necesidades, ya que esta surge como una manera clara de superarse, perfeccionarse, analizarse, para el desarrollo y la evolución del ser humano. En la actualidad existen innumerables avances tecnológicos que han permitido un mejor desarrollo. La tecnología hoy en día es beneficiosa y necesaria para la vida diaria de las personas, gracias a toda esta tecnología el ser humano tiene una vida llena de comodidad. Tras los Nuevos y revolucionarios descubrimientos científicos-tecnológicos, el acceso a las posibilidades del avance y expansión brindan una esperanza a la evolución del conocimiento humano. En esta oportunidad vamos a presentar este trabajo sobre los nanotubos de carbono el cual es un material novedoso con una gran multiplicidad de propiedades. A continuación, vamos a mostrar las características, composición y el uso del nanotubo de carbono lo cual en el desarrollo de la investigación analizamos cuidadosamente lo cual su utilidad y aplicación en la estructuras
en zonas críticas que reforzara la durabilidad de la
estructura armada teniendo un aspecto niveles de las
más
ligero y resistente
en todo los
estructuras mayormente el nanotubo de carbono esta compuesto
por carbono y su miniatura ha eso por el grafeno y un conjunto de enrollados conforma un nanotubos de carbono y también
grafenos
analizaremos los efectos
que como material tendrá en el impacto ambiental y social que hoy en día está
en
proceso de investigación lo cual podría revolucionar de manera tracen dental en todo las construcciones
o edificaciones utilizando todo el armado de solo piezas de
nanotubos de carbono también sería más resistente a los sismos y a todos los fenómenos que suscitarían
hoy en día, también las teorías mencionados vemos
la aplicación que daría en todo
los prototipos de la construcción
que hoy en día
están en proceso de investigación lo cual para nuestra investigación se tomó en cuenta las
dados encontrados guiándonos por artículos y algunos tesis, también
analizamos el lugar de construcción para su construcción ya que
el nuestra capital de lima la cual es accesible
el suelo
está formado por granulares gruesos; son
sedimentarios, de aspecto uniforme, que pueden clasificarse como conglomerado de canto rodado, gravas, arenas y limos íntimamente mezclados, en su totalidad ígneos, que pertenecen al gran cono de deyección del río Rímac, formado por material de acarreo en un tiempo geológico
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ABSTRACT The birth of technology is creation based on our needs, as it emerges as a clear way to overcome, improve, analyze, for the development and evolution of the human being. At present there are innumerable technological advances that have allowed a better development. Technology today is beneficial and necessary for the daily life of people, thanks to all this technology the human being has a life full of comfort. After the New and revolutionary scientific-technological discoveries, access to the possibilities of advancement and expansion gives hope to the evolution of human knowledge. In this opportunity we are going to present this work on the carbon nanotubes which is a novel material with a great multiplicity of properties. Next, we will show the characteristics, composition and use of the carbon nanotube which in the development of the research we carefully analyze what its usefulness and application in the structures in critical areas that reinforce the durability of the armed structure having an aspect Lighter and more resistant at all levels of structures, the carbon nanotube is composed of carbon and its miniature is that for graphene and a set of graphene coils forms a carbon nanotube and also analyze the effects that as material will have on the Environmental and social impact that today is in the process of research which could revolutionize dental traces in all constructions or buildings using all the assembly of single pieces of carbon nanotubes would also be more re Sisting to the earthquakes and all the phenomena that would arise today, also the aforementioned theories we see the application that would give in all the prototypes of the construction that today are in process of investigation which for our investigation took into account the data Found guiding us by articles and some theses, we also analyze the place of construction our lime capital which is accessible for its construction since the ground is formed by thick granular; Are sedimentary, of uniform aspect, that can be classified as conglomerate of rolled boulder, gravels, sands and silts intimately mixed, entirely igneous, that belong to the great cone of ejection of the river Rímac, formed by material of carry in a geological time
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INTRODUCCIÓN Los nanotubos de carbono , similares a pequeñas láminas de grafito enrolladas con diámetros manométricos y longitudes de orden de las micras, son materiales únicos con propiedades mecánicas, eléctricas, ópticas, térmicas y químicas excepcionales que lo hacen aptos para mejoras números productos ya existentes generar generar otros nuevos los
e incluso para
nanotubos de carbón de pared simple están
constituidos por átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal cilíndrica, de forma que su estructura en la misma que se obtendría si se enrollara sobre su misma una lámina de grafito. Sus extremos pueden estar cerrados por media esfera de fureleno o pueden estar abiertos que hoy en día en los últimos tiempos cambiara la vivencia del ser humano. El nacimiento de la tecnología es la creación en base a nuestras necesidades, ya que esta surge como una manera clara de superarse, perfeccionarse, analizarse, para el desarrollo y la evolución del ser humano. En la actualidad existen innumerables avances tecnológicos que han permitido un mejor desarrollo. La tecnología hoy en día es beneficiosa y necesaria para la vida diaria de las personas, gracias a toda esta tecnología el ser humano tiene una vida llena de comodidad. Tras los Nuevos y revolucionarios descubrimientos científicos-tecnológicos, el acceso a las posibilidades del avance y expansión brindan una esperanza a la evolución del conocimiento humano. En esta oportunidad vamos a presentar este trabajo sobre los nanotubos de carbono el cual es un material novedoso con una gran multiplicidad de propiedades. A continuación, vamos a mostrar las características, composición y el uso del nanotubo de carbono lo cual en el desarrollo de la investigación analizamos cuidadosamente lo cual su utilidad y aplicación en la estructuras en zonas críticas que reforzara la durabilidad de la estructura armada teniendo un aspecto más ligero y resistente en todo los niveles de las
estructuras mayormente el nanotubo de carbono esta compuesto
por carbono y su miniatura ha eso por el grafeno y un conjunto de enrollados conforma un nanotubos de carbono y también
grafenos
analizaremos los efectos
que como material tendrá en el impacto ambiental y social que hoy en día está
en
proceso de investigación lo cual podría revolucionar de manera tracen dental en todo las construcciones
o edificaciones utilizando todo el armado de solo piezas de
nanotubos de carbono también sería más resistente a los sismos y a todos los fenómenos que suscitarían
hoy en día, también las teorías mencionados vemos
la aplicación que daría en todo los prototipos de la construcción 8
Capítulo I: Problema de Investigación 1.1. Planteamiento del problema La búsqueda constante de nuevas tecnologías aplicadas a las mejora del concreto, como es el caso de los nanotubos de carbono, ha creado la necesidad de investigar, acerca de este tema y los avances que se han realizado, de igual manera identificar tanto las que ya se comercializan como aquellas que sólo existen a modo de investigación científica, así como detectar empresas y centros de investigación involucrados en su desarrollo a nivel mundial. De esta manera se hace importante recopilar información y entender la aplicación de estos elementos, a través del historial de empresas y/o grupos de investigación donde los nanotubos de carbono se presentan como una interesante alternativa para los fabricantes de multitud de productos, irrumpiendo en el mercado como una nueva e innovadora tecnología, con prestaciones inimaginables hasta ahora. Si bien los beneficios de los nanotubos de carbono, son diversos, y especialmente en su aplicación al concreto, donde el poder manipular la estructura molecular del cemento e incluir los nanotubos generaría propiedades físicas y mecánicas más optimas en el cemento, mejorando su durabilidad, resistencia, flexibilidad y rigidez y por ende un mejor producto. Optimizando las condiciones del cemento en estructuras bajo agua, control de porosidad y la propagación de grietas. Bajo estas premisas este proyecto busca indagar ¿Qué investigaciones se han realizado usando nanotubos de carbono para mejorar las propiedades de las estructuras de las construcciones de lima? También
busca
incrementar la
durabilidad en las estructuras que tengas más resistencia lo cual beneficiara progresivamente en nuestro país
utilizando nuevos materiales para las
construcción en todo lo ámbitos lo que se busca es mayor seguridad para evitar daños a las estructuras diseñadas con los materiales de nanotubos de carbono. En todo
las estructuras
lo cual ayudara en las zonas críticas dando una
durabilidad más resistente, también los estudios realizados en nuestra capital de lima la cual es accesible para su construcción ya que el suelo está formado por granulares gruesos; son sedimentarios, de aspecto uniforme, que pueden 9
clasificarse como conglomerado de canto rodado, gravas, arenas y limos íntimamente mezclados, en su totalidad ígneos, que pertenecen al gran cono de deyección del río Rímac, formado por material de acarreo en un tiempo geológico en todo el capital de lima.
1.1.1. Contextualización. Desde que se conoció la existencia de los nanotubos de carbono se han descubierto sus interesantes propiedades y éstas han abierto un mundo de posibles aplicaciones en las que continuamente se consiguen importantes progresos. Existe actualmente un enorme interés sobre este tema en la comunidad científica que trabaja en el área de nanotecnología. Numerosas empresas también observan con atención los avances científicos que se producen por las ventajas competitivas y económicas que supondría la incorporación de nanotubos de carbono en el desarrollo de sus productos. Los nanotubos de carbono sucintan nuevas ideas con lo son la implementación en el concreto pues es necesario mejorar muchas de la patologías presentes cono lo son agrietamientos, mejoras en la capacidad a tensión y demás. En Perú el tema de la nanotecnología ha sido poco explorada debido a distintos ámbitos que no le permiten un amplio desarrollo, pero los centros de investigación acerca de esta nuevo material y sus aplicaciones se encuentran en distintos lugares del mundo, por ello es importante realizar una investigación sobre el uso de los nanotubos de carbono en las mejoras de las propiedades de las estructuras
con el fin de conocerlos y
posteriormente difundirlos a nuestro país y de esta manera crear la necesidad de su implementación y aplicación. Los nanotubos de carbono mayormente aumentan la resistencia de los materiales de la construcción, las infraestructuras viales sufren un continuo desgaste en sus materiales por la condición meteorología y el trafico los cual la incorporación de los nanotubos de carbono a la construcción de obra 10
civil priorizara que los materiales sean mas resistentes y duraderas y controlable de forma remota. Estas estructuras multiplican la capacidad resistente de los materiales de construcción hasta 50 veces los cual se denominaran estructuras inteligentes.
1.1.2. Factibilidad. La información sobre los nanotubos de carbono si es confiable ya que nos brinda mayor énfasis en su estudio. ya que los nanotubos de carbono estas siendo ampliamente estudiados por sus propiedades , por ejemplo es el primer material
conocido por la humanidad capaz, en teoría
indefinidamente su propio peso suspendido
sobre
nuestro planeta
teóricamente permitiría construir estructuras resistentes utilizando en el concreto armado los nanotubos de carbono. Los nanotubos de carbono se caracteriza por tener propiedades eléctricas son, sorprendentes , las propiedades mecánicas pueden llegar a serlo aún más la estabilidad y robustez de los enlaces entre los átomos de carbono los nanotubos de carbono promete soluciones nuevas expectativas, y más eficientes para los problemas , ya que es tema a investigar es de gran importancia , y me siento motivado e inspirado este material hasta encontrar soluciones
con respecto a
y dar uso de aplicaciones en
nuestro capital de lima. Los recursos sobre la investigación realizado tengo el apoyo de profesores, amigos, ya que los nanotubos de carbonos tienes mucha relevancia a utilizarse en la estructuras con mayor resistencia a los fenómenos y sismos también mucha información relacionado con los nanotubos de carbono La tecnología hoy en día es beneficiosa y necesaria para la vida diaria de las personas, gracias a toda esta tecnología el ser humano tiene una vida llena de comodidad. Tras los
Nuevos y revolucionarios
descubrimientos científicos-tecnológicos, el acceso a las posibilidades del avance y expansión brindan una esperanza a la evolución del conocimiento humano. En esta oportunidad vamos a presentar este trabajo sobre los nanotubos de carbono el cual es un material novedoso con una gran 11
multiplicidad de propiedades en todo su comportamiento de este material que está revolucionando realizada
tendrá aspectos
en todo el mundo y
esta investigación
positivos en todo sus aplicaciones que
ya están en proyecto lo cual será un material ligero y resistente.
1.2. Formulación del problema. 1.2.1. Problema general ¿Cuál es la influencia negativa y positiva que tiene la investigación y aplicación de los
nanotubos de carbono en las estructuras de las
construcciones en Lima?
1.2.2. Problemas específicos
¿Comparar y analizar qué efecto positivo tiene la investigación y aplicación de los nanotubos de carbono en las estructuras de las construcciones en Lima?
¿Comparar y analizar que comportamiento negativa tiene la investigación y aplicación de los nanotubos de carbono en las estructuras de las construcciones en Lima?
1.3. Justificación de la investigación 1.3.1. Relevancia teórica Los nanotubos de carbono es una material que permite trabajar y manipular las estructuras desde su nivel molecular. De esta manera demostrar propiedades nuevas y poder utilizar para crear nuevos sistemas con gran novedades encontradas. La tendencia que está creando este nuevo material, se está viendo desde hace años tanto en la inversión como en el campo de acción en el cual se está aplicando de manera explícita porque es un material altamente resistente y una durabilidad cien veces más que el acero lo cual se
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reforzara en zonas críticas de las estructuras para su resistencia de cargas vivas en todo los niveles de diseño.
1.3.2. Relevancia practica El uso de este tipo de estructuras, será cuestionado por distintos tipos de suelo que se encuentran en nuestro capital, así como las placas geográficas sobre las cuales sitúan nuestro país. Como lograr que este nuevo material sea aceptado, o ejecutado es dar como ejemplos los casos viables y actuales que están siendo contemplados en las provincias de china o en las inversiones de USA. Los beneficios vistos en distintos nano materiales, con diferentes propiedades, dar un portafolio mayor de posibilidad para formar una estructura de rigidez considerable. Los nanotubos de carbono, en esta ocasión como un ejemplo, pueden ser usados para la creación de paredes para ampliar la cartera de resistencia a baja y alta presión.
1.3.3. Relevancia social Los múltiples beneficios que está brindando los nanos materiales se ve reflejado en la industria, al ofrecer un mejor nivel de precisión y al ver como este nuevo producto base se está siendo utilizado se habla de una nueva solución “inteligente”. Los nuevos planes,
impuestos que se están dando
en la actualidad diversas creaciones de nano materiales. En este caso ocasional el contexto al cual estamos visualizando nuestro proyecto es a la construcción y como ámbito puede mejorar y facilitar la vida de las personas tanto las que trabajan en el proyecto al brindarles una material más amable y fácil, como a las personas que usarían este tipo de construcciones al brindar mayor seguridad, resistencia y utilidad a largo plazo mostrándole una alta gama de utilidad en todo los aspectos de la construcción y brindando a la sociedad que es un material altamente resistente y durable sin que nada lo afecte ya que en nuestro capital de lima
necesitamos estructuras resistentes
al sismo y a los fenómenos
que suscitan en nuestro capital así evitar tragedias inesperadas. 13
Capitulo II: Marco Referencial 2.1.
Marco Referencial/ Antecedentes 2.1.1. Tesis y artículos nacionales Beltrán, R. (2015). Aplicación de un diseño experimental factorial en el estudio de la adsorción de fenol y nitrofenoles con Nanofibras de carbono. Lima, Perú: Pontificia Universidad Católica del Perú. Que tuvo como objetico estudiar la adsorción de distintos fenoles a través de Nanofibras de carbono aplicando distintos métodos para poder estudiar los distintos efectos que tienen. Se trabajó y aplico la metodología Box-Wilson para ajustar, mediante equilibrios, los resultados que conllevarían a la conclusión de que las funciones de las selecciones de variabilidad tienen la posibilidad de hacer uso útil de las funciones de la Nanofibras para este proceso de adsorción, el cual también ayudaría como funcionalidad para un futuro proyecto nuestro. Zarate, J. (22 de Noviembre del 2014). Entre la incertidumbre y el individualismo. Ética científica de la adversidad y nanotecnología en el Perú. Número 40, pp. 149-167. La coyuntura existente en el país hace tanto que las instituciones aporten y creen demanda por inversión de nanotecnología, pero a su vez la precariedad existente lo retrasa, a pesar de dichos problemas se pueden desarrollar tecnologías que apreciando los problemas existentes en el país lo resuelvan de forma más directa y consistente. En conclusión el ambiente que se anda creando sobre los canales de creación, mejora y fortalece la idea que indagar no está lejos, pero que el déficit en infraestructura científica nos retrasa a comparación de otros países por lo cual nos debemos centrar en tecnologías ya utilizadas y creadas en el extranjero
2.1.2. Tesis y artículos Extranjeros Rojas, J. y Landuro, C. (Julio-Diciembre de 2011). El reto de la divulgación y la formación en nano ciencia y nanotecnología en Perú. 14
Volumen 4, Número 2, p. 2. Ciudad de México, México: Universidad Nacional Autónoma de México. Este articulo nos muestra el centralismo del uso de la nanotecnología ya implementada en algunos lugares del Perú, y que su uso de forma efectiva, tanto de nanociencia como de nanotecnología es posible, a pesar que diverja del anterior autor, puesto que no se dice que hay una masificación nacional o producción de nanociencia nacional, si no que la implementación de corto plazo está funcionando, y que está a pesar que este corriendo debe tomar pasos para desarrollar el área. En conclusión el desarrollo dedica tiempo y mediante la incubación que se está dando, pero con baja investigación, se da de a pocos, lo recomendable es articular estrategias, para consolidar la nueva idea y romper paradigmas existentes actualmente, que retrasan este tipo de avance.
Merino, N. (2010). Fabricación y Caracterización de materiales compuestos de matriz metálica reforzados con Nanofibras de carbono. Madrid, España: Universidad Complutense de Madrid. Con la finalidad de obtener materiales reforzados se buscó condiciones óptimas y se confirmó que los materiales de nanotecnología tenían propiedades superiores pero a un costo más elevado, los procesos de fabricación dejaban en jaque la viabilidad del proyecto de uso de estos materiales, pero en el trabajo abordan 3 técnicas para investigar si es que permiten modificar distintos materiales con la finalidad de parecer nanotecnología. Se puede decir que los distintos materiales que fueron recubiertos no tuvieron un impacto tan positivo pudieron lograr parecidos a algunos, en conclusión nos dice que las propiedades únicas de las nanotecnologías deben ser aprovechadas en cada sentido.
Díaz, A. (2009). Metodología para el desarrollo de dispositivos médicos basados en el empleo de polímeros activos como sensores y actuadores. Madrid, España: Universidad Politécnica de Madrid. Enfocado en la 15
industria médica esta tesis nos muestra el nivel en el cual se encuentra más favorecido debido a progreso, técnicas nuevas, mejor empleabilidad entre otros. Muestra de la misma manera que estos tipos de materiales han permitido integrar nuevas funciones y ligereza en métodos que pueden ahora diseñarse o modificarse. De esta manera se puede concluir que así como en el ámbito médico la nanotecnología tuvo un gran impacto, debido al mejor manejo y nuevas funciones, de la misma manera puede hacerse en el ámbito construcción ya que este puede presentar igual de progreso en situaciones que requieran ingenio para la resolución de problemas al momento.
2.2. Marco Teórico
Teoría de los nanotubos como servicio para el ciudadano Desde 1990 cuando Alemania y USA comenzaron a investigar y experimentar con los temas relacionados a nanotubos y su implementación. Se terminó componiendo diferentes láminas con niveles que aplicaban teorías de resistencia, durabilidad, seguridad, entre otros, que constituían el significado de nueva industria. Los textos crean e imaginan unas creaciones para fortalecer una de sus especificaciones correlacionándola con el servicio social. La finalidad en general, se comprenderá y encontrara en el resultante que llegaría a tener.
Teoría de la nanotecnología en la construcción Así como se comenzó en la medicina desde hace unos años muy prudentes, el proceso se definió básicamente y simplificado y para aplicar en cualquier aspecto de la vida normal, así se llega al punto que interesa como noticia a los lectores y se use como retroalimentación para mejorar el proceso. Posteriormente crear y utilizar no solamente nanotubos de carbono si no también utilización de otros materiales. Creando así más espacio a la solución nueva de los problemas posibles que puedan surgir. 16
Teoría de la mejora de nanotubos Los nanotubos de carbono fue usada en el siglo pasado pero seguirá siendo un muy buen punto de inicio e implementación de tecnología, pero así como esta tecnología fue y es el hito, así formo un nuevo camino hacia nuevas implementaciones. Los nuevos materiales pueden ser que lleguen a ser más resistentes que el carbono, pero todo es dependiente de prueba y de mayor investigación.
Teoría de las propiedades de los materiales El intervalo de rango de propiedades las exploraciones aún están en proceso y permite una creación no solamente para edificios, como es el ejemplo de propiedades ópticas en estos, que emitan luz a través de los nanotubos al ser estos más pequeños que una onda de luz, y emitan luz láser. Los electrones que se propagan hacen transiciones que emiten y reflejan fotones e involucran una ciencia no tan indiferente como se cree, ya que envuelve a la física cuántica y apertura un bosque nuevo de probabilidades de seguir encontrando más y más propiedades.
2.3. Marco Conceptual Según las teorías mencionadas podemos aclarar que los nanotubos de carbono Desde su descubrimiento ha habido un enorme interés en optimizar la síntesis de estos nanotubos de carbono y aplicar sus propiedades en nanotecnología y en ciencia de materiales en general. Entre las propiedades de los nanotubos que más destacan se encuentran su elevado módulo de Young que hace que estos materiales se encuentren entre los materiales más elásticos conocidos con una constante de elasticidad seis veces superior a la del acero de altas prestaciones y su resistencia a la tracción que puede alcanzar más de diez veces la de las fibras más resistentes como el Kevlar. Esta propiedad de sufrir deformación y estiramiento sin rotura ha hecho que los nanotubos de carbono encuentren aplicación como puntas de microscopio de Fuerza atómica y de efecto túnel, con resolución casi atómica donde 17
se requiere que el cabezal de lectura recorra la superficie de la cual se pretende obtener el mapa atómico sin que sufra ruptura durante el barrido
Síntesis de nanotubos de carbono Los nanotubos de carbono se pueden preparar por diferentes métodos (vaporización de grafito por pulsos de láser, descarga por arco eléctrico en electrodos de grafito, pirolisis y alta presión de CO) siendo uno de los más generales la pirolisis a temperaturas superiores a 700ºC de un compuesto orgánico adecuado en presencia de un catalizador constituido comúnmente por nano partículas de aleaciones metálicas de Fe/Co, Co/Ni o Fe/Mo. En este caso se ha propuesto que el nanotubo crece a partir de la nano partícula metálica que actúa de catalizador siguiendo la dirección de la corriente gaseosa del precursor de una forma semejante a un cometa, donde el núcleo del cometa equivaldría a la partícula del catalizador metálico y la “cabellera” del cometa correspondería
al nanotubo en crecimiento. De los estudios llevados a cabo se ha propuesto que el tamaño y la composición de la nano partícula metálica junto con la naturaleza del compuesto orgánico precursor y la temperatura de pirolisis son los principales parámetros que determinan la formación y el diámetro de los SWNT y el rendimiento que se obtiene de los mismos. En general, parece que tamaños de partícula elevados dan lugar a nanotubos de pared múltiple y a otros materiales carbonásemos (amorfos o estructurados) diferentes de los SWNT caracterizados por tener una única pared de grafeno. En el presente trabajo se han utilizado muestras comerciales de nanotubos de carbono preparados por el método donde el precursor de carbono es CO que junto con un catalizador en fase gaseosa forma SWNT de pared sencilla y gran pureza. El origen y el método de preparación de los SWNT determinan que el “crudo” de este material
contenga una proporción variable de nano partículas metálicas, que son las que han actuado como catalizador, junto con carbón amorfo y nanotubos de pared única. En el caso de nuestro material, alrededor del 70% de la masa del material corresponde a comercial SWNT, siendo el resto del material fundamentalmente partículas de catalizador aglomerado en todo proporciona mayor resistencia
sus fibras
que eso lo
para su durabilidad de este material con
diferentes aspectos positivos que influyen en el uso y desarrollo basado en diversos investigación que para ver sus
hemos realizado este trabajo de manera concisa
propiedades corporativas y de carácter primordial para las 18
estructuras de las futuras generaciones natural
y así evitando cualquier desastre
en nuestro capital de lima. Tabla 2.3 propiedades comparativas SWNT
PROPIEDAD
NANOTUBOS
E N COMPARACI ÓN
Densidad
1.33 a 1.44 g/cm3
El aluminio: 2.7 g/cm3
Resistencia a la tracción
9
Aleaciones de acero de alta resistencia < 2x10 9 pascal
Elasticidad
Capacidad de transporte de corriente
Emisión de campo
Transmisión de calor Estabilidad térmica
45x10 pascal
Se pueden doblar Los metales y las fibras de hasta grandes carbono se rompen o no ángulos y recuperan su forma recuperarse sin original tan rápidamente. sufrir daño. Estimada en 10 9 A/cm2
Los hilos de cobre se funden a un millón de A/cm2 aproximadamente.
Pueden activar fósforos a un voltaje Las puntas de molibdeno de 1 a 3 V con una necesitan campos de 50 a micra de separación 100 V por micra y tienen períodos de vida muy entre limitados. electrodos 6000 W/m-ºK
El diamante casi puro transmite 3320 W/m-ºK.
Estables hasta Los filamentos metálicos 2800ºC en vacío, 750 en microchips se funden ºC en el aire. de 600 a 1000 ºC.
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Palabras clave
Nanomateriales: Son un producto nanotecnológico de creciente importancia. Contienen nano partículas, de un tamaño que no supera los 100
nanómetros
al
menos
en
una
dimensión.
Los
nano
materiales empiezan a utilizarse en campos como el sanitario, la electrónica y la cosmética, entre otros.
Nanotubos de carbono: Los nanotubos de carbón son las fibras más fuertes que se conocen. Un solo nanotubo perfecto es de 10 a 100 veces más fuerte que el acero por peso de unidad y posees propiedades eléctricas muy interesantes.
Pirolisis: es la descomposición química de materia orgánica y todo tipo de materiales, excepto metales y vidrios, causada por el calentamiento a altas temperaturas en ausencia de oxígeno (y de cualquier halógeno).
Temperatura : es una magnitud física que indica la intensidad de calor o frío de un cuerpo, de un objeto o del medio ambiente, en general, medido por un termómetro. El concepto de calor está asociado con una temperatura más alta, mientras que el término frío se asocia con una temperatura más baja.
Transmisión: la física estudia como la transmisión de fuerzas en los cuerpos sólidos.
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Estabilidad: Propiedad de un cuerpo de mantenerse en equilibrio estable o de volver a dicho estado tras sufrir una perturbación.
Alotropía-Alótropo: Es la propiedad de algunas sustancias simples de poseer estructuras moleculares diferentes. Las moléculas formadas por un solo elemento y que poseen distinta estructura molecular se llaman alótropo.
Teselado hexagonal: Hacen referencia a una regularidad o patrón de figuras que recubren o pavimentan completamente una superficie plana en este caso hexagonal (6 lados).
Hibridación: Se conoce como hibridación a la interacción de orbitales atómicos dentro de un átomo para formar nuevos orbitales híbridos
Andréy Geim: Un físico ruso, conocido sobre todo por su trabajo sobre el grafeno, el desarrollo de la cinta de geco y demostraciones de levitación diamagnética. El 5 de octubre de 2010, fue galardonado con el Premio Nobel de Física junto con Konstantín Novosiólov. Previamente, en el año 2000 ganó un Ig Nobel por conseguir hacer levitar una rana con imanes.3 Convirtiéndose en la primera persona en ganar un Premio Nobel y un premio Ig Nobel.
Konstantín Serguéievich Novosiólov: Sir Konstantín Serguéievich Novosiólov (Nizhny Tagil, URSS, 23 de agosto de1974) es un físico ruso-británico conocido por sus trabajos sobre el grafeno junto con Andréy Gueim, por los cuales recibieron el Premio Nobel de Física en 2010. Es miembro del grupo de trabajo de mesoscópica de la Universidad de Mánchester como investigador de la Royal Society.
Orbitales moleculares: Los orbitales moleculares son regiones del espacio que contienen la densidad electrónica definida por (funciones
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matemáticas) que describen el comportamiento ondulatorio que pueden tener los electrones en las moléculas.
Grafito: Es una de las formas alotrópicas en las que se puede presentar el carbono junto al diamante, los fulerenos, losnanotubos y el grafeno .
Fuerzas de Van der Waals: En fisicoquímica, las fuerzas de Van der Waals o interacciones de Van der Waals, son las fuerzas atractivas o repulsivas entre moléculas (o entre partes de una misma molécula) distintas a aquellas debidas a un enlace intermolecular (Enlace iónico, Enlace metálico y enlace covalente de tipo reticular) o a la interacción electrostática de iones con otros o con moléculas neutras.
Nanotubo: En química, se denominan nanotubos a estructuras tubulares (cilíndricas), cuyo diámetro es del tamaño del nanómetro. Existen nanotubos de muchos materiales, tales como silicio o nitruro de boro pero, generalmente, el término se aplica a los nanotubos de carbono.
Fulerenos o Fullerenos: Un fulereno es una molécula compuesta por carbono que puede adoptar una forma geométrica que recuerda a una esfera, un elipsoide, un tubo (llamado nanotubo) o un anillo. Los fullerenos son similares al grafito, compuesto de hojas de anillos hexagonales enlazadas, pero conteniendo anillos pentagonales y a veces heptagonales, lo que impide que la hoja sea plana. Los fullerenos son la tercera forma molecular estable conocida de carbono, tras el grafito y el diamante.
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Capitulo III: Objetivos e hipótesis 3.1. Objetivos 3.1.1. Objetivo general Establecer la relación que existe entre la investigación y aplicación de los nanotubos de carbono en las estructuras de las construcciones en Lima
3.1.2. Objetivos específicos Determinar la utilidad que existe entre la investigación y aplicación de los nanotubos de carbono en las estructuras de las construcciones en Lima Determinar el efecto y variedad que existe entre la investigación y aplicación de los nanotubos de carbono en las estructuras en Lima
3.2. Hipótesis 3.2.1. Hipótesis general Existe una relación significativa entre la investigación y aplicación de los nanotubos de carbono en las estructuras de las construcciones en Lima.
3.2.2. Hipótesis especificas H 1. Existe un nivel de manejo de la investigación y aplicación de los nanotubos de carbono de las estructuras de las construcciones en lima.
H 2. Existe una gama de procesos entre la investigación y aplicación de los nanotubos de carbono construcciones en Lima
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de las
estructuras de las
3.3. Sistema de variables 3.3.1. Nivel de Seguridad del uso correcto de propiedades del elemento 3.3.2. Accesibilidad al uso de terrenos y creación de diseños
3.3.3. Operaciones de las Variables Operacionalización de las Variables Variables
Nivel de Seguridad
Dimensiones Elementos de
Indicadores
soporte adicional
Planificación del proceso de soporte de la construcción Creación de la infraestructura Planificación previo a la ejecución Planificación postejecución Ejecución de plan de testeo Análisis post apertura Análisis de funcionamiento Planificación de escritos Reducción de adendas
Proceso de creación y recuperación
Método de
creación
Accesibilidad
Accesibilidad a
contratos Accesibilidad a
elementos
24
Planificación de adquisición de elementos de nanocarbono Planificación de elementos varios de combinación
Calidad
Relación tiempo/uso
Gestión de calidad del funcionamiento Gestión de calidad de entrega Planificación del post recuperación
Capítulo IV: Tipo y diseño de investigación 4.1.
Método de investigación En el presente trabajo de investigación se hará uso del método descriptivo, por razones que se puede clarificar todas las respuestas que se pueden obtener mediante nuestro instrumento, y que mediante estas respuestas y con el análisis debido de la estadística se puede confirmar o denegar cualquier hipótesis planteada en nuestro trabajo.
4.2.
Tipo de investigación El presente trabajo posee una investigación cuantitativa y cualitativa, debido que los resultados que se pueden obtener en un comienzo serán analizados de forma estadística pero estos calificaran de igual manera la satisfacción y la calidad de un producto o servicio que en nuestras hipótesis se puedan plantear.
4.3.
Diseño de investigación El presente trabajo tiene como diseño un tipo experimental, la investigación realiza la manipulación de variables y se observa a los fenómenos que suceden de igual manera por lo tanto se decide que la eficiencia de la investigación está ligada al tipo de diseño que presenta. Los datos que se acotaran será en momentos específicos lo cual lo convierte en un corte transversal y de esta manera peculiar, poder demostrar las variables que se estén estudiando . 25
4.4.
Participantes 4.4.1. Población.
La población que se ira a emplear será tanto el programa nacional de puentes localizaos en el área de Lima Metropolitana así como los puentes que están siendo en proceso de construcción.
Según los datos del MTC provisto por Provias del Peru, los puentes que existen en total son:
Tabla 1: Lima Metropolitana – Número de Puentes en la red vial nacional especificado con el tipo de puente al año 2016 finales. 2016
Puentes en la red vial nacional
Absoluto
Porcentaje
Total
31
100%
Definitivo
28
90.3%
Modular
3
9.7%
2
6.5%
Puentes Colapsados
Fuente: Provias del Peru – Ministerio de Transportes y Comunicaciones
De esta manera nuestra población de muestra será los puentes de tipo Definitivo, a pesar que un puente modular puede ser una pequeña cantidad alrededor del definitivo y no comprometería ningún cambio, tener a la mano una edificación ya sostenible nos permitirá poder hacer análisis 26
instantáneo y después poder crear o convertir cualquier puente modular a definitivo con una buena sustentación.
4.4.2. Muestra. Para la obtención de la muestra se creó un análisis estadístico para poder seleccionar aleatoriamente una cierta cantidad de puentes para analizar, en el área de Lima Metropolitana y cree probabilidades que puedan ser mostradas como prueba. Debido a que dentro del rango de los 28 puentes que pueden ser seleccionados todos pueden ser escogidos de manera semejante, se creó una muestra probabilística que calculara con un nivel de confianza del 90% y error del 10% como máximo.
Formula: (z )(p)(q) = (N − 1)(e ) + z (p)(q)
Indice: -n:
Tamaño de la muestra que tendremos
N:
Cantidad de puentes en total 28
-z:
nivel de confianza del 90% (que da un valor entre 1.64 y 1.65)
-e:
Porcentaje de error máximo aceptado (10%)
- p y q: probabilidad de ocurrencia como es dato creado por nosotros se toma un valor medio para ambos ocurrencia y no ocurrencia el cual es 0.5.
27
(1.645 )(0.5)(0.5)(28) = (28 − 1)(0.1 ) + (1.645 )(0.5)(0.5) = 20
Por lo tanto dentro de los 28 puentes para que nuestra propuesta pueda ser aceptada necesitamos al menos probar en una muestra mínima de 20 puentes
4.4.3. Muestreo El muestreo establecido será un tipo estratificado dividido en dos segmentos en el cual solo se analizara el competente por nuestro proyecto y debido que nuestra población no es tan grande en el área metropolitana no se debería hacer por el momento una segmentación extra hasta el momento en el cual se expanda a diferentes lugares. Se tomara en cuenta que existió el criterio de inclusión y solamente en el criterio de exclusión se nombró a aquellos puentes que colapsaron en los últimos meses debido a problemas diferentes.
4.4.3.1.
I nclus ión.
Los puentes incluidos fueron:
Puentes transitables
Puentes localizados en el área de Lima metropolitana
Puentes bajo el rango de Definitivo o Modular.
Puentes que su estructura este completa, no parcialmente ni totalmente dañada
Puentes bajo la regulación de seguridad de Defensa Civil
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4.5. Instrumento
En la presente investigación se utilizaran tanto el método de observación y análisis de contenido. Se recopilara toda información de rechazo o aceptación desde el proceso de fabricación hasta la finalización de este, como el periodo de recopilación y de trabajo es cuestionablemente largo el costo de realización para la evaluación concurrirá en gran cantidad de inversión.
La observación interpretara la conducta de los eventos posibles adaptables a situaciones incontrolables.
Consistiendo el análisis de contenido medirá la calidad de interpretación de los usuarios hacia la implementación y masificación de los instrumentos en los puentes antiguos y en los nuevos puentes que se crearan.
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ANEXOS
30
Figura de nanotubos de carbono
Figura de clasificación de suelos
31
Figura estructura incrementado con nanotubo de carbono
Figura de la geografía de lima y sus lugares sísmicos
32
