ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA

ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA
PLANEACIÓN DEL DESARROLLO 2009 – 2019
EJE CONOCIMIENTO
SECTOR DE MATERIALES
1.
JUSTIFICACIÓN
El desarrollo de la humanidad, en gran medida, se ha apoyado en los materiales. El hombre, en los inicios de su evolución,
utilizó la piedra para defenderse y para conseguir su alimento con herramientas rudimentarias que le servían para cazar,
cortar y raspar. El descubrimiento accidental del fuego le permitió cocinar sus alimentos, alejar a las fieras, protegerse del
frío e iluminarse en la oscuridad. Con el paso del tiempo el hombre encontró en materiales como madera, huesos y marfil, la
materia prima para la fabricación de armas e instrumentos más sofisticados que le permitieron mejorar sus técnicas de caza,
pesca y defensa. Así mismo, la madera, material que se encontraba fácilmente, le permitió la construcción de trineos que
facilitaron en gran medida el transporte y desplazamiento. A medida que el hombre empieza a asentarse, dejando de ser
nómada y convirtiéndose cada vez más, en un ser sedentario, aparece la agricultura y la necesidad de guardar y preservar
los alimentos en recipientes de cerámica y objetos de alfarería. Las casas de este nuevo hombre sedentario eran de piedra,
barro, madera, cañas y leños, construidas con herramientas básicas de piedra pulida. El hombre da un gran paso cuando
descubre los metales y los incorpora a su cultura para la fabricación de distintos elementos. El cobre fue el primer metal
utilizado por el hombre, seguido del bronce, cuando aprendió a fundir cobre con estaño. Con estos metales se hicieron
cuchillos, espadas, puñales, vasijas, adornos, herramientas, etc. Por último apareció el hierro, pero el uso de este metal, que
permitió la fabricación de armas, herramientas y otros elementos de gran dureza, se logró alcanzar recién en los tiempos
históricos.
La construcción de grandes obras y edificaciones, la necesidad de transportar agua y alimentos, la necesidad de viajar y
llevar mercancías de una región a otra, las guerras, entre muchos otros factores, han determinado, para la humanidad, una
importante evolución en el sector de los materiales. Se han desarrollado decenas de miles de materiales distintos con
características especiales para satisfacer las necesidades de las diferentes etapas de la sociedad. Metales, plásticos, vidrios y
fibras, entre otros, son algunos ejemplos de lo que el hombre ha logrado en este campo.
Los progresos en este sector, hoy, son vertiginosos. Se calcula la existencia de un rango de entre 40.000 y 80.000 materiales
disponibles y la industria, la microelectrónica, la informática, la automatización, la robotización, la construcción, la
biomedicina, exigen la creación y el empleo de nuevos materiales y tecnologías novedosas bajo los siguientes principios
fundamentales:
-
Bajos costos
Eficiencia
Sostenibilidad de los recursos perecederos
Bajos niveles de contaminación
Versatilidad
Siendo uno de los objetivos de la ingeniería propender por el mejoramiento de la calidad de vida de la gente, ella debe ser
protagonista en el desarrollo del sector de los materiales. Los fundamentos científicos y disciplinares de la ingeniería, así
como sus aplicaciones profesionales significan un insumo fundamental para el desarrollo en Colombia de este sector.
2.
SIGNIFICACIÓN
El sector de los materiales es un campo multidisciplinario que estudia aspectos fundamentales sobre las propiedades físicas y
químicas de los materiales para su aplicación en áreas de la ciencia y la ingeniería, consiguiendo que éstos puedan ser
utilizados en obras, máquinas y herramientas diversas, o convertidos en productos necesarios para la sociedad. En general,
este sector debe cumplir con las funciones de:
-
Desarrollar nuevos materiales para responder a las necesidades de la sociedad
Desarrollar nuevos procesos en los materiales para ingeniería.
Evaluar nuevos y mejorados métodos de pruebas, procedimientos y equipos para el laboratorio.
Resolver dificultades y problemas únicos en la producción.
1
-
Investigar causas de fallas e iniciar las acciones correctivas.
Los grupos de investigación y los científicos e ingenieros que se involucren en el desarrollo del Sector de los Materiales
dentro de la Escuela deberán, con sus estudios, responder a las necesidades y tendencias actuales, entre las cuales están:
3.
Uso y desarrollo de materiales compuestos que den como resultado menores costos y mayor durabilidad.
Mejoramiento de las propiedades de los materiales actuales (mayor resistencia bajo la acción de cargas, a efectos
del medio ambiente, etc.) Incorporación de la computación y la robótica en el análisis de las propiedades de los
materiales.
Uso y desarrollo de biomateriales para múltiples aplicaciones
Preservación de los recursos naturales existentes.
Sostenibilidad de los materiales usados y desarrollados.
Reciclaje
ÁREAS DE DESEMPEÑO
Teniendo en cuenta las fortalezas y áreas de interés de la Escuela Colombiana de Ingeniería y comparándolas con las
tendencias y necesidades del país y de la sociedad, para este trabajo de Planeación del Desarrollo, en el Sector de
Materiales, proponemos dos áreas fundamentales de desempeño:
-
Área de materiales de construcción
Área de materiales para aplicaciones industriales
Estas áreas propuestas no se hicieron con base en la clasificación básica de los materiales (metales, polímeros, cerámicos y
compuestos) sino en la aplicación de los materiales, ya que se consideró más versátil desde el punto de vista de la
interdisciplinariedad.
3.1
Área de materiales de construcción
3.1.1
Denominación y Descripción
Esta área del sector de materiales se ha denominado ÁREA DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN porque es el área que
comprende y estudia las propiedades y el comportamiento de los materiales usados en la construcción de obras civiles como
edificaciones, carreteras, puentes, muros, rellenos, presas, entre muchas otras.
3.1.2
Justificación
Teniendo en cuenta que en la Declaración de Principios de la Escuela Colombiana de Ingeniería se estableció que “ tanto la
formación integral de ingenieros como las demás tareas que lleve a cabo… estarán referidas a un marco conceptual centrado
en el estudio y conocimiento de la realidad colombiana, para que los ingenieros en ella formados estén en condiciones de
formular soluciones de carácter autóctono a los problemas nacionales y de llevar a feliz términos tales soluciones ” y que la
misión de la Escuela es “Contribuir al desarrollo de la persona, del conocimiento y de la sociedad, mediante la formación
integral y la construcción y desarrollo del conocimiento, con pertinencia y anticipación, en el contexto de la realidad
colombiana”, la formulación de un Área de Materiales de Construcción debe ser parte de la actividad investigativa de la
Escuela, ya que con ella se responde a una de las necesidades más apremiantes del país que es el desarrollo de su
infraestructura física. La construcción de vivienda, carreteras, puentes, muros, etc., con materiales optimizados redundará en
una mejor calidad de vida de los colombianos y en un posible ahorro de recursos y su mayor aprovechamiento.
Paralelamente al inicio de labores académicas en 1973, la Escuela Colombiana de Ingeniería comenzó la construcción de sus
laboratorios. En el Laboratorio de Materiales y Estructuras, y en el Laboratorio de Suelos y Pavimentos se han realizado
importantes investigaciones en el Área de los Materiales de Construcción, entre las que cabe mencionar:
-
Concreto reciclado
Carbonatación del concreto
Concreto con fibras
Concreto de alta resistencia
Propiedades de la guadua para incorporar en las normas colombianas sismo-resistentes
2
-
Interacción de muros de concreto con muros de mampostería
Emulsiones asfálticas en Colombia
Estudio sobre la viabilidad técnica de la Emulsificación del Crudo de Petróleo de Castilla para su empleo en la
pavimentación de vías
Características de espumado de los cementos asfálticos espumados
Evaluación de escombros como materiales de construcción
Mejoramiento de materiales de escombro con cemento
Evaluación del Método Recomendado para valorar la Susceptibilidad al agua de las mezclas de Agregados Cemento Asfáltico Espumado
Implementación del ensayo de Coeficiente de Pulimento Acelerado para agregados
Implementación del ensayo Microdeval para agregados
Implementación del ensayo 10% de Finos para agregados
Caracterización de cementos asfálticos colombianos por medio del Viscosímetro Rotacional
Es así como se evidencia una tradición investigativa en esta área en la Escuela que merece profundización y desarrollo para
responder a las necesidades de la sociedad y a las metas y objetivos que la Escuela se ha planteado.
3.1.3
Alcances y límites de desarrollo del área en la Escuela
Teniendo en cuenta que la misión de la Escuela es: “Contribuir al desarrollo de la persona, del conocimiento y de la
sociedad, mediante la formación integral y la construcción y desarrollo del conocimiento, con pertinencia y anticipación, en el
contexto de la realidad colombiana” el alcance del Área de Materiales de Construcción en la Escuela estará centrado en el
estudio de soluciones propias para los problemas nacionales que involucren el desarrollo e investigación de materiales. Sin
embargo no se descarta la posibilidad de participar en el estudio de materiales de otros países.
En términos específicos esta área estará orientada hacia el estudio macro de los materiales, es decir sus propiedades
mecánicas y su comportamiento en servicio.
3.1.4
Conocimientos tecnológicos y disciplinares que la Escuela deberá cultivar para responder a las
necesidades del área
No solamente basta el estudio de los principios físicos y químicos de los materiales utilizados dentro de los campos de
aplicación de la construcción de obras civiles, sino que también es necesario profundizar en el conocimiento de normas,
equipos y nuevas tecnologías.
3.1.5
Presencia de la interdisciplinariedad en el desarrollo del área
Para que el Área de Materiales de Construcción tenga un desarrollo apropiado es necesaria la intervención de profesionales
de:
-
Ingeniería civil que conozcan las propiedades mecánicas de los materiales y sean capaces de formular soluciones
apropiadas técnicamente para la construcción
Economía y Administración que permitan encontrar el equilibrio entre los costos y la aplicación técnica exitosa de
las soluciones que se estudien.
Ingenieros civiles dedicados a la Ingeniería ambiental o Ingenieros Ambientales que planteen soluciones a los temas
de reciclaje, reutilización y disposición adecuada de los materiales ya usados.
Ingeniería Electrónica e Ingeniería de Sistemas para la automatización de ensayos y procesos.
Áreas relacionadas con el estudio de los materiales para aplicaciones diferentes a la construcción de obras civiles,
con el fin de evaluar su utilización para la construcción de ellas.
3.1.6
2009 – 2010
2010 – 2012
2012 – 2019
Ubicación escalonada del desarrollo proyectado para el área, en los próximos 10 años
Formulación completa del Área de Materiales de Construcción
Proyecto de mejoramiento de la infraestructura de los laboratorios y adquisición de equipos
Consolidación de la infraestructura y de la adquisición de equipos
3
Durante el período comprendido entre 2009 y 2019, se formularán proyectos de investigación acordes con las limitaciones de
los laboratorios y con las oportunidades que se presenten de acuerdo a las necesidades de la industria. Se espera que a
medida que las capacidades de los laboratorios sean mejoradas (a través de inversión institucional y de la ejecución de otros
proyectos de investigación), el alcance de los proyectos formulados sea cada vez mayor.
3.1.7
Condiciones básicas para el desarrollo propuesto
Para que el Área de Materiales de Construcción tenga un desarrollo apropiado y logre consolidarse dentro de la Escuela, se
requiere:
3.2
Mejoramiento de la infraestructura de los laboratorios
Adquisición de equipos
Conformación de un equipo de expertos que lidere las diferentes líneas del área
Conformación de un equipo de apoyo para los investigadores que incluya técnicos de laboratorio de tiempo
completo y de carácter permanente, así como también asistentes graduados de los programas de postgrado
relacionados con el tema específico de las investigaciones.
Disminución de procesos burocráticos para la adquisición de equipos
Descentralización de la ejecución de presupuestos en proyectos de investigación
Asignación de tiempos suficientes a los investigadores para la ejecución apropiada de los proyectos
Interacción interdisciplinaria entre los investigadores de diferentes Decanaturas
Disminución de la carga administrativa y/o institucional a los investigadores
Conformación de un área de soporte para la preparación y formulación de propuestas de investigación.
Área de materiales para aplicaciones industriales
3.2.1. Denominación y Descripción
Área del sector de materiales que incluye los materiales usados en aplicaciones industriales y energéticas y su posterior uso
comercial. Dentro de ésta se estudian las propiedades de dichos materiales, su forma de obtención, procesamiento y
aplicación. Bajo esta área se encuentran los materiales metálicos, cerámicos, polímeros, compuestos y otros para
aplicaciones energéticas.
3.2.2. Justificación
Uno de los factores que determina el desarrollo de un país es la capacidad del mismo para obtener, transformar y procesar
los materiales y recursos con los que cuenta. Todo lo anterior requiere de un uso apropiado de la energía y de una alta
capacidad de transformación. De la misma manera, la base de cualquier industria está en el manejo de los materiales y su
capacidad para darles valor agregado por medio de la aplicación de diferentes tecnologías; es por esto que es necesario
incentivar la investigación en el área de materiales para usos industriales, con repercusiones directas en el desarrollo del
país.
3.2.3. Alcances y límites del desarrollo del área en la Escuela
Teniendo en cuenta que la misión de la Escuela es: “Contribuir al desarrollo de la persona, del conocimiento y de la
sociedad, mediante la formación integral y la construcción y desarrollo del conocimiento, con pertinencia y anticipación, en el
contexto de la realidad colombiana” el alcance del Área de Materiales para aplicaciones industriales estará centrado en el
estudio de soluciones propias para los problemas nacionales que involucren el desarrollo e investigación de materiales. Sin
embargo no se descarta la posibilidad de participar en el estudio de materiales para aplicaciones en países diferentes a
Colombia.
Uno de los factores que limita en mayor medida la investigación y desarrollo en el área de materiales para la industria en
Colombia es la necesidad de utilizar equipos de alta tecnología, especialmente cuando se trata de investigaciones a nivel
atómico. Los altos costos de los equipos necesarios para desarrollar investigaciones a este nivel, sumados al hecho de que la
investigación de este tipo no es pertinente en el contexto nacional, limita el campo de acción en la investigación en el área
de materiales para aplicaciones industriales.
4
Mientras que la investigación de materiales metálicos y cerámicos en Colombia es escasa y tiende a disminuir debido al alto
costo de la materia prima y de los equipos necesarios, la investigación en materiales poliméricos se encuentra un poco más
avanzada dentro de la Escuela, presentando una potencial ventaja competitiva.
3.2.4.
Conocimientos tecnológicos y disciplinares para responder a las necesidades del área
El desarrollo del área de materiales para aplicaciones industriales y comerciales en la Escuela requiere una alta formación y
preparación en las ciencias básicas de ingeniería (matemáticas, física, química, materiales, procesos de manufactura,
desarrollo de productos, entre otros) y en tecnologías de obtención, transformación y procesamiento que den valor agregado
a los productos de forma eficiente y eficaz. Adicionalmente, es necesario generar y reforzar conocimientos encaminados a la
caracterización química, física, mecánica y térmica de los materiales.
3.2.5.
Presencia de la interdisciplinariedad en el desarrollo del área
Para que el Área de Materiales para aplicaciones industriales tenga un desarrollo apropiado es necesaria la intervención de
profesionales de:
-
Expertos en ciencias básicas de ingeniería (matemáticas, física, química, materiales, procesos de manufactura,
desarrollo de productos).
Técnicos y especialistas en temas tan diversos como la química de los elementos.
Profesionales en química de los procesos de extracción y transformación.
Profesionales en física del estado sólido.
En la etapa de transformación y caracterización es necesario contar con ingenieros mecánicos, civiles e industriales
especializados en cada uno de las áreas de interés.
3.2.6.
Ubicación Escalonada del Desarrollo proyectada para el área en los próximos 10 años
2009 – 2010
2010 – 2012
2012 – 2019
Formulación completa del Área de Materiales para aplicaciones industriales
Proyecto de mejoramiento de la infraestructura de los laboratorios y adquisición de equipos
Consolidación de la infraestructura y de la adquisición de equipos
Durante el período comprendido entre 2009 y 2019, se formularán proyectos de investigación acordes con las limitaciones de
los laboratorios y con las oportunidades que se presenten de acuerdo a las necesidades de la industria. Se espera que a
medida que las capacidades de los laboratorios sean mejoradas (a través de inversión institucional y de la ejecución de otros
proyectos de investigación), el alcance de los proyectos formulados sea cada vez mayor.
3.2.7.
Condiciones básicas para el desarrollo propuesto
Para que el Área de Materiales para aplicaciones industriales y comerciales tenga un desarrollo apropiado y logre
consolidarse dentro de la Escuela, se requiere:










4.
Mejoramiento de la infraestructura de los laboratorios
Adquisición de equipos
Conformación de un equipo de expertos que lidere las diferentes líneas del área
Conformación de un equipo de apoyo para los investigadores que incluya técnicos de laboratorio de tiempo
completo y de carácter permanente, así como también asistentes graduados de los programas de postgrado
relacionados con el tema específico de las investigaciones.
Disminución de procesos burocráticos para la adquisición de equipos
Descentralización de la ejecución de presupuestos en proyectos de investigación
Asignación de tiempos suficientes a los investigadores para la ejecución apropiada de los proyectos
Interacción interdisciplinaria entre los investigadores de diferentes Decanaturas
Disminución de la carga administrativa y/o institucional a los investigadores
Conformación de un área de soporte para la preparación y formulación de propuestas de investigación
BIBLIOGRAFÍA Y FUENTES
5
-
Principios fundacionales de la Escuela Colombiana de Ingeniería
Proyecto Educativo Institucional de la Escuela Colombiana de Ingeniería
Documento de Autoevaluación del Programa de Ingeniería Civil de la Escuela Colombiana de Ingeniería. 2004.
Perspectivas del desarrollo de la ciencia y tecnología de materiales. Víctor Manuel Cárdenas. Ecuador.
Videoconferencia con el Dr. Tim Osswald, Profesor Titular del Departamento de Ingeniería Mecánica de la
Universidad de Wisconsin – Madison (llevada a cabo el día Martes 2 de Junio de 2009)
http://www.engr.wisc.edu/me/faculty/osswald_tim.html
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