Titanio Como Material Estructural y Arquitectónico, Grupo 8

Universidad Santa María, La Florencia. Facultad de Ing. Y Arquitectura. Escuela de Arquitectura. Materia: Estructuras II Profesor: Prypchan M., Andrés J.

EL TITANIO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL Y ARQUITECTÓNICO

DE BRITO P., Angélica A. C.I: 27.941.263 JIMENEZ, Daniel C.I: 27.670.106 BRICEÑO M., María V. C.I: 27.995.449

Caracas, 28 de octubre de 2021.

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ÍNDICE

Referente histórico……………………………………………………………………………………3 Propiedades del titanio………………………………………………………………………………..3 Proceso de obtención del titanio………………………………………………………………………4 Debilidades en incendios……………………………………………………………………………..5 Aplicaciones del titanio a la arquitectura……………………………………………………………...5 Conclusión…………………………………………………………………………………………....7 Bibliografía…………………………………………………………………………………………...8

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El titanio es un elemento químico de símbolo Ti y número atómico 22 que se encuentra situado en el grupo 4 de la Tabla Periódica de los Elementos. Este metal de transición fue descubierto de manera independiente en 1791 por William Gregor en Gran Bretaña, y posteriormente por Martin Heinrich Klaproth en 1795, siendo este último quien lo nombró como «titanio» como una referencia a los titanes de la mitología griega. Es un metal de color gris plata, de baja densidad y gran dureza, que, en su estado puro, es muy resistente a la corrosión por agua del mar, agua regia y cloro, además de poseer la mejor proporción de dureza-densidad de todos los elementos metálicos conocidos: es tan fuerte como algunos aceros, pero con una menor densidad. Sin embargo, su alto costo limita en gran cantidad su uso comercial e industrial. Este elemento puede formar aleaciones con el hierro, el aluminio, el vanadio, el molibdeno, entre muchos otros elementos, lo cual es idóneo debido a sus propiedades de ligereza y resistencia para la construcción de múltiples maquinarias, como puede ser las aplicaciones aeroespaciales, militares, industriales, se utiliza en la automoción para prótesis médicas e implantes ortopédicos, implantes dentales, o en joyería, aparatos deportivos y tecnología.

PROPIEDADES DEL TITANIO Algunas de las principales propiedades y características de este elemento serían: 

Masa atómica 47,90 g/mol.

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Posee una baja densidad (4,51 g/ml) y una gran dureza.

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Posee resistencia a la tracción de 210 a 1380 MPa (de 2.142 a 14.076 Kg/cm²).

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Límite elástico de 140 a 250 MPa (de 1.428 a 2.550 Kg/cm²).

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Módulo de elasticidad de 107.000 MPa (1.070.00 Kg/cm²).

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El límite fluencia se encuentra entre 7.700 y 9.800 Kg/cm² (0,2%).

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Su coeficiente de dilatación es de 29,9 (×10-6 C-1).

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El precio de titanio ronda aproximadamente los 22.000$, una diferencia considerable entre otros metales como el acero, que se encuentra entre 463$ por tonelada.

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Altamente resistente a la corrosión por agua de mar, agua regia y cloro.

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Alta ductilidad.

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Se considera incombustible, soporta sin ningún problema temperaturas de hasta 1100ºC, lo que lo convierte en un material sumamente seguro. 3

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Posee un color blanco metálico o gris plata.

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Tiene un punto de fusión bastante alto, aproximadamente sobre los 1650°C.

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Su punto de ebullición es 3260°C.

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Es un material paramagnético, de baja conductividad eléctrica y térmica.

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Pierde resistencia cuando se calienta a temperaturas superiores a 430°C.

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Las aleaciones comerciales del titanio que poseen una pureza del 99,2% tienen una tensión de rotura de unos 434 MPa (4.426,8 Kg/cm²).

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Algunas aleaciones consiguen una tensión a la rotura sobre los 1400 MPa (14.280 Kg/cm²).

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Posee una densidad 60% mayor al aluminio, siendo el doble de fuerte que la aleación de aluminio más común (6061-T6).

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Se le considera el cuarto metal más abundante en la corteza terrestre.

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No se encuentra en estado puro sino en forma de óxidos, en la escoria de ciertos minerales de hierro y en las cenizas de animales y plantas.

PROCESO DE OBTENCIÓN DEL TITANIO Generalmente para la obtención del titanio puro de utiliza el método de Kroll, un proceso donde se obtiene el tetracloruro de titanio (TiCl4) por cloración a 800 °C, en presencia de carbono. Como primer paso se calienta el mineral de titanio, para posteriormente añadirle carbón y se hace circular cloro a través de toda la masa, obteniendo así el tetracloruro de titanio. En segundo lugar, el compuesto se introduce en un horno a 800ºC donde luego se introduce gas inerte (helio o argón) y magnesio para formar titanio esponjoso. Por último, el titanio esponjoso se introduce en un horno eléctrico y se le añaden fundentes, obteniendo finalmente el titanio puro. Posteriormente este titanio puro es transformado en productos de uso general como barras y chapas para pasar a la producción secundaria de su forma o uso final a partir de los productos primarios.

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DEBILIDADES EN INCENDIOS A pesar de ser considerado un material prácticamente incombustible por su alta resistencia al calor, puede ser un elemento de peligro cuando finalmente llegan al punto de incendio. Los incendios de titanio suelen ser bastante cortos, rara vez duran más de 20 segundos, pero pueden alcanzar temperaturas tan altas como 3.300°C, destruyendo los materiales circundantes. El titanio, como varios otros metales, generalmente se comportan de modo diferente que la mayoría de los materiales combustibles en caso de incendio ya que se queman a mayor temperatura que otros combustibles, destruyendo los materiales estructurales con mayor rapidez que los fuegos que queman a temperaturas menores. Además, se queman más rápidamente y tratar de extinguir un fuego de metal combustible con agua, literalmente haría que la situación empeorara. Estos metales pueden reaccionar con el agua produciendo gas hidrógeno, que puede inflamarse y explotar. Además, si el metal encendido entra en contacto con materiales que contienen agua, puede provocar que se liberen vapores a alta presión.

APLICACIONES DEL TITANIO EN LA ARQUITECTURA Las industrias aeroespaciales y químicas fueron las pioneras en la utilización del titanio, beneficiándose enormemente de sus propiedades, y no fue sino hasta finales del siglo XX que se comenzó a emplear este elemento en la arquitectura, siendo el precursor de esto Frank O. Gehry realizando el conocido Museo Guggenheim de Bilbao, el cual posee una cubierta completa de láminas de titanio en sus fachadas.

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El gran incremento de uso que tuvo el titanio en lo referente a la industria arquitectónica no se reduce únicamente a la estética que proporciona dicho material, sino a todas sus cualidades físicas, como su ligereza, la gran resistencia a la corrosión atmosférica que posee, goza de un coeficiente de dilatación térmica muy bajo, de la mitad que el coeficiente del acero. Además de todo esto, es un material que se considera incombustible, además de ser totalmente reciclable y no se degrada, así que su costo en mantenimiento es prácticamente nulo. Es un material que posee una infinidad de usos, no solo como revestimiento de fachadas como se vio en el Museo Guggenheim de Bilbao. También se emplea en acabados en interiores, techos, revestimiento de elementos estructurales, esculturas y diversos campos que se relacionan directamente con la arquitectura. Otra gran obra de la arquitectura donde fue empleado el titanio fue en la extensión del Museo de Arte de Denver, en Estados Unidos. Esta edificación que fue construida entre 2003 y 2006 necesitó de 21.386m² de titanio para recubrir la totalidad de su fachada.

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CONCLUSIÓN

Para concluir, podemos decir que el titanio es un material ampliamente utilizado en la industria arquitectónica y estructural por su extensa lista de cualidades que resultan beneficiosas. Posee una resistencia mayor a la gran mayoría de metales utilizados en la construcción, con un peso mucho más ligero, además de ser fácilmente moldeable lo que facilita su uso en los recubrimientos de fachada o estructurales. Es un material que resulta costoso, pero otorga una larga lista de beneficios que lo hacen rentable.

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BIBLIOGRAFÍA

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https://es.wikiarquitectura.com/edificio/museo-de-arte-de-denver/

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https://es.wikipedia.org/wiki/Titanio

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https://www.totalmateria.com/page.aspx?ID=propiedadesdeltitanio&LN=ES

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https://www.voestalpine.com/highperformancemetals/argentina/app/uploads/sites/23/2018/ 10/Titanio-Grado-2.pdf

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https://www.alibaba.com/product-detail/Gr1-Gr2-Gr5-Gr7-Titaniumplate_1600200465517.html?spm=a2700.9114905.0.0.RIqJB2

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https://books.google.co.ve/books?id=FlfXjS1N-PIC&pg=RA2-PA250&lpg=RA2PA250&dq=titanio++%22fluencia%22&source=bl&ots=kz-AOAwR2&sig=ACfU3U1ig1V3T1WBO0GF1giLaB01l14mEQ&hl=es&sa=X&ved=2ahUKEwi D1d3fnd_zAhUuRDABHat4CQUQ6AF6BAgjEAM#v=onepage&q=titanio%20%20%22fl uencia%22&f=false

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https://es.statista.com/estadisticas/634390/precios-del-acero-por-mercado-principal/

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https://estrucplan.com.ar/metales-combustibles-y-sus-peligros/

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https://grupomesfer.es/titanio-material-innovador-en-construcciones-modernas/

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