Universidad de Jaén

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Guía docente 2017-18 - 14012003 - Ciencia e ingeniería de los materiales



TITULACIÓN: Grado en Ingeniería civil (14012003)
CENTRO: ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR (LINARES)
TITULACIÓN: Grado en Ingeniería de tecnologías mineras (14112002)
CENTRO: ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR (LINARES)
TITULACIÓN: Grado en Ingeniería de recursos energéticos (14212001)
CENTRO: ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR (LINARES)
TITULACIÓN: Doble Grado en Ingeniería de tecnologías mineras e Ingeniería civil (15012004)
CENTRO: ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR (LINARES)
CURSO: 2017-18
ASIGNATURA: Ciencia e ingeniería de los materiales
GUÍA DOCENTE
1. DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA
NOMBRE: Ciencia e ingeniería de los materiales
CÓDIGO: 14012003 (*) CURSO ACADÉMICO: 2017-18
TIPO: Obligatoria
Créditos ECTS: 9.0 CURSO: 2 CUATRIMESTRE: PC
WEB: http://dv.ujaen.es/docencia/goto_docencia_crs_350672.html
2. DATOS BÁSICOS DEL PROFESORADO
NOMBRE: PÉREZ VILLAREJO, LUIS
IMPARTE: Teoría - Prácticas [Profesor responsable]
DEPARTAMENTO: U122 - INGENIERÍA QUIM.,AMBIENTAL Y DE LOS MAT.
ÁREA: 065 - CIENCIA DE MATERIALES E INGENIERÍA METALÚRGICA
N. DESPACHO: D - D-013 E-MAIL: lperezvi@ujaen.es TLF: 953648633
TUTORÍAS: https://uvirtual.ujaen.es/pub/es/informacionacademica/tutorias/p/21700
URL WEB: -
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6912-9844
3. PRERREQUISITOS, CONTEXTO Y RECOMENDACIONES
PRERREQUISITOS:

NINGUNO

CONTEXTO DENTRO DE LA TITULACIÓN:

En la asignatura que nos ocupa, se pretende dar al alumno los conocimientos de la estructura, composición, procesado, propiedades y comportamiento en servicio de las distintas familias de materiales y sus interrelaciones.

Ser capaz de seleccionar los materiales en función de sus aplicaciones en los diferentes ámbitos de la ingeniería.

Conocer los ensayos normalizados más adecuados para la evaluación de las propiedades y el comportamiento de los materiales y analizar e interpretar los resultados.

RECOMENDACIONES Y ADAPTACIONES CURRICULARES:

Ninguna

El alumnado que presente necesidades específicas de apoyo educativo, lo ha de notificar personalmente al Servicio de Atención y Ayudas al Estudiante para proceder a realizar, en su caso, la adaptación curricular correspondiente.
4. COMPETENCIAS Y RESULTADOS DE APRENDIZAJE
Código Denominación de la competencia
CC2 Conocimiento teórico y práctico de las propiedades químicas, físicas, mecánicas y tecnológicas de los materiales más utilizados en construcción.
CC3 Capacidad para aplicar los conocimientos de materiales de construcción en sistemas estructurales. Conocimiento de la relación entre la estructura de los materiales y las propiedades mecánicas que de ella se derivan.
CG1 Capacitación científico-técnica para el ejercicio de la profesión de Ingeniero Técnico de Obras Públicas y conocimiento de las funciones de asesoría, análisis, diseño, cálculo, proyecto, construcción, mantenimiento, conservación y explotación.
 
Resultados de aprendizaje
Resultado Resul-02 Conocimiento de los distintos materiales, así como sus propiedades, estructuras y métodos y procesos.
5. CONTENIDOS

BLOQUE I: Introducción a la Ciencia e Ingeniería de Materiales

BLOQUE II: Química de los materiales

BLOQUE III: Estructura de los materiales

BLOQUE IV: Propiedades de los materiales.

BLOQUE V: Materiales Metálicos

BLOQUE VI: Materiales Cerámicos

BLOQUE VII: Materiales Poliméricos.

BLOQUE VIII: Materiales Compuestos

TEMA 1. INTRODUCCION A LA CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES
Materiales e Ingeniería. Ciencia e Ingeniería de los materiales. Tipos de materiales. Criterios de selección.
Relación entre estructura. Propiedades y Procesado. Influencia de los agentes externos en el comportamiento
de los materiales.

BLOQUE II: Química de los materiales.
TEMA 2. ESTRUCTURA ATÓMICA Y ENLACES.
Concepto de energía radiante: Su cuantificación, frecuencia e intensidad. Modelos atómicos. Espectro de
emisión. Números cuánticos de los electrones. Principio de exclusión. Configuración electrónica de los
elementos. Fuerzas y energías de interacción entre átomos. Enlaces.

TEMA 3. DISOLUCIONES.
Tipos de disoluciones. Formas de expresar la concentración. Solubilidad de cristales iónicos: influencia de la
temperatura. Solubilidad de gases en líquidos: efecto de la presión y la temperatura. Disoluciones ideales:
solutos no volátiles. Mezclas de líquidos: ideales y reales.


TEMA 4. TERMOQUÍMICA.
Entalpía de reacción. Calor y trabajo: equivalente mecánico del calor. Funciones de estado. Primer principio
de la termodinámica. Energía interna y entalpía. Capacidad calorífica: variación de la energía interna y
la entalpía con la temperatura. Estados estándar. Entalpías de formación. Determinación indirecta de las
entalpías de reacción: ley de Hess. Procesos espontáneos. Reversibilidad y espontaneidad. La entropía y el
segundo principio de la Termodinámica. Interpretación molecular de la entropía. Entropías absolutas y tercer
principio. Energía libre: definición e interpretación física. Energía libre y espontaneidad.

TEMA 5. EQUILIBRIO QUÍMICO.

Reacciones reversibles. Constante de equilibrio. Equilibrios homogéneos. Formas expresar la constante
de equilibrio. Equilibrios heterogéneos. Factores que afectan el equilibrio químico: concentración, presión,
volumen y temperatura. Producto de solubilidad. Solubilidad con un ión común. El pH y la solubilidad.

TEMA 6. ELECTROQUÍMICA.
Ajuste de reacciones redox. Cedas galvánicas y electroquímicas. Ley de Faraday. Potenciales estándar de
electrodo y sentido de las reacciones redox. Serie electroquímica. Efecto de la concentración en la fem de
la celda. Celdas de concentración. Baterías. Tipos y funcionamiento. Procesos electroquímicos. Corrosión y
protección contra la corrosión


BLOQUE III: Estructura de los materiales.


TEMA 7. ESTRUCTURA CRISTALINA.
Estado sólido: Sólidos cristalinos y amorfos. Sistemas cristalinos y celdilla elemental. Notaciones
cristalográficas: índices de Miller. Isomorfismo. Polimorfismo y alotropía. Redes cristalinas de los metales.
Distancias interatómicas y densidades. Introducción a la determinación de estructuras cristalinas.
Imperfecciones Cristalinas: Defectos puntuales. Dislocaciones, su movimiento. Defectos superficiales. Bordes
de grano.

TEMA 8. ALEACIONES.
Introducción. Composición y constitución de las aleaciones. -Soluciones sólidas: Disolvente y soluto.
Soluciones sólidas por sustitución. Soluciones sólidas por inserción. Densidad teórica de las soluciones
sólidas. Soluciones sólidas ordenadas. Superredes. Compuestos intermetálicos. Fases intermedias.
Estructuras defectivas. Insolubilidad.


TEMA 9. DIFUSION.
Difusión. Mecanismo del Proceso de difusión: Difusión por vacantes y difusión lntersticial. Difusión en régimen
estacionario (Primera Ley de Fick). Difusión en régimen no estacionario (Segunda Ley de Fick). Efecto de la
temperatura sobre la difusión. Aplicaciones del Proceso de difusión.

TEMA 10. DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO

Introducción. Sistema material. Componentes y fases. Equilibrio de un sistema. Factores de equilibrio. Clases
de equilibrio. Varianza o grados de libertad.- Regla de las Fases (Ley de Gibbs). Principio de Le Chatelier.
Curvas de enfriamiento. Subfusión o sobrefusión. Ley general del reparto de masa. Diagramas binarios de
solidificación: Sus tipos. Reacciones eutéctica, peritéctica y monotéctica. Transformaciones en estado sólido:
Cambios de estado alotrópico. Reacciones eutectoide y peritectoide. Diagramas de equilibrio con compuestos
y fases intermedias. Reglas generales sobre diagramas de equilibrio binarios. Introducción a los diagramas de
equilibrio ternarios.

BLOQUE IV: Propiedades de los materiales.


TEMA 11. PROPIEDADES MECÁNICAS.
Introducción. Esfuerzos y tensiones. Deformación de un monocristal. Influencia de las dislocaciones en la
deformación pIástica. Deformación de un metal policristalino. Fibrado. Acritud. Restauración. Recristalización.
Crecimiento del grano. Trabajo en frío y en caliente.


TEMA 12. INTRODUCCIÓN A LOS ENSAYOS. ENSAYOS DE TRACCIÓN Y DE FLUENCIA.
Introducción a los ensayos: Clasificación.- Ensayo de tracción. Diagrama de esfuerzos y deformaciones.
Cálculo del alargamiento de rotura. Probetas. Módulo de tenacidad. Coeficiente de plenitud. Ensayos de
tracción en caliente. Ensayos de fluencia viscosa.


TEMA 13. ENSAYO DE DUREZA.
Introducción.- Dureza Brinell.- Dureza Vickers. Microdureza.- Dureza Rockwell.- Otros métodos de ensayo de
dureza.

TEMA 14. ENSAYOS CON TENSIONES MULTIPLES.
Introducción. Roturas dúctil y frágil. Efectos enfragilizadores: Entallas. Triaxialidad. Temperatura. La
resiliencia. Métodos de ensayo. Consideraciones sobre la resiliencia.


TEMA 15. FATIGA. ENSAYOS DE FATIGA.

Introducción. Estudio de las solicitaciones variables. Proceso de rotura por fatiga. Curva y límite de fatiga.
Diagrama de fatiga. Influencia de la carga estática. Diagrama simplificado para aceros. Factores que influyen
en la fatiga. Ensayos de fatiga. La fatiga a nivel de piezas.

TEMA 16. MACROGRAFIA Y MICROGRAFIA.
Introducción. Toma de muestras. Preparación de muestras. Macrografía.- Micrografía.


TEMA 17. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS.
Introducción. Calidad de un material. Ensayos con líquidos penetrantes. Ensayos con rayos X. Ensayos con
rayos gamma. Ensayos con ultrasonidos. Ensayos magnéticos.


BLOQUE V: Materiales Metálicos


TEMA 18. ALEACIONES FERREAS.
Introducción. El hierro. Aceros y fundiciones. Diagrama de equilibrio de las aleaciones hierro-carbono. La
austenita en el diagrama Fe-C. Transformaciones isotérmicas de la austenita. Tipos de curvas TTT. Factores
que influyen. Transformaciones de la austenita mediante enfriamientos continuos.


TEMA 19. TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS.
Introducción. Calentamientos y enfriamientos. Severidad de temple. Recocido. Tipos de recocidos.
Normalizado. Temple. Templabilidad y capacidad de temple. Medida de la templabilidad: Diámetros críticos.
Curvas de la U. Ensayo Jominy. Factores que influyen en la templabilidad. Defectos del temple. Tipos de
temple. Revenido. Tratamientos termoquímicos.

TEMA 20. ACEROS ALEADOS.
Aceros al carbono y aceros aleados. Objetivos de los elementos de aleación. Influencia de los elementos
de aleación sobre: El diagrama de equilibrio Fe-C. El tamaño de grano La templabilidad. La transformación martensítica Los revenidos.- Criterios de clasificación de aceros. Aceros de resistencia. Aceros de gran
elasticidad. Aceros de fácil mecanización. Aceros de cementación. Aceros de nitruración. Aceros con
propiedades magnéticas. Aceros de herramientas. Aceros inoxidables.

TEMA 21. ALEACIONES NO FERREAS: ALEACIONES LIGERAS.
Introducción. Aluminio: Aplicaciones. Elementos de aleación. Constituyentes. Clases de aleaciones.
Magnesio: Aplicaciones. Elementos de aleación. Constituyentes. Clases de aleaciones. Titanio: Aplicaciones.
Aleaciones. Tratamientos térmicos de las aleaciones ligeras.


TEMA 22. ALEACIONES NO FERREAS: METALES PESADOS.
Cobre y sus aleaciones: Latones y bronces. Tipos. Propiedades y tratamientos. Aleaciones antifricción.
Aleaciones refractarias. Otras aleaciones de metales pesados.

BLOQUE VI: Materiales Cerámicos


TEMA 23. MATERIALES CERÁMICOS.

Introducción. Estructura cristalina de cerámicos sencillos. Estructuras de silicatos. Procesamiento de
cerámicas. Cerámicos tradicionales y de ingeniería. Propiedades de los cerámicos. Vidrios.


TEMA 24. ÁRIDOS
Fuente de áridos. Clasificación. Usos. Propiedades de los áridos.


TEMA 25 CEMENTO.
Introducción. Composición química del cemento. Propiedades. Tipos de cemento. Aditivos del cemento.


BLOQUE VII: Materiales Poliméricos.

TEMA 26. MATERIALES POLIMERICOS.


Introducción. Reacciones de polimeración. Métodos industriales de polimerización. Procesado de materiales
plásticos. Termoplásticos. Plásticos termoestables. Elastómeros. Caucho. Deformación y endurecimiento de
materiales plásticos. Termofluencia y fractura de materiales poliméricos.


TEMA 27. AGLOMERANTES ASFÁLTICOS Y MEZCLAS ASFÁLTICAS.
Tipos y usos. Propiedades químicas del asfalto. Caracterización. Clasificaciones de los asfaltos. Diseño de
mezclas. Aditivos.


BLOQUE VIII: Materiales Compuestos


TEMA 28. MATERIALES COMPUESTOS.
Introducción. Plásticos reforzados con fibras. Procesado en moldes abiertos y en moldes cerrados.
Estructuras tipo "sandwich". Compuestos de matriz metálica. Compuestos de matriz cerámica.


TEMA 29.HORMIGÓN.
Introducción. Propiedades. Ensayos. Hormigones autocompactantes. Hormigones ligeros. Hormigones
pesados. Hormigones poliméricos. Hormigones con fibra.

6. METODOLOGÍA Y ACTIVIDADES
 
ACTIVIDADES HORAS PRESEN­CIALES HORAS TRABAJO AUTÓ­NOMO TOTAL HORAS CRÉDITOS ECTS COMPETENCIAS (códigos)
A1 - Clases expositivas en gran grupo
  • M1 - Clases expositivas en gran grupo: Clases magistrales
  • M4 - Clases expositivas en gran grupo: Conferencias
60.0 90.0 150.0 6.0
  • CC2
  • CC3
  • CG1
A2 - Clases en grupos de prácticas
  • M11 - Clases en grupos de prácticas: Resolución de ejercicios
  • M12 - Clases en grupos de prácticas: Presentaciones/Exposiciones
  • M6 - Clases en grupos de prácticas: Actividades prácticas
  • M7 - Clases en grupos de prácticas: Seminarios
  • M8 - Clases en grupos de prácticas: Debates
  • M9 - Clases en grupos de prácticas: Laboratorios
30.0 45.0 75.0 3.0
  • CC2
  • CC3
  • CG1
TOTALES: 90.0 135.0 225.0 9.0  
 
INFORMACIÓN DETALLADA:

Clases expositivas en gran grupo: exposición de los contenidos teóricos de la asignatura con presentaciones en
power point que se proyectan en clase. Todo el material está disponible en la plataforma virtual de la asignatura.
Clases en grupos de prácticas: en pequeños grupos, se realizaran prácticas de determinación de las
propiedades de los materiales correspondientes al Bloque IV del temario.
Tutorías individuales: resolución de dudas e intercambio de opiniones sobre el desarrollo de la asignatura.

7. SISTEMA DE EVALUACIÓN
 
ASPECTO CRITERIOS INSTRUMENTO PESO
Asistencia y/o participación en actividades presenciales y/o virtuales Participación activa en la clase y en el trabajo de grupo Observacion del profesor 10.0%
Conceptos teóricos de la materia Conocimiento de los contenidos de la materia Examen 60.0%
Realización de trabajos, casos o ejercicios Conocimiento de ensayos de materiales Examen practico. 30.0%
El sistema de calificación se regirá por lo establecido en el RD 1125/2003 de 5 de septiembre por el que se establece el sistema europeo de créditos y el sistema de calificaciones en la titulaciones universitarias de carácter oficial
INFORMACIÓN DETALLADA:

La actividad de evaluación final consiste en la realización de un examen escrito al final de la asignatura, en
la que se evaluaran los conocimientos teóricos y prácticos de las distintas familias de materiales, asi como el conocimiento adquirido para relacionar estructura y propiedades de los mismos. El examen constará de dos
partes:
Una parte teórica donde el alumno tendrá que contestar preguntas tipo test o cuestiones cortas relativas al
temario desarrollado en la asignatura; una parte práctica donde el alumno resolverá problemas.
Para evaluar las prácticas de laboratorio, se realizará un examen práctico en el que el estudiante se enfrenta a
la realización de una de las prácticas del programa presentado en el laboratorio.
Se valorará la entrega de problemas propuestos, exposición y presentación de trabajo grupal, test de
autoevaluación, contribuciones al foro, o chats, todo ello a través de la plataforma virtual ILIAS, así como
asistencia a tutorías. Además se valorará la participación activa en clase, en el trabajo en grupo y en los
debates.
Todo ello para evaluar la capacidad CG1, CC2 Y CC3, asi como el resultado de aprendizaje 2.
A la hora de calcular la calificación final de la asignatura teniendo en cuenta todos los aspectos anteriores se
exigirá haber superado cada una de las partes por separado, fundamentalmente el examen teórico y el examen
de prácticas.
Los alumnos que, por motivos laborales, convenientemente justificados, no puedan asistir a las clases deberán
ponerse en contacto con los profesores de la asignatura al comienzo del cuatrimestre.

8. DOCUMENTACIÓN / BIBLIOGRAFÍA
ESPECÍFICA O BÁSICA:
  • Introducción a la ciencia de materiales para ingenieros. Edición: 7ª ed.. Autor: Shackelford, James F.. Editorial: Madrid : Pearson Educación, 2010  (C. Biblioteca)
  • Materiales para ingeniería: introducción a la microestructura, el procesamiento y el diseño. Edición: -. Autor: Ashby, Michael F.. Editorial: Barcelona : Reverté, 2008-2009  (C. Biblioteca)
  • Ciencia e ingeniería de los materiales. Edición: -. Autor: Askeland, Donald R.. Editorial: Madrid: Paraninfo, D. L. 2001  (C. Biblioteca)
  • Introducción al conocimiento de materiales. Edición: 2ª ed., 5ª reimp.. Autor: Barroso Herrero, Segundo. Editorial: Madrid : UNED, 2008  (C. Biblioteca)
  • Cuestiones y problemas de ciencias de los materiales. Edición: -. Autor: Jiménez Expósito, José. Editorial: Jaén: Universidad de Jaén, Servicio de Intercambio y Pulicaciones, 2000  (C. Biblioteca)
  • Ciencia e ingeniería de materiales. Edición: 2ª ed. (correspondiente a la 9ª ed. orig.). Autor: Callister, William D.. Editorial: Barcelona [etc.] : Reverté, D.L. 2016  (C. Biblioteca)
  • Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales. Edición: 5ª ed.. Autor: Smith, William F.. Editorial: México ; Madrid : McGraw-Hill Education, cop. 2014  (C. Biblioteca)
  • Ciencia e ingeniería de los materiales. Edición: -. Autor: Montes, Juan Manuel. Editorial: Madrid : Paraninfo, cop. 2014  (C. Biblioteca)
GENERAL Y COMPLEMENTARIA:
  • Fractura de materiales. Edición: -. Autor: -. Editorial: Barcelona : Universidad Politécnica de Cataluña, 2002  (C. Biblioteca)
  • Hormigón armado. Edición: 15a ed. basada en la EHE 2008, ajustada al Código modelo y al Eurocódigo EC-2. Autor: Jiménez Montoya, Pedro. Editorial: Barcelona : Gustavo Gili, 2011  (C. Biblioteca)
  • Ingeniería de los materiales plásticos. Edición: -. Autor: Ramos Carpio, M. A.. Editorial: Madrid: Díaz de Santos, D.L. 1988  (C. Biblioteca)
  • Problemas de dosificación de hormigones. Edición: -. Autor: González Díaz, Eduardo. Editorial: La Laguna : Universidad de La Laguna, 2012  (C. Biblioteca)
  • Materiales compuestos. Edición: -. Autor: -. Editorial: Barcelona: Reverte, 2007  (C. Biblioteca)
  • Técnicas de caracterización de Polímeros. Edición: [1ª ed. ]. Autor: Llorente Uceta, Miguel Ángel. Editorial: Madrid: Universidad Nacional de Educación a Distancia; 1991  (C. Biblioteca)
  • Introducción a la ciencia de los materiales polímeros: síntesis y caracterización. Edición: -. Autor: Katime, Issa. Editorial: [Lejona, Vizcaya] . Universidad del País Vasco, Servicio Editorial, 2010  (C. Biblioteca)
  • Materiales compuestos. Edición: -. Autor: -. Editorial: Barcelona: Reverte, 2007  (C. Biblioteca)
  • Materiales refractarios y cerámicos. Edición: -. Autor: Verdeja, Luis Felipe. Editorial: Madrid : Síntesis, D. L. 2008  (C. Biblioteca)
9. CRONOGRAMA (primer cuatrimestre)
 
Semana A1 - Clases expositivas en gran grupo A2 - Clases en grupos de prácticas Trabajo autónomo Observaciones
Nº 1
11 - 17 sept. 2017
4.02.0 5.0 Tema 1; Tema 11
Nº 2
18 - 24 sept. 2017
4.02.0 5.0 Tema 2; Tema 12
Nº 3
25 sept. - 1 oct. 2017
4.02.0 10.0 Tema 3; Tema 13
Nº 4
2 - 8 oct. 2017
4.02.0 5.0 Tema 4; Tema 14
Nº 5
9 - 15 oct. 2017
4.02.0 10.0 Tema 5; Tema 15
Nº 6
16 - 22 oct. 2017
4.02.0 10.0 Tema 6; Tema 16
Nº 7
23 - 29 oct. 2017
4.02.0 10.0 Tema 7; Tema 17
Nº 8
30 oct. - 5 nov. 2017
4.02.0 10.0 Tema 8
Nº 9
6 - 12 nov. 2017
4.02.0 10.0 Tema 9
Nº 10
13 - 19 nov. 2017
4.02.0 10.0 Tema 10
Nº 11
20 - 26 nov. 2017
4.02.0 10.0 Tema 18; Tema 19
Nº 12
27 nov. - 3 dic. 2017
4.02.0 10.0 Tema 20; Tema 21
Nº 13
4 - 10 dic. 2017
4.02.0 10.0 Tema 22; Tema 23; Tema 24
Nº 14
11 - 17 dic. 2017
4.02.0 10.0 Tema 25; Tema 26; Tema 27
Nº 15
18 - 21 dic. 2017
4.02.0 10.0 Tema 28; Tema 29
Total Horas 60.0 30.0 135.0