2015

Facultad de ingeniería civil

Materiales metálicos para la construcción.

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Contenido Introducción. ....................................................................................................................................... 5

¿Qué es Metal? ................................................................................................................................... 9

Características de los materiales metálicos. ....................................................................................... 9

Estructura de los metales. ................................................................................................................. 10

Clasificación de los metales............................................................................................................... 10

Ferrosos. ................................................................................................................................ 10

Productos siderúrgicos .......................................................................................................... 10

No ferrosos. ........................................................................................................................... 12

Clasificación ....................................................................................................................................... 12

Preciosos. .............................................................................................................................. 12

Materiales metálicos. ........................................................................................................................ 13

Minerales. .............................................................................................................................. 13

Preparación de los minerales. ............................................................................................... 13

Fundentes. ............................................................................................................................. 14

Procedimientos de obtención de metales. ........................................................................... 14

Purificación o afino. ............................................................................................................... 14

Propiedades de los metales. ............................................................................................................ 15

Fusibilidad ............................................................................................................................. 15

Forjabilidad. ........................................................................................................................... 15

Maleabilidad. ......................................................................................................................... 16

Ductilidad. ............................................................................................................................. 16

Tenacidad. ............................................................................................................................. 16

Facilidad de corte. ................................................................................................................. 17

Soldabilidad. .......................................................................................................................... 17

Oxidabilidad........................................................................................................................... 17

Hierro. ............................................................................................................................................... 17

Primeras materias. ................................................................................................................ 18

Fundentes. ............................................................................................................................. 19

Combustibles. ........................................................................................................................ 19

Obtención del hierro. ........................................................................................................................ 19

Forjas catalanas. .................................................................................................................... 19

Hierro dulce. .......................................................................................................................... 19

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Materiales de hierro .......................................................................................................................... 20

Chapas. .................................................................................................................................. 20

Roblones, pernos y clavos. .................................................................................................... 20

Alambres y cables. ................................................................................................................. 21

Aplicación para la conservación del hierro. ...................................................................................... 21

Galvanizado. .......................................................................................................................... 21

Emplomado. .......................................................................................................................... 22

Estañado. ............................................................................................................................... 22

Esmaltado. ............................................................................................................................. 22

Cementos. ............................................................................................................................. 22

Niquelado. ............................................................................................................................. 22

Aplicaciones del hierro. ..................................................................................................................... 23

Cobre. ................................................................................................................................................ 24

Obtención del cobre. ............................................................................................................. 24

Aleaciones del cobre. ............................................................................................................ 25

Aplicaciones del cobre........................................................................................................... 25

Estaño. ............................................................................................................................................... 25

Propiedades del estaño ......................................................................................................... 26

Plomo. ............................................................................................................................................... 27

Zinc. ................................................................................................................................................... 28

Aluminio. ........................................................................................................................................... 28

Metalurgia del aluminio ........................................................................................................ 30

Aleaciones de aluminio. ........................................................................................................ 30

Soldadura y fijación ........................................................................................................................... 31

Corrosión ........................................................................................................................................... 31

Níquel. ............................................................................................................................................... 32

Aleaciones. ........................................................................................................................................ 32

Bronce. .............................................................................................................................................. 33

Ratón. ................................................................................................................................................ 33

Duraluminio. ...................................................................................................................................... 33

Acero ................................................................................................................................................. 34

Aleaciones de acero. ............................................................................................................. 35

Aceros al cromo-níquel. ........................................................................................................ 35

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Aceros al cromo-molibdeno. ................................................................................................. 35

Aceros al cromo-níquel molibdeno. ...................................................................................... 36

Tipos de acero. .................................................................................................................................. 36

Acero corrugado .................................................................................................................... 36

Acero aleado o especial......................................................................................................... 36

Acero auto-templado ............................................................................................................ 37

Acero calmado o reposado ................................................................................................... 37

Acero de construcción ........................................................................................................... 37

Acero de rodamientos ........................................................................................................... 37

Acero dulce ............................................................................................................................ 37

Acero duro ............................................................................................................................. 38

Acero efervescente ............................................................................................................... 38

Acero fritado ......................................................................................................................... 38

Acero fundido o de herramientas ......................................................................................... 38

Acero indeformable .............................................................................................................. 38

Acero inoxidable .................................................................................................................... 39

Acero magnético ................................................................................................................... 39

Acero no magnético .............................................................................................................. 39

Acero moldeado .................................................................................................................... 39

Acero para muelles................................................................................................................ 39

Acero pudelado ..................................................................................................................... 40

Acero rápido .......................................................................................................................... 40

Acero refractario ................................................................................................................... 40

Acero suave ........................................................................................................................... 40

Aceros comunes .................................................................................................................... 40

Aceros finos ........................................................................................................................... 40

Aceros forjados ..................................................................................................................... 41

Materiales de aceros en la construcción........................................................................................... 41

Alambre Recocido ................................................................................................................. 41

Armado de castillos. .................................................................................................................. 41

Armado de Losas. ...................................................................................................................... 41

Armado de Zapatas. .................................................................................................................. 41

Acero Adicional de Armaduras .................................................................................................. 42

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Emparrillados ............................................................................................................................ 43

Traslapes. .................................................................................................................................. 43

Armado de Trabes. .................................................................................................................... 44

Armados de Silletas. .................................................................................................................. 44

Armado de Postes. .................................................................................................................... 44

Armado de Vigas y Columnas. ................................................................................................... 45

Clavo con Cabeza ....................................................................................................................... 46

Alambrón ¼ ............................................................................................................................... 46

Malla Electro-soldada ................................................................................................................ 47

Escalerilla ................................................................................................................................... 47

Varilla 4200 ................................................................................................................................ 47

Varilla 6000 ................................................................................................................................ 48

Castillo o Armex ........................................................................................................................ 48

Anillos ........................................................................................................................................ 49

Propiedades generales de los metales .............................................................................................. 49

Ventajas del metal como material de construcción.......................................................................... 51

Construcciones metálicas ...................................................................................................... 51

Propiedades generales. ..................................................................................................................... 52

Propiedades mecánicas. ........................................................................................................ 52

Propiedades térmicas. ........................................................................................................... 54

Propiedades eléctricas. ......................................................................................................... 54

Propiedades químicas. .......................................................................................................... 55

Conclusión. ........................................................................................................................................ 55

Bibliografía. ....................................................................................................................................... 56

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Introducción.

El hombre, en su afán de lograr mejores condiciones de vida, ha usado constantemente su ingenio durante su larga historia. Para lograr tal objetivo, mucho lo ha debido al uso de metales que ahora forman parte de nuestra vida cotidiana y, casi sin quererlo, hemos creado una dependencia tal que sería imposible hablar del desarrollo y avance de la civilización moderna sin el uso de metales y aleaciones.

Desde muy temprano por la mañana hacemos uso del metal, en los grifos del agua para asearnos, con sus recubrimientos de níquel y cromo, en los utensilios de la cocina, tales como los sartenes, cuchillos, cucharas, etc. Aun cuando lo olvidemos, sabemos que nuestra casa, así como todos los demás edificios, sean éstos pequeños o impresionantes rascacielos, están estructurados de acero, el cual actúa como un verdadero esqueleto que conforma, soporta y da resistencia a la construcción. Para el traslado a nuestro trabajo, lo hacemos usualmente en un medio de transporte fabricado en su gran totalidad de metal: autobús, coche, tren, etc. Si, mientras viajamos hacia nuestro trabajo, nos detenemos a pensar por un momento en la cantidad de metal que usa el transporte en el que vamos, nos sorprenderíamos al enterarnos de que es inmensa la cantidad de éste empleada en la carrocería, en el motor, con todo y sus componentes; incluso en el sistema de energía, como lo es el acumulador, encontramos metal en forma de láminas de plomo sumergidas en un medio ácido. Lo mismo podemos decir de los aviones que surcan los cielos actualmente, de los medios de transportes espaciales modernos y de los satélites, hechos todos ellos de aleaciones metálicas muy especiales.

Aquellos que laboran en una industria, se percatarán de que casi toda la instalación productiva está constituida de diversos metales: grandes reactores donde ocurren las transformaciones químicas operando a presiones y temperaturas elevadas, tuberías que transportan las materias primas así como los productos, tanques de almacenamiento, bombas, etc.

Por todo esto podemos decir, sin temor a equivocarnos, que aun y cuando se nos escape de la conciencia, vivimos en una civilización basada en el metal y que por lo tanto requerimos que los materiales metálicos en los cuales está basada dicha civilización industrial sean estables en nuestra atmósfera terrestre y que al menos duren en uso varios años.

Sin embargo, nosotros sabemos por experiencia que las cosas no son así. Los metales se degradan inexorablemente con el tiempo de muy diversas formas, dejan de ser funcionales, perdiendo sus propiedades decorativas o mecánicas. Algunos simplemente se disuelven en su totalidad en el medio que los envuelve.

De lo que muy poco nos percatamos es que el hombre desarrolla un esfuerzo grandioso para evitar que los metales de uso industrial básico para la sociedad se deterioren y vuelvan a su estado original (es decir, de metal combinado con algunos otros elementos activos tales como el oxígeno, azufre y cloro). Veremos

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más adelante que salvo contados metales, la mayoría de ellos son inestables en muchos de los ambientes encontrados en la Tierra. La misma atmósfera, el agua del mar, salmueras, las soluciones ácidas, neutras o alcalinas y cientos de otros ambientes causan el retorno del metal hacia una forma más estable, similar a la de los minerales.

El hombre invierte mucha energía para extraer el metal de los yacimientos encontrados en la Tierra. Pensemos en el balance térmico global empleado durante la extracción del hierro en los altos hornos a partir de un mineral de hierro oxidado, tal como la hematita, Fe2O3. Aquí el hombre invierte grandes cantidades de energía termoquímica con el fin de liberar el hierro del oxígeno con la ayuda de coque (carbono), obteniéndose como productos la liberación de bióxido de carbono, C02, escoria y el hierro primario, también llamado arrabio. En otros muchos procesos pirometalúrgicos tales como aquellos empleados para obtener cobre, zinc, níquel, plomo y otros metales, el consumo de energía ocurre de una manera similar. En estos procesos también se utilizan calor y atmósferas calientes como fuentes de energía para facilitar la obtención del metal. Otra manera alternativa para recuperar ciertos metales consiste en la descomposición de un electrolito por medio del paso de corriente eléctrica. Un electrolito es un medio iónico conductor de la electricidad. Puede ser una disolución acuosa de una sal conteniendo al metal de interés, por ejemplo, sulfato de cobre, o bien la misma sal fundida, la alúmina u óxido de aluminio como ejemplo. Esta descomposición ocurrirá, como se mencionó, por el efecto del paso de una corriente eléctrica a través del electrolito, dando como principal producto el depósito, en uno de los electrodos, del metal que estamos interesados en recuperar. De ésta y otras muchas maneras el hombre obtiene metal en forma libre, consumiendo por ello grandes cantidades de energía.

Sin embargo, y como el lector puede deducir, el estado de existencia más estable para un metal es su forma combinada, o dicho desde un punto de vista termodinámico, es el estado de más baja energía, ya sea en forma de óxido, sulfuro, cloruro, sulfatos o carbonatos. En realidad lo que nosotros hacemos para extraer el metal es ir en contra de una reacción que ocurre espontáneamente en la naturaleza, por ejemplo, la reacción de formación de un mineral oxidado. Muchas de las formas combinadas de los metales han permanecido tal y como las encontramos ahora por muchos miles de millones de años. Es muy posible que cuando los elementos aparecieron en el universo, poco tiempo después de la creación de éste, hará aproximadamente unos 15 mil millones de años, muchas de las especies metálicas comenzaron a reaccionar con otros elementos recién formados. Con el paso del tiempo y con la formación y estabilización de galaxias y sistemas solares, muchos planetas, y entre ellos el nuestro, acumularon una gran cantidad de metales en su interior, que fueron reaccionando con el medio ambiente y con la atmósfera reinante entonces. El paso de metal a forma combinada fue cosa de millones de años. Lentamente, el metal iba pasando de un estado inestable a uno más estable que es la forma combinada. Aunado a esta transformación espontánea venía un cambio en energía. El sistema en proceso de transformación cedía energía lentamente y pasaba a un estado de energía

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mínima, a un estado estable, en equilibrio. Industrialmente lo que hacemos hoy en día es suministrar al mineral o mena una cantidad de energía equivalente a la que la reacción cedió a través de mucho tiempo para pasar a la forma combinada. Al obtener un metal en forma libre volvemos al estado inicial. El metal libre, poseyendo una energía elevada y con fuertes tendencias a bajarla, tenderá a estabilizarse, reaccionando con el medio ambiente y volviendo a su forma de mineral original. El cobre, el cinc, el níquel, el cromo, el hierro, el aluminio, el plomo, el estaño y la mayoría de los metales ingenieriles que usamos, sufren esa tendencia después de ser obtenidos en su forma libre. Se puede decir, como una aceptable generalización, que cuanto mayor haya sido la cantidad de energía invertida en la obtención de un metal a partir de su mineral (térmica, eléctrica o de otro tipo), mayor será su tendencia a volver a combinarse para estabilizarse.

Es interesante el pensar que un pedazo de metal puede permanecer estable por un período indefinido, si es que se le mantiene en el vacío, es decir, en donde el metal no entre en contacto con ningún medio o sustancia, incluyendo al aire por supuesto. Parece ser que la gran mayoría de los metales adquieren esa estabilidad tan deseada sólo cuando se les aísla del ambiente terrestre. Si este aislamiento no ocurre, los metales pueden reaccionar con el medio ambiente y formar compuestos tal y como lo mencionamos anteriormente. Estos compuestos permanecen sobre la superficie del metal y son por lo general frágiles, de mal aspecto y fácilmente desprendibles, por ejemplo los óxidos del hierro, lo que origina una transformación continua del metal al repetirse periódicamente el proceso de oxidación. Sin embargo, esta forma de degradación metálica no es la única. Existen muy diversas formas por las cuales un metal o aleación deja de ser útil a consecuencia de su inestabilidad frente al medio. El metal bien puede disolverse lentamente y llegar a transformarse totalmente en otra especie (corrosión uniforme).

Asimismo, los metales, bajo ciertas condiciones, pueden formar grietas y romperse catastrófica y súbitamente al estar sujetos simultáneamente a un medio agresivo y a un esfuerzo mecánico moderado (corrosión bajo tensión). También pueden ser atacados muy localizadamente en forma de pequeños agujeros profundos que avanzan rápidamente, llegando a perforar gruesas secciones de estructuras metálicas, haciendo a éstas deficientes en sus propiedades mecánicas e inutilizándolas por completo (corrosión por picaduras). Los metales también pueden sufrir de fatiga con la consecuente pérdida de resistencia cuando son sometidos a esfuerzos periódicos (corrosión, fatiga) o fragilizarse súbitamente y ser inoperativos (fragilidad por hidrógeno). Es entonces precisamente cuando todos los conocimientos que se tienen de la lucha contra la corrosión deben de ser aplicados para que un metal o aleación perdure más años en servicio, sin transformarse rápidamente en formas combinadas (óxidos, sulfuros, etc.) o en sistemas degradados localizadamente que no cumplan con los requisitos exigidos a los metales o aleaciones originales, tales como resistencia, dureza, lustre, apariencia, etc.

Para tal fin se emplean diversas técnicas de protección tales como la alteración superficial de los metales, consistente en crear o provocar una barrera protectora

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producto del mismo metal, como es el caso del anodizado. En este proceso el metal puesto a proteger se oxida electrolíticamente, es decir, se le somete a condiciones tales que produce una película superficial de óxido del mismo metal, óxido que por lo general es de apariencia agradable, transparente, duro y muy protector; ejemplo, el aluminio anodizado. Asimismo, un metal dado puede combinarse o alearse con otros metales, no tanto con el fin de conseguir una alteración benéfica en sus propiedades mecánicas, sino para mejorar su resistencia a algún tipo de corrosión. Un ejemplo típico lo constituye el acero inoxidable, en donde el hierro se combina con elementos tales como el cromo, níquel, molibdeno, etc., los cuales incrementan notablemente la resistencia de esa aleación a degradarse químicamente.

También se puede aislar físicamente al metal del medio en que se encuentra expuesto. Esto se efectúa por medio de recubrimientos aislantes como las pinturas anticorrosivas. La mayoría de estas pinturas contienen, aparte de los elementos de una pintura convencional, sustancias que inhiben activamente el deterioro de un metal por corrosión, en caso de que la pintura presente algún defecto tal como porosidad, fractura, etc.

Debido a que los procesos de corrosión son en esencia electroquímicos, es decir, transformaciones químicas que se llevan a cabo en presencia de diferencias de potencial eléctrico (tema que trataremos con más detalle en los capítulos siguientes), también se puede alterar la velocidad de corrosión de un metal al modificar las diferencias de potencial eléctrico existentes. A las técnicas que tratan acerca de este sistema de protección metálica se las conoce como protección catódica y anódica. Por último, al proceso de aplicar ciertas sustancias orgánicas e inorgánicas a la superficie del metal, que adhiriéndose a ella aminoran la velocidad con que el metal se transforma a un compuesto poco servible, se le conoce como inhibición de la corrosión.

Queremos poner énfasis en que la estabilidad de los metales está determinada por lo que sucede en la interface entre el metal y el medio agresivo y que, en muchos casos, la resistencia interna de un metal está influenciada a largo plazo por los sucesos que suceden en esta interface. La mayor parte de las degradaciones que un metal o aleación sufren en su apariencia o en su resistencia mecánica comienza pues en su superficie.

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¿Qué es Metal?

Un metal es definido como un material en el que existe un solapamiento entre la banda de valencia y la banda de conducción en su estructura electrónica desde el punto de vista científico.

Los metales “son materiales con alta conductividad térmica y eléctrica”. Son materiales con múltiples aplicaciones que ocupan un lugar destacado en nuestra sociedad. Se conocen y se utilizan desde tiempos prehistóricos, y en la actualidad contribuye una pieza clave en todas las actividades económicas.

La ciencia de materiales define un metal como un material en el que existe un solapamiento entre la banda de valencia y la banda de conducción en su estructura electrónica (enlace metálico). Esto le da la capacidad de conducir fácilmente calor y electricidad, (tal como el cobre) y generalmente la capacidad de reflejar la luz, lo que le da su peculiar brillo. En ausencia de una estructura electrónica conocida, se usa el término para describir el comportamiento de aquellos materiales en los que, en ciertos rangos de presión y temperatura, la conductividad eléctrica disminuye al elevar la temperatura, en contraste con los semiconductores.

El metal se refiere tanto a elementos puros, así como aleaciones con características metálicas, como el acero y el bronce. Los metales comprenden la mayor parte de la tabla periódica de los elementos y se separan de los no metales por una línea diagonal entre el boro y el polonio. En comparación con los no metales tienen baja electronegatividad y baja energía de ionización, por lo que es más fácil que los metales cedan electrones y más difícil que los ganen.

Características de los materiales metálicos.

Son materiales sólidos policristalinos (cristales metálicos)

Se obtienen por procesados de minerales que contiene compuestos metálicos (óxidos, carbonatos, sulfuros).

La Metalurgia trata las operaciones necesarias para separar los metales (mena) de las impurezas (ganga).

El enlace metálico condiciona sus propiedades.

Son densos, isótropos, impermeables y susceptibles de corroerse y oxidarse. Conducen el calor y la electricidad.

Presentan defectos cristalinos (impurezas y dislocaciones).

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y tienen un comportamiento mecánico elasto-plástico.

Son dúctiles, tenaces y maleables.

Estructura de los metales.

Escala atómica

Están compuestos por átomos metálicos, que ceden fácilmente electrones y forman enlaces metálicos.

Escala microestructural

Los cristales metálicos perfectos son frágiles.

La existencia y cantidad de defectos modifican su comportamiento

Las dislocaciones (defectos lineales) aumentan la plasticidad y reducen la resistencia.

Las impurezas y el menor tamaño de grano aumentan la resistencia y la fragilidad.

Clasificación de los metales

Ferrosos.

Son aquellos materiales que tienen al hierro como elemento principal en su composición. (Aceros y Hierros fundidos).

Los metales son aleaciones, es decir, son mezclas de diferentes metales con elementos que no son metálicos. Estos se encuentran en la corteza del planeta, formando parte de los distintos minerales. Por su parte, los minerales son la mezcla química de diferentes elementos de tipo inorgánico que tienen lugar de manera espontánea.

Productos siderúrgicos

Todos los metales, excepto el oro, la plata y el platino que podemos encontrarlos de manera libre en la naturaleza, el resto de ellos, son producidos partiendo de los minerales en la industria de la metalurgia.

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Se conoce como metal ferroso, a aquel mineral que tiene por origen el óxido de hierro. En cambio, se conoce como materiales aleados son generalmente el carbono, silicio, azufre y fósforo.

Los metales ferrosos se producen por fundición siguiendo una serie de pasos después de la preparación y el enriquecimiento de los minerales de los cuales vamos a obtener los metales. Los pasos son:

Trituración: Se cambia el tamaño en máquinas conocidas como molinos de mandíbula.

Clasificación: se clasifican y separan en según los distintos grosores.

Calcinación: a través del proceso de calcinación (calor) se consiguen eliminar las posibles impurezas.

Lavado: El lavado se realiza después de la calcinación, consiguiéndose eliminar del todo las impurezas a través del lavado con el agua.

Separación: Se separa y extrae el hierro de los minerales a través de los electroimanes.

Tostado: A través del calor, se tiene lugar las acumulaciones de las diferentes partículas del mineral, dejándolas listas para la fundición.

El combustible que se suele utilizar para la fundición es el carbón mineral, también llamado, coke. Las sustancias minerales que se combinan con la fracción de minerales que no tienen interés en la economía (conocidos como “ganga”), se conocen como fundentes.

Los productos que tienen lugar a través de estos procesos son:

Hierro fundido: También se conoce como hierro colado. Es una fundición y posee diferentes tipos como la fundición gris, la blanca, y las ferroaleaciones. La fundición gris es utilizada para moldear. Se le otorga el nombre de gris, debido al color que le da el grafito. En el caso de la fundición blanca, la cual también se conoce como arrabio, se consigue a través del carburo de hierro, y su principal utilidad está en la participación en la producción del acero. Las ferroaleaciones poseen en su composición un contenido alto en silicio y magnesio. Principalmente se usan como aditivos en otras fundiciones.

Escorias: Las escorias son residuos de tipo ácido que contienen en su composición gran parte de sílice. Suelen venir usadas en construcción, como ladrillos por ejemplo.

Acero: El acero común es un producto que no contiene impurezas y ha sido descarbonatado, procediendo de la fundición blanca.

Aceros de gran resistencia: Estos tipos de aceros se obtienen partiendo de procesos que aumentan su límite elástico, lo que les proporciona mayor resistencia.

Aceros de dureza natural: Se obtienen a través de procesos de laminado, con presencia de calor.

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Acero inoxidable: Son aleaciones formadas, principalmente por hierro y cromo. Es altamente resistente frente a corrosiones y otras agresiones externas.

Acero galvanizado: Se trata de un tratamiento que se hace en la superficie del acero dentro de un baño con electrolitos.

No ferrosos.

Son aquellos materiales que no tienen al hierro como elemento principal en su composición. (Aluminio y sus aleaciones, cobre y sus aleaciones, zinc y sus aleaciones, magnesio y sus aleaciones, níquel y sus aleaciones, etc.)

Clasificación Se pueden clasificar en tres grupos:

Metales no ferrosos pesados: Son aquellos cuya densidad es igual o mayor a 5 gr/cm3. Se encuentran en este grupo el cobre, el estaño, el plomo, el cinc, el níquel, el cromo y el cobalto.

Metales no ferrosos ligeros: Tienen una densidad comprendida entre 2 y 5 gr/cm3. Los más utilizados son el aluminio y el titanio.

Metales no ferrosos ultraligeros: Su densidad es menor a 5 gr/cm3. Se encuentran en este grupo el berilio y el magnesio, aunque el primero de ellos raramente se encuentra en estado puro, sino como elemento de aleación.

Todos estos metales no ferrosos, es estado puro, son blandos y poseen una resistencia mecánica bastante reducida. Para mejorar sus propiedades, los metales puros suelen alearse con otros.

Preciosos.

Son aquellos que se encuentran en estado libre de la naturaleza, es decir, no se encuentran combinados con otros elementos formando compuestos. El oro, (AU), el paladio, (pd) platino, /Pt), y el rodio, (Rh).

Los metales que se emplean en la construcción deben cumplir con una serie de características como lo son su fácil obtención, el ser moldeables y con ciertas

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resistencias físicas y químicas. Entre los materiales metálicos utilizados en la obra podemos citar:

Hierro, Plomo, Cobre, Zinc, Estaño, Acero, Aluminio

Materiales metálicos.

Los metales más usados en la construcción son el hierro, plomo, zinc, cobre, estaño y aluminio.

La metalurgia trata de las operaciones mecánicas y químicas necesarias para la extracción de los metales de los minerales y el estudio de las propiedades de los metales con relación a sus aplicaciones, como densidad, dureza, elasticidad tenacidad, conductividad, etc.

Minerales.

Los metales raramente se encuentran nativos en la naturaleza en cantidad suficiente para poder ser empleados industrialmente, hallándose combinados químicamente con otros cuerpos de composición muy variada, formando la mena, a la que acompañan otras substancias de naturaleza terrea, llamada ganga, y el conjunto de la mena y la ganga es lo que constituye el mineral.

Para obtener un metal hay que efectuar con los minerales una serie de operaciones que consisten en separar la mena de la ganga y después aislar el metal. Al conjunto de estas operaciones se llama metalurgia, y cuando se trata de obtener exclusivamente el hierro, siderurgia.

Preparación de los minerales.

Hay que someter a los minerales a una serie de operaciones cuya finalidad es separar la ganga de substancias terreas que les acompañan, en instalaciones denominadas lavaderos de mineral, y son los siguientes:

Trituración: Extraído el mineral, se fragmenta a diversos tamaños mediante machacadoras de mandíbulas, quebrantadoras, bocartes, molinos, etc.

Lavado: Consiste en poner el mineral en suspensión en el agua en movimiento, con lo cual se depositan o son arrastrados, según sus densidades, empleándose cajas, mesas y cribas de sacudidas.

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Separación: Por el magnetismo, atracciones electrostáticas, flotación mediante espumas que engloban los minerales.

Calcinación: se practica para aumentar la porosidad, desecar, eliminar algún elemento nocivo volátil y verificar una oxidación previa para su mejor extracción.

Fundentes.

Son los cuerpos añadidos a los minerales para que se combinen con las gangas y cenizas de los combustibles, dando compuestos fácilmente fusibles llamados escorias, pues de no añadirse, se combinarían con las gangas, perdiéndose gran parte del metal. La naturaleza del fundente depende de la ganga del mineral y de la temperatura a la que se desea que se verifique la función. Si es acida (silícea o aluminosa), se emplea un fundente básico, como el carbonato cálcico. Si la ganga es básica, se le funde silícico, arcilla, pizarra arcillosa, arsénica. La mezcla del mineral y fundente se hace antes de cargar los hornos.

Procedimientos de obtención de metales.

Los procedimientos generales son:

1) Reducción de óxidos por el carbono 2) Tostación de los sulfuros 3) Dosiacion por el calor 4) Por sustitución mediante aluminotermia, mezclando un oxido con un

aluminio en polvo, encendiendo con un punto. 5) Por electrolisis

Purificación o afino.

Los metales obtenidos por primera vez están impurificados por otros cuerpos, los cuales se separan por licuación, por tener distinto punto de fusión; por oxidación de las impurezas a gran temperatura y, finalmente, por electrolisis, colocando como ánodo el metal impuro, y como cátodo, una placa del mismo metal puro u otro metal fácilmente separables, quedando las impurezas disueltas en el electrolito o precipitado en forma de fangos anódicos.

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Propiedades de los metales.

Los metales corrientemente empleados en construcción reúnen una serie de propiedades generales que vamos a indicar, y a la vez su determinación.

Para poder ser empleados industrialmente deben ser, además de fácil obtención, el darles formas más apropiadas, según su empleo, y el de alcanzar ciertas resistencias.

La forma se comunica a los metales fundiéndolos colando en moldes, donde solidifica y enfría según su mayor o menor fusibilidad; por medios mecánicos a elevadas temperatura, según su forjabilidad; en frio, según su maleabilidad, y, finalmente, por separación y acoplamiento, según las propiedades de fácil corte y soldadura.

Las otras propiedades de los metales, como el color, dureza, térmicas, eléctricas, químicas, etc., se describirán en el estudio de las propiedades de cada metal.

Fusibilidad

La facilidad de poder emplear este procedimiento es tanto mayor cuanto más bajo sea su punto de fusión y cuantos más pequeños sean el calor específico y el calor de fusión. El metal en estado líquido debe tener cierta fluidez, para que penetre en los huecos más pequeños. Interesa mucho conocer la contracción de volumen para que no queden espacios vacíos o rechupados, y también que no desprenda gases del metal que se solidifica, pues proyecta trozos fuera del molde, dejando huecos y desgarros denominados venteaduras.

Se determinan numéricamente el punto de fusión, calor especifico, contracción por medidas de temperatura y longitudes con aparatos apropiados. La fluidez puede apropiarse colando el metal en una canal en forma de espiral y observando hasta que longitud llega a llenar el molde.

Forjabilidad.

Es la capacidad para poder soportar un metal en estado sólido, en caliente, una variación de su forma por acciones mecánicas de martillos, laminadores y prensas, sin pérdida de la cohesión. Depende de la dureza, limite elástico, conductividad para el calor, etc., no conociéndose medida para apreciarla, haciéndose pruebas de forja empíricas, que consisten en reducir a una torta, valiéndose de la forja, una pieza de prueba colada en un molde apropiado, no debiendo agrietarse en los moldes. Cuando no se puede forjar en caliente o en

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frio, se dice que es frágil o quebradizo en caliente o en frio, siendo debido a la presencia de impurezas.

En el acero la forjabilidad y maleabilidad dependen de la composición química, siendo los de pequeño tanto por ciento de carbono y poco aleados los que mejor se puedes deformar, ofreciendo poca resistencia y siendo el valor límite para la forja l,7 de 100 de carbono.

Elevados tanto por ciento de azufre y oxigeno hace que el acero sea quebradizo al rojo. La modificación de la forma se hace paulatinamente para transformar la textura, y a temperaturas a inferiores a 900° se necesita aumentar la fuerza deformante.

Maleabilidad.

Es la propiedad de los elementos de poder modificar su forma a la temperatura ordinaria por acciones mecánicas de martillado, estirado y laminado. La diferencia que existe entre la forjabilidad y la maleabilidad es que en la primera se puede modificar la forma hasta donde se quiera, mientras la temperatura de la pieza no desciende más que lo necesario para ello, y en la segunda queda limitada en una fase determinada por la pérdida de la maleabilidad, volviéndose duro y quebradizo (agrio), y es necesario devolverle, mediante un recocido, la maleabilidad primitiva. Se ensaya la maleabilidad mediante pruebas análogas a las de forjabilidad. La prueba de embutir se hace produciendo con un martillo una abolladura en una chapa, y no deben presentarse grietas. En el hierro, cuando es quebradizo en frio se atribuye a excesivo tanto por ciento de fosforo.

Ductilidad.

Es la propiedad de poderse alargar un cuerpo en la dirección de su longitud, convirtiéndose en alambre o hilos. Depende de la tenacidad, siendo necesario tengan un límite aparente de elasticidad bajo y sean resistentes y mediante blandos.

El estirado del metal, pasando por los orificios de una hilera, se hace en frio, porque la resistencia disminuye generalmente con la temperatura. El metal estirado en hilera se endurece y vuelve frágil (agrio), debiendo ser recocido y desoxidado por decapado o inmersión en un ácido.

Los metales más dúctiles son los preciosos: oro, plata, platino, siguiendo el orden de ductilidad el aluminio, hierro, cobre, zinc, estaño y plomo.

Tenacidad.

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Es la resistencia a la rotura por tracción que tienen los cuerpos, debido a la cohesión de las moléculas que los integran, expresándose en kilogramos por milímetro cuadrado. La aumentan los tratamientos mecánicos de martillado, laminado y trefilado y ciertas proporciones de otros cuerpos o impurezas, como el carbono en el hierro para convertirlo en acero; en cambio otros lo disminuyen, como el azufre. La elevación de temperatura disminuye la tenacidad.

Facilidad de corte.

Es la propiedad de poderse separar en pedazos con herramientas cortantes. Los metales que no posean esta propiedad, al cortarles se desprenden trozos irregulares. Los metales muy duros, en general no se prestan al corte, y los muy blandos, como el plomo, se adhieren al filo de la herramienta (empastan) impidiendo la formación de un corte liso.

Soldabilidad.

Propiedad de ponerse unir por presión dos metales hasta formar un trozo único. Esta unión solo puede hacerse a elevada temperatura, presentando la dificultad de poder formar, al calentar los trozos a unir, una capa de óxido que impida el contacto. Se evita empleando substancias como el bórax (polvos de soldar), que esparcidos por las piezas antes de la soldadura, forman una escoria muy liquida que disuelve los óxidos y escapa al aproximar los trozos a soldar.

La soldadura se puede hacer al rojo mediante al martillo o forja, y por fusión, mediante el soplete (autógena), electricidad o aluminotermia.

Oxidabilidad.

Por la acción del oxígeno del aire se oxidan todos los metales menos los nobles (oro, plata, platino), recubriéndose de una capa de óxido o de carbonato, y si es impermeable, le protege al resto del metal, como el zinc, aluminio, plomo, cobre, etc., pero si es permeable la capa de óxido, como el hierro, se forma la herrumbre u orín, penetrando hasta el interior, destruyendo con el tiempo todo el metal. Se evita aleándolos con otro metal o recubriéndolo con pinturas u otros metales.

Hierro.

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Es reconocido como un elemento de la tabla periódica con el símbolo de “Fe” pero en la industria, el hierro son las aleaciones de este con otros que lo acompañan en forma de impurezas añadidas para modificar sus propiedades. El hierro es muy abundante en la Tierra, aunque son pocas veces que se encuentra en su forma pura. Éste puede ser obtenido en estado sólido por procesamiento de forjas o en estado líquido en los altos hornos. En una obra de construcción su función es de cimentación pues al ser un material muy resistente de soporte a grandes estructuras, esto se explica que se necesita para absorber los esfuerzos de tracción fundamentalmente y en algunos casos los de la compresión, se colocan las armaduras de las estructuras de hormigón armado, para esto el hierro utilizado ha de ser del tamaño adecuado y conformado de manera tal que satisfaga la finalidad con la que se coloca. A si mismo debe de presentar una gran superficie de adherencia para lograr un reparto uniforme de las tensiones. Ello hace que se recurra a las barras de pequeño diámetro. El empleo de tales secciones hace que se recurra al trafilado para obtenerlas. Este procedimiento consiste en hacer pasar una barra de cierto diámetro por perforaciones troncocónicas practicadas en piezas de acero extra duro; estas perforaciones son de diámetro progresivamente decreciente. Las pastillas de material extra duro reciben el nombre de trafilas, y la operación trafilado.

Primeras materias.

Para la obtención del hierro se necesitan, además de los minerales ferrosos, otras substancias, como los fundentes y carbón.

Los minerales del hierro más importantes son:

Oxido ferroso férrico: llamado también magnetita o piedra imán, de color negro más o menos brillante. Contiene del 45 al 70 de 100 de hierro, y como impurezas, azufre y fosforo. Densidad, 4, 9-5, 2; cristaliza en el sistema cubico.

Oxido férrico anhídrido: hematites roja en forma cristalina o hierro oligisto, de color rojizo en terrosa ocre rojo. Su contenido en hierro es de un 40-65 por 100, y muy pocas cantidades de fosforo y azufre.

Oxido férrico hidratado: o hematites parda o limonita; se halla en forma terrosa más o menos compacta y en forma de esferitas u olicita (limonita). El contenido en hierro oscila del 30 al 45 por 100 y algo de fosforo.

Carbonato ferroso: siderosa o hierro espático, suele contener hasta un 40 por 100 de hierro, de color pardo amarillento; le acompañan el manganeso, cromo y arcilla, formando la esferosiderita, terrosa, de color pardo, y con el

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carbono forman el llamado hierro de las hulleras o hierro carbonoso litoideo, siendo de frágil reducción.

Fundentes.

Cuando la ganga del mineral es acida se agrega fundente básico, como el carbonato cálcico, llamado castina, y si es básica, el fundente debe ser acido, como arcillas, arenisca, denominado erbua.

De no añadir el fundente, la escoria estaría formada por silicatos aluminicos-ferricos, perdiéndose hierro, y con los fundentes el silicato que se forma es aluminico-calcico.

A veces se añade manganeso para rebajar el punto de fusión y comunicarle a la vez mayor dureza.

Combustibles.

En los altos hornos se puede emplear generalmente coque metalúrgico. En los países ricos en bosques, el carbono de madera, y donde se dispone de energía eléctrica abundante, la electricidad en altos hornos eléctricos.

Obtención del hierro.

El hierro puede ser obtenido en estado sólido por el procedimiento de las forjas catalanas, o en estado líquido en altos hornos.

Forjas catalanas.

Por este procedimiento se obtiene hierro dulce o forjable y también acero, pero es solo aplicable a minerales muy ricos, por ser de escaso rendimiento, y ya no tiene nada más, y ya no tiene nada más que valor histórico.

Hierro dulce.

Se llaman así a los productos ferrosos que tienen la propiedad de poder ser martillados y forjados al rojo, soldándose por forja, y no se templan o endurecen al

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enfriarlo bruscamente. Su contenido en carbono oscila en 0,05 al 0,1. Funde de temperatura mayor de 1.500° y es poco tenaz.

Materiales de hierro

Chapas.

Llamadas palastros, tienen un espesor de 5 a 25 mm; también reciben el nombre de planchas. La numeración de las chapas es inversa; es decir, que a medida que aumenta la numeración disminuye el espesor. En el comercio se expenden en condiciones naturales, denominadas chapas negras, o recubiertas con una baña de zinc, llamado hierro galvanizado; popularmente se las conoce por chapas de zinc, pero no debe confundírselas con las de ese metal. Las chapas onduladas de hierro galvanizado están muy difundidas en el país, para usos diversos; estas chapas tienen un largo corriente de 2 metros con una onda de parábola. La chapa estriada o estampada es de acero dulce y en una de sus caras tiene estrías en relieve formando rombos de 2 mm., de espesor y de 5 mm., de ancho; son usadas para escalones, pasarelas, tapas de cámaras, etc. La chapa desplegada, comúnmente llamada metal desplegado, se fabrica haciendo cortes al tresbolillo y estirando; se forman mallas romboidales de muchas aplicaciones, como cielorrasos armados, etc., hojalatas son chapas negras recubiertas de estaño; sus espesores varían de 0,2 a 0,8 mm.

Roblones, pernos y clavos.

Los roblones, llamados también remaches, están formados por un cuerpo cilíndrico y una cabeza que afecta la forma de media esfera, de un casquete esférico, de gota de sebo o de cabeza perdida; en el otro extremo del cilindro se remacha la cabeza en caliente una vez colocado en la pieza. El diámetro del cilindro es variable entre 3,17 mm. (1/8”) y 24,5 mm. (1”) y el largo mínimo de 2,5 veces el diámetro. Los pernos se conocen por bulones y tornillos, según si llevan o no ranurada la cabeza para el destornillador. Los bulones están formados por un cilindro fileteado en casi toda su longitud y una cabeza fija, completados por una tuerca y una arandela. Los bulones pueden tener la cabeza de forma cuadrada y tuerca cuadrada, cabeza hexagonal y tuerca igual, cabeza redonda y tuerca cuadrada o hexagonal. Cuando el cuerpo está fileteado, excepto una pequeña zona en su parte media y carece de cabeza, se denomina prisionero. Los tornillos, de tamaño menor que los anteriores y cuerpo fileteado, tienen cabeza redonda, cabeza perdida troncocónica, con tuercas cuadradas o hexagonales, llevan ranura en la cabeza para destornillador. Otro tipo de tornillo es el que se aplica en las maderas; tiene la cabeza como las del anterior, el cuerpo a partir de ella es

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cilíndrico y luego cónico fileteado, terminando en punta. Los clavos constan de un cuerpo cilíndrico liso, terminado en punta en un extremo y una cabeza, en casquete esférico, cabeza perdida; los hay también en forma de L, llamados escarpia, de cabeza grande, llamados también tachones, y las tachuelas de cabeza chata y cuerpo cónico o piramidal. El largo de los clavos comunes varía entre 25 mm. Y 305 mm., se fabrican con alambre de acero estirado en frío y sin recocer.

Alambres y cables.

Los cables están formados por la reunión de alambres de acero enrollados alrededor de un alma de cáñamo o de alambre dulce, formando cordones; varios de estos cordones reunidos por torsión indeformable constituyen los cables. El enrollado de los cordones se efectúa de derecha a izquierda y éstos en conjunto, para formar el cable, de izquierda a derecha, para que no se desenrollen. Los alambres se empalman por soldadura y la resistencia es casi la suma de los alambres que forman el cable.

Aplicación para la conservación del hierro.

El hierro es un metal que se oxida muy fácilmente por la acción de la humedad, formando poco apoco una película de óxido hidratado que debilita el hierro. En las playas marítimas también es fácil la oxidación, debido al aire yodado y las emanaciones salinas, que también lo atacan oxidándolo. Los metales se protegen de la oxidación recubriéndolos con pinturas, galvanizado, emplomado, estañado, esmaltado y con cementos. Previo al tratamiento protector, el metal debe ser perfectamente limpiado, a fin de obtener una mejor adherencia. Para ello se los puede tratar con un chorro de arena fina a presión, cepillos de acero pasados a mano o a máquina, o con reactivos químicos, como el ácido fosfórico, que provee la industria bajo el nombre de líquidos desoxidantes; puede prepararse en solución acuosa al 10 %. Los reactivos químicos tienen la ventaja de efectuar una limpieza prolija hasta donde no siempre se puede llegar por los otros medios, debido a la forma de las piezas.

Galvanizado.

Es el procedimiento más generalizado; consiste en recubrir con una película de zinc, para lo cual y previamente limpias, se sumergen las piezas caldeadas en un baño de zinc fundido que se cubre con una capa de cloruro de amonio para que no arda; después de unos segundos se retira el hierro hasta el total enfriamiento.

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Las chapas onduladas de hierro galvanizado o zincado, tan comunes, son un ejemplo de este procedimiento. El galvanizado o zincado se deteriora con el hollín de las chimeneas, el agua de mar y algunas veces con la acción corrosiva de los productos sulfurosos del hierro, por lo que debe rechazarse toda pieza que presente señales de corrosión.

Emplomado.

No es un procedimiento muy recomendable, pues el plomo adhiere poco con el hierro; menos que el zinc y que el estaño.

Estañado.

Es algo mejor que el plomo, pero no tiene gran duración. El aspecto que da al hierro es más agradable que el del zinc o el plomo.

Esmaltado.

Consiste en recubrir el hierro con un producto vidriado. Una vez bien limpio y seco el metal, se recubre con una capa constituida por feldespato, cuarzo, bórax y arcilla, que una vez seca se introduce en el horno hasta la fusión. Al enfriarse se aplica otra mano de terminación por inmersión en un baño de cuarzo, bórax, sosa, y óxido de zinc, plomo, etc., según el color deseado, volviendo a calentar hasta la fusión. Ejemplos de este procedimiento son las cacerolas para cocinar, artefactos de baño, etc.

Cementos.

El recubrimiento del hierro por una capa de cemento, tiene la ventaja de no necesitar una limpieza previa. El cemento Portland posee la propiedad de absorber las pequeñas capas de óxido. Se ha comprobado en demoliciones efectuadas en la Capital Federal, que en hierros involucrados dentro del hormigón no solamente fue contenido el principio de oxidación sino que la pieza se retiró relativamente limpia de óxidos. Es útil siempre que el manipuleo sea poco, pues se descascara y no resiste la acción de los aceites grasos.

Niquelado.

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Es otro procedimiento de protección del hierro, muy usado, especialmente porque mejora mucho su aspecto. Fundamentalmente se emplea en la producción de aceros, consistentes en aleaciones de hierro con otros elementos, tanto metálicos como no metálicos, que confieren distintas propiedades al material. Se considera que una aleación de hierro es acero si contiene menos de un 2% de carbono; si el porcentaje es mayor, recibe el nombre de fundición.

Aplicaciones del hierro.

El hierro es el metal más usado, con el 95% en peso de la producción mundial de metal. Es indispensable debido a su bajo precio y dureza, especialmente en automóviles, barcos y componentes estructurales de edificios. El acero es la aleación de hierro más conocida, siendo éste su uso más frecuente. Las aleaciones férreas presentan una gran variedad de propiedades mecánicas dependiendo de su composición o el tratamiento que se haya llevado a cabo.

Los aceros son aleaciones de hierro y carbono, en concentraciones máximas de 2.2% en peso Aproximadamente. El carbono es el elemento de aleación principal, pero los aceros contienen otros elementos. Dependiendo de su contenido en carbono se clasifican en:

Acero bajo en carbono. Menos del 0.25% de C en peso. Son blandos pero dúctiles. Se utilizan en vehículos, tuberías, elementos estructurales, etcétera. También existen los aceros de alta resistencia y baja aleación, que contienen otros elementos aleados hasta un 10% en peso; tienen una mayor resistencia mecánica y pueden ser trabajados fácilmente o Acero medio en carbono. Entre un 0.25% y un 0.6% de C en peso. Para mejorar sus propiedades son tratadas térmicamente.

Son más resistentes que los aceros bajos en carbono, pero menos dúctiles; se emplean en piezas de ingeniería que requieren una alta resistencia mecánica y al desgaste.

Acero alto en carbono. Entre un 0.60% y un 1.4% de C en peso. Son aún más resistentes, pero también menos dúctiles. Se añaden otros elementos para que formen carburos, por ejemplo, con wolframio se forma el carburo de wolframio, WC; estos carburos son muy duros. Estos aceros se emplean principalmente en herramientas.

Hay una serie de aceros a los que se les añaden otros elementos aleantes (principalmente cromo) para que sean más resistentes a la corrosión, se llaman aceros inoxidables. Cuando el contenido en carbono es superior a un 2.1% en peso, la aleación se denomina fundición. Generalmente tienen entre un 3% y un

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4.5% de C en peso. Hay distintos tipos de fundiciones (gris, esferoidal, blanca y maleable); según el tipo se utilizan para distintas aplicaciones: en motores, válvulas, engranajes, etcétera. Por otra parte, los óxidos de hierro tienen variadas aplicaciones: en pinturas, obtención de hierro, la magnetita (Fe3O4) y el óxido de hierro III en aplicaciones magnéticas, etcétera.

Cobre. Las propiedades de este metal son:

Es uno de los metales no ferrosos de mayor utilización. Tiene un color rojo-pardo.

Su conductividad eléctrica es elevada (solo superada por la plata)

Su conductividad térmica también es elevada.

Es un metal bastante pesado, su densidad es 9 5 gr/cm3.

Resiste muy bien la corrosión y la oxidación. Es muy dúctil y maleable.

Obtención del cobre.

Los minerales más utilizados para obtener cobre son sulfuros de cobre, especialmente la calcopirita. También existen minerales de óxido de cobre, destacando la malaquita y la cuprita. Los minerales de cobre suelen ir acompañados también de hierro.

Existen dos métodos de obtención del cobre

La vía húmeda

La vía seca

A. Vía húmeda: Se emplea solamente cuando el contenido de cobre en el mineral es muy reducido (menos de un 10%). Consiste en triturar todo el mineral y añadirle ácido sulfúrico y aplicar a la mezcla el proceso de electrólisis (es decir, aplicar una corriente continua introduciendo dos electrodos en la mezcla).

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B. Vía seca: Se emplea solamente cuando el contenido de cobre supera el 10%. Consta de las siguientes fases:

Se tritura el mineral, se criba y se muele hasta reducirlo a polvo.

Se introduce en un recipiente con agua abundante, donde se agita para eliminar la ganga que flota.

La mena que quede se lleva a un horno de pisos donde se oxida para eliminar el hierro presente. De este modo se separa el cobre del hierro

A continuación se introduce el mineral de cobre en un horno donde se funde. Luego se añade sílice y cal que reaccionan con el azufre y restos de hierro, formando la escoria que flota y se elimina. El cobre líquido que se encuentra debajo se denomina cobre bruto, cuya pureza es del 40%.

Por último, para obtener un cobre de alta pureza se somete el líquido a un proceso electrolítico.

El cobre tendrá una pureza del 99,9%.

Aleaciones del cobre.

Bronces: Son aleaciones de cobre y estaño; y en ocasiones, de otros elementos. Es mucho más duro resistente que el cobre.

Latones: Son aleaciones de cobre y cinc

Cuproaluminio: Son aleaciones de cobre ya aluminio. Son muy resistentes a la oxidación y la corrosión.

Aplicaciones del cobre.

Su principal aplicación es como conductor eléctrico. Pues su ductilidad le permite transformarlo en cables de cualquier diámetro.

Por su alta resistencia a la oxidación se emplea en instalaciones de fontanería, tuberías y calderas.

Estaño.

Es blanco brillante. A temperatura ordinaria es muy resistente al aire húmedo y seco. A elevadas temperaturas forma el óxido de estaño.

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El Estaño en construcción se emplea para recubrir interiormente los tubos de Plomo destinados a la conducción de agua potable, y en forma de aleaciones, con el cobre formando bronce, y con el plomo, los de soldar y tapones fusibles.

Las soldaduras blandas o blancas se componen de partes iguales de estaño y plomo, y se denominan hojalateros por emplearse en esta industria.

Las soldaduras fuertes o amarillas se componen de estaño, cobre, zinc y se emplean para soldar el hierro, cobre y latón.

Propiedades del estaño

Resistencia a la tracción.

Muy maleables.

Poco dúctil y resistente.

El estaño a menudo significa hierro, como hierro contraído.

El estaño no es un material para la construcción apropiado dado que es débil y caro. El estaño es usado un poco en construcciones prefabricadas.

El estaño o Sn es un metal blando, muy maleable y que se funde a bajas temperaturas. Por estas características que facilitan su empleo es frecuentemente elegido para la soldadura y la aleación con otros metales, que dan como origen al bronce por ejemplo: por su maleabilidad, también pueden realizarse capas finísimas de este metal, como por ejemplo para la cobertura de las tapas de botellas o en etiquetas.

Además, el estaño es un metal que no se oxida simplemente, presentando el beneficio de ser altamente resistente a la corrosión en muchos medios, motivo por el que es usado para la protección de otros metales, como por ejemplo en la película protectora que cubre el interior de latas y envases de hierro o cobre.

Expuesto al aire, el estaño tiene la propiedad de formar una película de óxido estánico que le brinda una protección superficial. Este compuesto, permite opacar el brillo y otorgar ciertos pigmentos rosas, amarillentos y marrones a cerámicos y otros cuerpos refractarios. Además, el óxido estañoso permite otorgar dureza y durabilidad al vidrio.

Los enlaces orgánicos de estaño tienen la capacidad de actuar como pesticidas de organismos que atacan las plantaciones, aunque deben emplearse con precaución debido a su nivel de toxicidad, ya que no son fácilmente biodegradables.

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Por su parte, el fluoruro de estaño fue introducido alrededor de 1950 en las pastas dentales debido a los beneficios que generaba al proteger los dientes de agentes patógenos y caries.

Al considerar el empleo de estaño en la construcción, debe considerarse la facultad que tiene de reaccionar ante bajas temperaturas, degradándose hasta convertirse en polvo. Este fenómeno es conocido como “peste del estaño”.

Plomo.

El plomo se encuentra bajo la forma de Galena que es un sulfuro de plomo conteniendo el 87% del metal y a veces pequeñas cantidades de plata. La Causita es un carbonato de plomo con el 77,5% del mismo. La Anglesita, sulfuro de plomo con el 68% del metal. De éstos, solamente la Galena, tiene lustre metálico.

El plomo es un mineral blanco azulado; expuesto al aire toma rápidamente el color gris, es blando, pesado y se raya fácilmente; se corta con cuchillo y tizna de papel. Con el ácido nítrico se disuelve; su punto de fusión es bajo, 327° C y el peso específico de 11,27.

Se obtiene por fusión, de preferencia de la galena. Aleado con el 10 al 20% de antimonio se endurece. En construcción se lo utiliza en forma de chapas o planchas laminadas, con un espesor de 0,5 a 1,2 mm. Las empleadas en cubiertas suelen ser las de 1,5 mm de espesor, con un ancho de 80 cm. también se las usa como placas de apoyo ara las vigas y columnas de hierro galvanizado. El uso más corriente es en forma de caños para agua corriente, gas, desagües y ventilación de cloacas, emplomado de otros metales, en alambres y varillas. Los caños son de dos tipos: livianos, empleados para instalaciones de gas y agua fría, y pesados, para la instalación de agua caliente.

Fundido se emplea para rellenar oquedades en las fundiciones del hierro, para sellar el cierre de los manguitos, cordón o boquilla de unión entre caños. El uso como caño conductor de agua potable está restringido debido a que es causante de la enfermedad conocida como saturnismo, originada por las sales de plomo en combinación con el anhídrido carbónico, cloruro de sodio, etc., que puede contener el agua. El cemento Portland ataca el plomo, por cuyo motivo las cañerías embutidas deben ser protegidas con envolturas de fieltro o papel asfaltado, para impedir su contacto con el mortero. Es común en obra recubrirlo directamente con barro o con el papel envase de las bolsas de cemento empleadas. Otro de los empleos del plomo, es en aleación como fusibles de seguridad intercalados en los circuitos eléctricos, los que interrumpe cuando la corriente es alta. Suele emplearse la aleación de plomo, estaño y bismuto.

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Zinc.

El zinc es un Metal de color gris azulado, brillante, y de fractura cristalina en forma de hojas hexagonales. Pequeñas cantidades de Hierro le comunican estructura fibrosa, y de Cobre, Aluminio y Cadmio, estructura granulada.

A temperatura ordinaria, el aire seco no lo altera, y en el húmedo se recubre de una capa delgada de carbonato básico hidratado que le protege. No le ataca el agua pura, pero lo hace enérgicamente si contiene anhídrido carbónico y amoníaco, como la de lluvia.

Los ácidos y bases le atacan, lo mismo que el Yeso, el Cemento y sus Morteros.

El zinc se emplea en la construcción en forma de chapas lisas y onduladas para techumbres, canalones, tubos, limahoyas, cornisas, depósitos, etc.

En moldeo se utiliza para piezas ornamentales, colándose muy fluido a temperatura no muy alta para que no sean porosas, y aleado con otros Metales.

En el revestimiento de otros Metales se aplica en estado líquido (galvanizado a fuego) por aspersión, vaporización o por electrólisis.

Forma con el Cobre una aleación llamada Latón, y con el Aluminio, Estaño, Plomo, etc., forma aleaciones para cojinetes.

Aluminio.

El aluminio es el metal más abundante de la Tierra, representando aproximadamente el 8% de su corteza. Pero, aunque abundante, el aluminio existe principalmente en forma de óxidos. El proceso de extracción del aluminio a partir de los óxidos requiere mucha energía. De hecho, entre el 2% y el 3% de la electricidad utilizada en Estados Unidos se consume en la producción de aluminio. Este alto consumo de energía hace que el reciclaje de los productos de aluminio resulte económico. De los 24 millones de toneladas de aluminio que se producen anualmente en Estados Unidos, aproximadamente un 75% proviene de una reducción de minerales y el 25% corresponde a materiales reciclados.

Las propiedades del aluminio puro no son adecuadas para aplicaciones estructurales. Algunas aplicaciones industriales requieren aluminio puro, pero, dejando aparte esos casos especiales, prácticamente siempre se añaden elementos de aleación. Esto elementos de aleación junto con el trabajo en frío y los tratamientos térmicos proporcionan características al aluminio que hacen que este producto sea adecuado para un amplio rango de aplicaciones tanto al elemento puro como a las aleaciones.

En términos de la cantidad de metal producido, el aluminio solo se ve superado por el acero. Aproximadamente un 25% del aluminio fabricado se emplea para

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contenedores y aplicaciones de empaquetado, un 20% para aplicaciones arquitectónicas, como puertas, ventanas y chapas, y un 10% para conductores eléctricos. El resto se utiliza para bienes de tipo industrial, de consumo, en el sector aeronáutico y en el sector de la automoción.

El aluminio representa un 80% del peso estructural de un avión y su uso en la industria del automóvil y de los camiones ligeros se ha incrementado un 300% desde 1971 (Reynolds Metals Company, 1996). Sin embargo, el uso del aluminio en aplicaciones de infraestructuras ha sido bastante limitado. De los aproximadamente 600.000 puentes existentes en Estados Unidos, solo nueve tienen elementos estructurales primarios hechos de aluminio. Dos de las razones de que se haga un uso limitado del aluminio son el coste inicial relativamente alto, si se compara con el del acero, y la falta de información sobre el comportamiento de las estructuras de aluminio.

El aluminio tiene muchas características favorables y una amplia variedad de aplicaciones.

Entre sus ventajas podemos citar:

■ Tiene un tercio de la densidad del acero.

■ Presenta una buena conductividad térmica y eléctrica.

■ Tiene una alta relación resistencia-peso.

■ Su superficie se puede endurecer mediante anodización y recubrimientos.

■ Tiene aleaciones que son soldables.

■ No desarrolla óxido.

■ Presenta un alta reflectividad.

■ Puede ser moldeado por inyección.

■ Se puede mecanizar fácilmente.

■ Tiene una buena conformabilidad.

■ No es magnético.

■ No es tóxico.

La alta relación resistencia-peso del aluminio y su resistencia a la corrosión son los factores principales que hacen del aluminio un material atractivo para la ingeniería de estructuras.

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Aunque pueden especificarse aleaciones de aluminio con resistencias similares a las de los productos de acero, el módulo de elasticidad del aluminio solo es de aproximadamente un tercio del que presenta el acero. Por tanto, las dimensiones de los elementos estructurales deben incrementarse para compensar el menor módulo de elasticidad del aluminio.

Metalurgia del aluminio

El aluminio presenta una estructura reticular cúbica centrada en las caras (FCC). Es muy maleable, con una elongación típica de más del 40% para una longitud nominal de 50 mm (2 pulgadas). Tiene una resistencia a la tracción limitada del orden de 28 MPa (4000 psi). El módulo de elasticidad del aluminio es de unos 69GPa (10.000 ksi). El aluminio comercial puro (es decir, con más de un 99% de contenido de aluminio) está limitado a aplicaciones no estructurales, como conductores eléctricos, equipos químicos y trabajos con láminas metálicas.

Aunque la resistencia del aluminio puro es relativamente baja, las aleaciones de aluminio pueden ser hasta 15 veces más resistentes que el aluminio puro, gracias a la adición de pequeñas cantidades de elementos de aleación, al endurecimiento por deformación mediante trabajo en frío y a los tratamientos térmicos. Los elementos de aleación comunes son el cobre, el manganeso, el silicio, el magnesio y el zinc. El trabajo en frío incrementa la resistencia provocando una disrupción de los planos de deslizamiento del material resultantes del proceso de producción.

Aleaciones de aluminio.

La evolución técnica continúa experimentando y aplicando nuevas aleaciones de aluminio, entre ellas las más corrientes son las que tienen como componentes principales el cobre y el silicio, cada una de las cuales le incluyen características particulares.

Aleado con el cobre, éste le disminuye el inicio del punto de fusión, produciéndose a partir de los 530ºC, pero aumenta la resistencia a la rotura y su límite elástico, tiene el inconveniente de reducir su resistencia a los agentes atmosféricos aumentando su fragilidad. El silicio al 12% forma una aleación eutéctica (homogénea), disminuyendo también el punto de fusión a unos 575ºC pero con la ventaja sobre el anterior de aumentar su resistencia a los agentes atmosféricos y recibir un buen moldeo.

A estas aleaciones se les adiciona, buscando mejorar determinadas condiciones, en porcentajes entre el 0,2 y el 2%, son éstos el manganeso, el níquel, el titanio, el tungsteno, el cinc y el cobalto.

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Soldadura y fijación

Las piezas de aluminio pueden unirse mediante soldadura o empleando algún elemento de fijación. La soldadura requiere que se rompa el duro recubrimiento de óxido del aluminio y que se impida que este vuelva a formarse al soldar, por lo que la soldadura con arco suele llevarse a cabo en presencia de un gas inerte que protege a la soldadura del oxígeno atmosférico. Los dos procesos comunes mediante los que se suelda el aluminio son la soldadura con arco de electrodo metálico en atmósfera inerte. GMAW, y la soldadura con arco de tungsteno en atmósfera inerte, GTAW. En el proceso GMAW, el alambre de metal de aportación sirve también como electrodo. GTAW utiliza un electrodo de tungsteno y un alambre de metal de aportación separado. La temperatura puede modificar el temple del aluminio en el área soldada. Por ejemplo, la resistencia a la tracción de 6061-T 6 es 290 M Pa (42 ksi), pero la resistencia a la tracción de una soldadura con esta aleación es solo de unos 165 MPa (24 ksi). Para propósitos de diseño, se asume que la soldadura afecta a un área de 25 mm (1 pulgada) a cada lado de la soldadura. Además de la soldadura, pueden utilizarse pernos o remaches para unir las piezas de aluminio. Los pernos pueden ser de aluminio o de acero. S i se utilizan pernos de acero, tienen que estar galvanizados, aluminizados, recubiertos de cadmio o ser de acero inoxidable, para impedir la aparición de corrosión galvánica. Los remaches se hacen de aluminio y se colocan en frío. Las uniones, tanto empernadas como remachadas, se diseñan basándose en la resistencia a la torsión del elemento de fijación y en la resistencia de apoyo del material que se está uniendo.

Corrosión

El aluminio desarrolla una fina capa de oxidación inmediatamente después de exponerlo a la atmósfera. Esta fina capa de óxido protege a la superficie de una oxidación posterior. Los elementos de aleación modifican la resistencia a la corrosión del aluminio. A las aleaciones utilizadas para las aeronaves normalmente se les da una protección adicional, pintándolas o “revistiéndolas” con una fina capa de aleación resistente a la corrosión. Generalmente, en las aleaciones de resistencia media empleadas en aplicaciones estructurales no es necesario pintar los elementos. La corrosión galvánica se produce cuando el aluminio está en contacto con uno de varios posibles metales en presencia de un conductor eléctrico, como por ejemplo el agua. La mejor protección para este problema consiste en romper el camino eléctrico de la celda galvánica pintando la pieza, utilizando un aislante o manteniendo secos esos distintos metales.

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Níquel.

Es de uso relativamente moderno, siendo el más parecido al hierro. Su punto de fusión es de 1450ºC; es resistente a la corrosión y no se mancha, es duro y pesado; su peso específico es de 8,8. Se obtiene de la clorita y de la incolita; en el último caso tiene un tinte rojizo semejante al cobre, tanto que los primeros mineros en las montañas Horz (Alemania) los confundían, pero los desechaban por intrabajable; su color natural es gris brillante. No es atacable por el oxígeno, ni los ácidos clorhídricos y sulfúricos; en cambio, el ácido nítrico lo ataca fácilmente.

En construcción se usa para la fabricación de un tipo de acero y como recubrimiento protector de otros metales como el hierro, el cobre y el bronce, que niquelados son de uso corriente en la fabricación de canillas, artefactos eléctricos y herrajes de carpintería.

Aleaciones.

Por aleación se entiende la unión íntima de dos o más metales en mezclas homogéneas. Es muy raro encontrar aleaciones al estado natural; se las obtiene por fusión, mediante el aumento de la temperatura, al estado sólido. Cuando interviene el mercurio queda al estado líquido, en cuyo caso se denomina amalgama. Cuando se obtiene una aleación homogénea y bien definida se denomina eutética.

Las aleaciones tienen por objeto modificar en un sentido determinado las condiciones de los metales, tratando de mejorar bajo el punto de vista utilitario, ya sea su aspecto o su resistencia mecánica. Pero el número de aleaciones empleadas en construcción es grande, y algunas de ellas, como el bronce y el latón, datan de muy antiguo.

Las aleaciones resultan a veces verdaderas combinaciones químicas, pero en la mayoría de los casos son simplemente mezclas bastante homogéneas, como puede comprobarse con el examen microscópico. También se llama aleaciones a las combinaciones de los metales con los metaloides.

Al alearse un metal con otro, queda afectado el punto de fusión de cada uno de ellos. Aunque la proporción sea el 50% de cada metal, rara vez es la que pueda calcularse matemáticamente el punto de fusión de la aleación entre el cobre (punto de fusión 1088ºC) y el níquel (punto de fusión 1454ºC), cuya aleación al 50% resulta con un punto de fusión próximo a la media aritmética de esas dos temperatura.

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Bronce.

El bronce es una aleación de cobre y estaño en proporción del 80% del primero y 20%del segundo y también del 95% y 5% respectivamente. El estaño trasmite al cobre la resistencia y dureza. En construcción está muy generalizado su uso en cañerías, chapas de aplicación artística, herrajes artísticos, cierta carpintería metálica y en fabricación de elementos revestidos con un baño de níquel o de cromo.

Si a la aleación de cobre y estaño se le agrega zinc, plomo, magnesio, aluminio, se obtiene un material maleable sin sopladuras. Otro tipo de aleación es la del bronce fosforoso, compuesto por estaño hasta el 30%, desoxidado, con 0,5% o más de fósforo; es muy duro y tenaz, se usa para engranajes, motores, etc. En estado de fusión es muy fluido, no reteniendo oxígeno, lo que constituye una ventaja para las piezas fundidas por no presentar sopladuras o burbujas.

Bronce de aluminio. Compuesto por el 90% de cobre y el 10% de aluminio, es muy parecido al oro y muy apreciado para los trabajos artísticos. Un ejemplo corriente de esta dosificación; son las monedas de 5, 10 y 20 centavos doradas de los años 1950; la proporción de los metales es de 92% de cobre y 8% de aluminio.

Ratón.

Constituido por aleaciones de cobre y zinc obtenidas por fusión simultánea; es más duro que el cobre y de oxidación más difícil. Forjable y laminable, el latón común tiene 35% de zinc, con una coloración amarilla. De color blanco grisáceo cuando tiene más del 50% de zinc, es duro y quebradizo. El latón empleado para soldar contiene del 40 al 50% de zinc, siendo su punto de fusión más bajo que el de los metales a soldar.

El latón se expende en el comercio en forma de chapas de 0,12 a 0,17 mm. De espesor, en alambres cuyos diámetros tienen de 0,5 a 2 mm., tornillos, herrajes, etc.

Duraluminio.

Es una aleación de aluminio con una base de magnesio, que en un principio recibió el nombre de “endurecimiento del aluminio por envejecimiento”. Es un metal liviano, pero muy duro; tiene la aleación en la proporción de 2,5 a 5% de cobre, 0,5 a 4% de magnesio, 4 a 6% de zinc, con silicio, hierro y el 0,1 % de titanio. Este último es el llamado R.R 59 y el anterior R.R77.

El duraluminio se corroe más que otras aleaciones, motivo por el cual se recubren ambas caras de la chapa de duraluminio con otras de aluminio. En estas

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condiciones se lo utiliza mucho en aviación. La proporción conveniente del duraluminio es del 90% al 95% de aluminio, 4,5% de cobre, 0,25% de manganeso, 0,5% de magnesio, 0,5% de hierro y 0,5% de estaño.

Para la construcción naval se usa la aleación denominada A.G3M. Compuesta por magnesio, manganeso y cromo.

Los paneles tipo sándwich de aleación de aluminio que se emplean para la construcción del sistema modular, corresponde a la aleación 3003 que contiene magnesio, se lo suministra en planchas de 60X60 cm. con un espesor de 51mm.

Acero

Son productos ferrosos con aleaciones de hierro y carbono, con porcentajes de carbono que varían ente un 0,03% y un 2% normalmente y algunos aceros especiales pueden alcanzar valores por encima del 4%. Los aceros son una combinación de una gran cantidad de elementos que pueden perjudicar o beneficiar el producto final, es por esta razón que las fundidoras actuales son tan cuidadosas en la composición química de sus productos. Los aceros están conformados por conglomerados de átomos unidos por enlaces covalentes por lo que tiene un comportamiento físico que se puede explicar a nivel atómico. Si un elemento es cargado y puede recuperar su forma inicial se conoce como deforma elástica la cual se da cuando no se rompe el equilibrio de las fuerzas internas entre átomos y estas pueden regresan a su punto de equilibrio. El módulo de elasticidad a nivel atómico está directamente relacionada con la separación máxima entre átomos, siendo los materiales con enlaces fuertes los que presentan módulos elásticos con mayor capacidad. Los bajos módulos de elasticidad en algunos aceros, es debido a formaciones cristalinas dentro de la estructura y el tipo de falla que presentan es por deslizamiento de planos de átomos adyacentes, estos deslizamientos ocurren cuando las fuerzas cortantes alcanzan niveles críticos y un plano de átomos se mueve en relación a su contraparte. Este movimiento de planos se da de forma escalonada debido a las imperfecciones propias de cada estructura cristalina del acero. En la curva de deformación del acero se encuentra un punto máximo en la deformación, superado este máximo el acero comienza a fluir de forma plástica lo que impide recuperar completamente su estado inicial. Conocido como acero corrugado, es un acero al carbono laminado en caliente y diseñado para formar armaduras que serán recubiertas con concreto, este proceso se conoce como concreto armado o concreto reforzado.

La resistencia ultima a tención y a compresión de los aceros comunes es aproximadamente quince veces la resistencia a la compresión del concreto estructural común y más de 100 veces la resistencia a tención. Pero en comparación con el concreto tiene un costo muy elevado por lo que es común la combinación de ambos para aprovechar la resistencia a la compresión del concreto y a la tensión del acero. Las barras más utilizadas en la construcción son las de grado 40 y 60, siendo esta una nomenclatura para determinar la capacidad

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soportante de estas, la grado 40 tiene una capacidad de 2,800 kg/cm² y la grado 60 4,200kg/cm² y posen un factor de contracción y dilatación térmica similar al concreto esto es de gran importancia en el concreto armado.

Aleaciones de acero.

Comúnmente conocidos como aceros especiales, son aceros al carbono, aleados con otros metales o metaloides, resultantes de la búsqueda del mejoramiento de sus características. Los elementos añadidos corrientemente son: el níquel, el cromo, vanadio, molibdeno, magnesio, silicio, tungsteno, cobalto, aluminio, etc.

Aceros al níquel. Son aceros inoxidables y magnéticos. El níquel aumenta la carga de rotura, el límite de elasticidad, el alargamiento y la resistencia al choque o resiliencia, a la par que disminuye las dilataciones por efecto del calor. Cuando contienen del 10 al 15% de níquel se templan aun si se los enfría lentamente.

Aceros al cromo. El cromo comunica dureza y una mayor penetración del temple, por lo que pueden ser templados al aceite. Los aceros con 1,15 a 1,30% de carbono y con 0,80 a 1% de cromo son utilizados para la fabricación de láminas debido a su gran dureza, y en pequeña escala los que tienen 0,3 a 0,4% de carbono y 1% de cromo.

Aceros al cromo-níquel.

De uso más corriente que el primero, se usan en la proporción de carbono hasta 0,10%, cromo 0,70% y níquel 3%; o carbono hasta 15%, cromo 1% y níquel 4%, como aceros de cementación. Los aceros para temple en aceite se emplean con diversas proporciones; uno de uso corriente sería el que tiene carbono 0,30, cromo 0,7% y níquel 3%.

Aceros al cromo-molibdeno.

Son aceros más fáciles de trabajar que los otros con las máquinas herramientas. El molibdeno comunica una gran penetración del temple en los aceros; se emplean cada vez más en construcción, tendiendo a la sustitución del acero al níquel. De los tipos más corrientes tenemos los de carbono 0,10% , cromo 1% y molibdeno 0,2% y el de carbono 0,3%, cromo 1% y molibdeno 0,2%; entre estos dos ejemplos hay muchos otros cuya composición varía según su empleo.

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Aceros al cromo-níquel molibdeno.

Son aceros de muy buena característica mecánica. Un ejemplo de mucha aplicación es el que tiene carbono 0,15% a 0,2%, cromo 1 a 1,25%, níquel 4% y molibdeno 0,5%.

Aceros inoxidables. Los aceros inoxidables son los resistentes a la acción de los agentes atmosféricos y químicos. Los primeros que se fabricaron fueron para la cuchillería, con la proporción de 13 a 14% de cromo. Otros aceros fueron destinados a la fabricación de aparatos de cirugía, con la proporción de 18 a 20% de cromo y 8 a 10% de níquel; son también resistentes a la acción del agua de mar. Un acero de gran resistencia a la oxidación en caliente es el que tiene 20 a 30% de cromo y 5% de aluminio.

Aceros anticorrosivos. Estos son aceros soldados de alta resistencia y bajo tenor de sus componentes de aleación: carbono, silicio, azufre, manganeso, fósforo, níquel o vanadio, cromo y cobre. A la intemperie se cubren de un óxido que impide la corrosión interior, lo que permite se los pueda utilizar sin otra protección. Como resultado de ensayos efectuados por algo más de diez años, se ha establecido que su resistencia a los agentes atmosféricos es de cuatro a ocho veces mayor que los del acero común al carbono.

Tipos de acero.

Acero corrugado

Es utilizado para armar hormigón armado y cimentaciones de obra pública y civil, es un acero laminado, está formado por barras de acero que presentan resaltos o corrugas que mejoran la adherencia con el hormigón, estas barras permite que no sufra daños al momento de cortarlo y doblarlo. Posee una gran ductilidad y soldabilidad, estas barras de acero son de varios diámetros que van desde 6 a 40 mm las que son inferiores a 16 mm aparecen en barras o rollos, mientras que para los de diámetro se mas de 16 mm se suministran en forma de barras. Estas barras deben de cumplir varias características técnicas que son: carga unitaria, el límite elástico y el alargamiento que aseguran el cálculo correspondiente de las estructuras de hormigón armado. Siempre se realiza un ensayo de acero corrugado para determinar las características geométricas del corrugado, la sección media equivalente, el límite elástico, el doblado simple, la adherencia, la identificación del fabricante, etc.

Acero aleado o especial

Acero al que se han añadido elementos no presentes en los aceros al carbono o en que el contenido en magnesio o silicio se aumenta más allá de la proporción en que se halla en los aceros al carbono.

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Acero auto-templado

Acero que adquiere el temple por simple enfriamiento en el aire, sin necesidad de sumergirlo en aceite o en agua. Este efecto, que conduce a la formación de una estructura martensitica muy dura, se produce añadiendo constituyentes de aleación que retardan la transformación de la austenita en perlita.

Acero calmado o reposado

Acero que ha sido completamente desoxidado antes de colarlo, mediante la adición de manganeso, silicio o aluminio. Con este procedimiento se obtienen lingotes perfectos, ya que casi no hay producción de gases durante la solidificación, lo que impide que se formen sopladuras.

Acero de construcción

Acero con bajo contenido de carbono y adiciones de cromo, níquel, molibdeno y vanadio.

Acero de rodamientos

Acero de gran dureza y elevada resistencia al desgaste; se obtiene a partir de aleaciones del 1% de carbono y del 2% de cromo, a las que se somete a un proceso de temple y revenido. Se emplea en la construcción de rodamientos a bolas y en general, para la fabricación de mecanismos sujetos al desgaste por fricción.

Acero dulce

Denominación general para todos los aceros no aleados, obtenidos en estado fundido.

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Acero duro

Es el que una vez templado presenta un 90% de martensita. Su resistencia por tracción es de 70kg/mm2 y su alargamiento de un 15%. Se emplea en la fabricación de herramientas de corte, armas y utillaje, carriles, etc. En aplicaciones de choque se prefiere una gradación de dureza desde la superficie al centro, o sea, una sección exterior resistente y dura y un núcleo más blando y tenaz.

Acero efervescente

Acero que no ha sido desoxidado por completo antes de verterlo en los moldes. Contiene gran cantidad de sopladuras, pero no grietas.

Acero fritado

El que se obtiene fritando una mezcla de hierro pulverizado y grafito, o también por carburación completa de una masa de hierro fritado.

Acero fundido o de herramientas

Tipo especial de acero que se obtiene por fusión al crisol. Sus propiedades principales son:

1) resistencia a la abrasión

2) resistencia al calor

3) resistencia al choque

4) resistencia al cambio de forma o a la distorsión al templado

5) aptitud para el corte

Contienen de 0,6 a 1,6% de carbono y grandes proporciones de metales de aleación: tungsteno, cromo, molibdeno, etc.

Acero indeformable

El que no experimenta prácticamente deformación geométrica tanto en caliente (materias para trabajo en caliente) como en curso de tratamiento térmico de

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temple (piezas que no pueden ser mecanizadas después del templado endurecedor).

Acero inoxidable

Acero resistente a la corrosión, de una gran variedad de composición, pero que siempre contiene un elevado porcentaje de cromo (8-25%). Se usa cuando es absolutamente imprescindible evitar la corrosión de las piezas. Se destina sobre todo a instrumentos de cirugía y aparatos sujetos a la acción de productos químicos o del agua del mar (alambiques, válvulas, paletas de turbina, cojinetes de bolas, etc.)

Acero magnético

Aquel con el que se fabrican los imanes permanentes. Debe tener un gran magnetismo remanente y gran fuerza coercitiva. Los aceros de esta clase, tratándose aplicaciones ordinarias, contienen altos porcentajes de tungsteno (hasta el 10%) o cobalto (hasta el 35%).Para aparatos de calidad se emplean aceros de cromo-cobalto o de aluminio-níquel (carstita, coercita).

Acero no magnético

Tipo de acero que contiene aproximadamente un 12% de manganeso y carece de propiedades magnéticas.

Acero moldeado

Acero de cualquier clase al que se da forma mediante el relleno del molde cuando el metal esta todavía líquido. Al solidificar no trabajado mecánicamente.

Acero para muelles

Acero que posee alto grado de elasticidad y elevada resistencia a la rotura. Aunque para aplicaciones corrientes puede emplearse el acero duro, cuando se trata de muelles que han de soportar fuertes cargas y frecuentes esfuerzos de fatiga se emplean aceros al silicio con temple en agua o en aceite y revenido.

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Acero pudelado

Acero no aleado obtenido en estado pastoso.

Acero rápido

Acero especial que posee gran resistencia al choque y a la abrasión. Los más usados son los aceros tungsteno, al molibdeno y al cobalto, que se emplean en la fabricación de herramientas corte.

Acero refractario

Tipo especial de acero capaz de soportar agentes corrosivos a alta temperatura.

Acero suave

Acero dúctil y tenaz, de bajo contenido de carbono. También se obtiene este tipo de acero, fácil de trabajar en frio, aumentando el porcentaje de fósforo (aumentando un 0,15%) y de azufre (hasta un 0,2%). Tiene una carga de rotura por tracción de unos 40 kg/mm2, con un alargamiento de un 25%.

Aceros comunes

Los obtenidos en convertidor o en horno Siemens básico.

Aceros finos

Los obtenidos en horno Siemens ácido, eléctrico, de inducción o crisol.

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Aceros forjados

Los aceros que han sufrido una modificación en su forma y su estructura interna ante la acción de un trabajo mecánico realizado a una temperatura superior a la de la cristalización.

Materiales de aceros en la construcción

Alambre Recocido

El alambre recocido es un práctico material para la construcción que se utiliza como elemento de soporte en muchas aplicaciones como:

Armado de castillos.

Que son elementos de refuerzo estructural en el sentido vertical que sirven para confinar muros y su armado es según al cálculo de la estructura.

Armado de Losas.

Que son elementos estructurales de concreto armado o de materiales prefabricados, de sección transversal rectangular llena o con huecos, de poco espesor y abarcan una superficie considerable del piso. Estas losas se apoyan en las vigas o muros y sirven para formar lo que son los pisos de base, de nivel y los techos. Pueden tener uno o varios tramos continuos.

Armado de Zapatas.

Tienen varios tipos de zapatas:

*La zapata corrida de colindancia, está formada por acero y concreto, y llevan un emparrillado y un dado, el armado lo marca el diseño del proyecto de acuerdo a las cargas que soportarán, se pueden utilizar en áreas donde las cargas son demasiado concentradas o como muros de contención.

*La zapata aislada está formada por tres elementos importantes, la parrilla, el dado y la columna, así las zapatas se podrán unir entre sí mediante vigas de atado

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o soleras, que tendrán como objetivo principal de evitar los desplazamientos laterales.

Cerramientos, son las superficies envolventes que delimitan y acondicionan los espacios para que puedan cumplir la función para la cual fueron creados, por lo tanto es una cosa que cierra o que tapa una abertura para impedir o asegurar que se abra, evitar el paso del aire o la luz y hacer que el interior de espacio quede incomunicado con el exterior. En la construcción un cerramiento es una división que regularmente la hacen con tabiques pero solo para cerrar una parte del edificio para luego completar con el alambre y hacerlo más rígido. Tienen como objetivo preservar el lugar de las condiciones externas que pudiesen alterarlo. En el aspecto térmico está destinado a asegurar las condiciones climáticas del interior, en el acústico lograr que el sonido proveniente de una o varias fuentes sea irradiado por igual en todas direcciones, en el lumínico optimizarla iluminación para proyectarla al interior, en el sanitario para que el espacio sea funcional en la edificación. Los cerramientos superiores son los que delimitan la altura del espacio y pueden tener diferentes formas y características siempre y cuando el alambre este bien colocado para confirmar seguridad.

Pueden aplicarse de varias formas, planos y de esa forma pueden ser horizontales, verticales e inclinados, y curvos. Su comportamiento ante la luz puede ser de forma opaca, translucida y transparente. Pueden ser fijos o de aspecto móvil.

Acero Adicional de Armaduras

También es conocido como perfiles de acero y es una barra que se utiliza como elemento estructural, y como su nombre lo dice es de acero, puede ser con diferentes tipos de acero para aumentar su resistencia o para disminuir su precio. Se le llama perfil por la forma transversal que tiene, puede ser en forma de H, T, I, C, L, al tener diferentes formas geométricas obviamente tienen diferentes inercias y diferentes áreas, esto se hace con el fin de gastar la menor cantidad de acero posible para crearlas, y solo poner el acero en donde los esfuerzos son significativos en una pieza estructural, por ejemplo en una viga los esfuerzos por flexión se concentran en las caras superior e inferior de la viga, no en el centro, es por eso la forma de I, porque tiene el acero en las caras y no en el alma de la viga, ósea el centro, es diferente usar un perfil I que una viga de concreto que son rectangulares.

Son utilizadas como piezas estructurales, pueden ser usadas como vigas o como columnas por ejemplo, o como piezas de una armadura, ya que se pueden

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trabajar muy bien a flexión y a compresión. También se pueden soldar dos perfiles diferentes para obtener un mejor funcionamiento de la pieza, por ejemplo en lugar de usar un perfil I puedes usar dos perfiles C remachados o soldados espalda con espalda, y gastar menos acero y obtener un mejor comportamiento de la columna o trabe.

Emparrillados

Se denominan así a las estructuras formadas por dos o más familias de nervios de alma llena o calad interconectados en sus puntos de cruce de modo para garantizar en dichos puntos la igualdad de desplazamientos de todos los nervios concurrentes. En el caso de los entrepisos, los emparrillados remontan superiormente en una superficie destinada a recibir las cargas de utilización.

Esta estructura puede tener funciones estructurales que van mucho allá de crear una superficie transitable entre nervios. En forma arbitraria, en el caso de estructuras de hormigón estructural se deja de hablar de estructuras aligeradas para hablar de emparrillados cuando los nervios presenten armaduras de alma (que es con corte y torsión).

Los nervios de los emparrillados pueden presentar diferentes disposiciones de acuerdo fundamentalmente a la forma de la planta a cubrir y a las condiciones de apoyo.

Traslapes.

Es el empalme del acero de refuerzo dado por especificaciones. Consideran tres tipos de empalme para el refuerzo de las estructuras de concreto armado: por soldadura, por uniones mecánicas y por traslape.

La transferencia de esfuerzos de una barra a otra, se hace, a través del concreto que rodea a ambas barras. En cualquier parte de la longitud de empalme, la fuerza se transmite de una barra de concreto por adherencia y también por este mecanismo, simultáneamente, se transmite del concreto hacia la otra barra. Como es de comprenderse, dentro del concreto se generan tensiones muy elevadas y fuerzas que tienden a la falla por separación.

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En consecuencia, la eficiencia de un empalme por traslape radica básicamente de que se pueda desarrollar eficazmente la adherencia entre la barra de acero y el concreto, sin que este se desintegre o se induzcan excesivas deformaciones.

Armado de Trabes.

Es una estructura horizontal que sirve para recibir las cargas, y trabaja por uno de sus lados a tensión, y al otro lado a compresión. Comúnmente son de acero y requieren un módulo de sección mayor que el de las vigas laminadas. Su forma más común consiste en dos placas pesadas o patines entre las cuales se suelda una placa de alma relativamente delgada. Las trabes están constituidas en su mayoría por el metal y son recubiertas por cemento para cubrirlo de la humedad y evitar su rápida descomposición, aunque siendo hecho de acero no sufre mucho a comparación de otros metales. La altura de las trabes ya armadas puede ser de 20 pies o mayor y los claros de varios cientos de pies no son un poco comunes. En puntos de carga o reacción concentrada, las almas de las trabes armadas deben ser usualmente reforzadas por atiesadotes de apoyo para distribuir las fuerzas locales concentradas en el alma. Pueden agregarse atiesadotes intermedios y longitudinales para servir una función muy diferente: principalmente incrementa la resistencia al pandeo y mejora así su efectividad del alma en resistir los esfuerzos cortantes, de flexión o combinados.

Armados de Silletas.

Es el elemento que separa el acero de la cimbra en una losa, no fija al acero de refuerzo ni lo mantiene en su posición, el acero de refuerzo se queda en su posición requerida debido a los amarres del alambre recocido y mientras no se vacié el concreto es susceptible de mover su posición por cualquier imprevisto como impactos o deslizamientos de encofrado.

La silleta se utiliza básicamente para elevar el acero de refuerzo y permitir el recubrimiento de concreto de un elemento en su parte inferior, también las hay en forma de grandes “z” hechas a base de varillas para separar una cama de acero superior de una inferior.

Armado de Postes.

Los postes son muy conocidos por ser utilizados en las calles para sostener cables, lámparas entre otras cosas; un poste está formado por aros de armado,

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base, canasta, conicidad, espirales, formaletas, refuerzo, varillas lisa, varilla corrugada y varilla torzonada.

Los aros de armado, son de varilla lisa de diámetro variable, espaciados adecuadamente a lo largo del eje del poste que permite el amarre de las varillas longitudinales y que además contrarrestan el esfuerzo cortante. La canasta, siendo un conjunto de varillas longitudinales, cables o alambres unidos a aros transversales o espirales, destinadas a contrarrestar los esfuerzos de flexión, tracción, cortadura y tensión diagonal, producidos por la carga aplicada al poste. La base es un plano o sección transversal extrema en la parte inferior del poste, las espirales son varillas lisas o alambres arrollados alrededor de las barras longitudinales, con un paso especificado, que sirven de apoyo a éstas y que además proporcionan refuerzo contra los esfuerzos de cortadura y tensión diagonal a la vez que le dan cierta resistencia al poste a la torsión. Las formaletas son moldes metálicos, de la forma y dimensiones del poste, en las cuales se coloca la canasta y se vierte el concreto fresco para moldear el poste.

El refuerzo es más Acero en varillas, alambre o cables, colocado para absorber esfuerzos de tensión, compresión, cortadura o torsión, en conjunto con el concreto. Las varillas forman un papel muy importante en este proceso como las siguientes:

Varilla lisa varilla de acero de sección transversal circular, sin resaltes o nervaduras. La varilla corrugada que es una varilla de acero con el núcleo de sección circular, en cuya superficie lleva unos resaltes, que tienen por objeto aumentar la adherencia entre el concreto y el acero. Y la varilla torzonada que es más una varilla lisa o corrugada que el fabricante de postes somete a un proceso de torsión y alargamiento, con el fin de mejorar sus condiciones físicas y mecánicas.

Armado de Vigas y Columnas.

Una viga es una serie de miembros estructurales que se extienden desde el borde hasta el perímetro, diseñada para soportar la cubierta del techo o el tipo de carga, asociados con los elementos que componen el techo de un edificio; por otra parte una columna es también un elemento estructural muy utilizado en la construcción, ya que sirve para soportar el peso de toda la estructura.

Las vigas de acero soportan con frecuencia losas de concreto, como en las estructuras de edificios y puentes. A veces las vigas y columnas de acero se revisten de concreto como protección contra el fuego. Aun si no hay conectores

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mecánicos entre la losa de concreto entre la losa y la viga, existe una cierta conexión entre el patín superior de la viga de acero y el fondo de la losa de concreto debido a la adherencia y la fricción, bajo una carga pequeña la viga de acero se dé flexión a menos que si no hubiera interacción con el concreto: los dos elementos se comportan como una viga compuesta. La fricción y la adherencia generalmente no proporcionan una acción compuesta confiable, excepto en el caso de un embebido completo: por tanto, se utiliza conectores mecánicos de cortante para proporcionar una conexión confiable entre losa y la viga.

Tomando en cuenta la relación con otras edificaciones, se pueden encontrar: columnas caladas, las cuales aparecen incrustadas en el muro; columnas aisladas, que están desapartadas de la edificación dando origen a un obelisco; y columna adosada, que está yuxtapuesta a un muro. Por último, en cuanto a su fuste, estas pueden ser:

Fasciculada: que posee delgados fustes. Lisa: que no posee adornos ni estrías. Agrupada: que dispone de muchos fustes y capitel agrupados. Estriada: que tiene estrías ornamentadas. Salomónica: que posee un fuste en forma de espiral.

Clavo con Cabeza

El clavo es uno de los materiales imprescindibles para el trabajo en la construcción, cada tipo de clavo es fabricado con el acero más apropiado para su mejor desempeño, en función de sus propiedades físicas y químicas, es producido en nuestras propias acerías, cuyo equipamiento está a la vanguardia en la siderurgia mundial. Este tipo de clavos es el más común para trabajos de albañilería, carpintería y el hogar.

Alambrón ¼

El alambrón es un producto con amplias aplicaciones en la construcción, laminado en caliente para su producción y máxima duración. Existen diversos tipos de alambrón en diferentes calibres dependiendo la industria a la que va dirigido: medio, alto y bajo carbón. El alambrón es un producto de sección circular y superficie lisa y se obtiene del laminando en caliente de palanquillas de acero que luego se trefilan en frío.

El alambrón se fabrica con diferentes contenidos de carbono según las necesidades del cliente. El alambrón se utiliza como materia prima en la industria del trefilado para la fabricación de mallas, alambre recocido, clavos, armaduras,

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cribas, resortes, ganchos para ropa, alambre galvanizado, alambre de púas y otros derivados.

El alambrón normalmente es utilizado en obras de construcción para la fabricación de anillos y armaduras. También se fabrica alambrón de otra calidad para usarse en electro-soldados y como producto terminado para la industria de la construcción en la fabricación de anillos o estribos.

Malla Electro-soldada

Es un producto formado por dos sistemas de elementos (barras o alambres), uno longitudinal y otro transversal, que se cruzan entre si perpendicularmente y cuyos puntos de contacto están unidos, mediante soldaduras eléctricas, por un proceso de producción en serie, en instalación fija. En el sector de la construcción se emplean en cimientos, pavimentos, soleras, muros, forjados, cubiertas, terrazas, canales, etc. Su uso se ha generalizado por su sencillez y rapidez de colocación por personal no especializado, además de las importantes técnicas, económicas y de calidad, garantizada de fábrica, que aportan. Una de sus principales características es su alta resistencia a la tensión. Puede suministrarse en hoja o rollo para mandarse al lugar de construcción, proporciona el esfuerzo estructural para lozas entre otras aplicaciones ya mencionadas.

Escalerilla

La escalerilla es un ensamble electro-soldado formado por dos varillas horizontales, unidas entre sí por varillas transversales. La escalerilla recibe su nombre porque toma la forma de una escalera. Es utilizada para evitar grietas al colocarlo entre los muros y sirve para el refuerzo horizontal de muros de mampostería reforzados desde el interior, su aplicación se hace de acuerdo a las especificaciones de la obra, usualmente con una separación de cuarenta centímetros.

Varilla 4200

Este tipo de varilla se utiliza como refuerzo del concreto; son barras de acero generalmente circulares y corrugadas con un diámetro superior a los 5 milímetros, aunque comúnmente el diámetro de la varilla se especifica en pulgadas. La superficie de la varilla está provista de rebordes (corrugaciones) que mejoran la adherencia a los materiales aglomerantes e inhiben el movimiento relativo longitudinal entre la varilla y el concreto que la rodea, y de hecho el papel de la varilla corrugada no es solo reforzar la estructura del concreto armado, sino absorber los esfuerzos de tracción y torsión. Se fabrica varilla de sección

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redonda, que pueden ser lisas o estradas, y también de sección cuadrada, mas empleadas en herrería.

Varilla 6000

La varilla corrugada 6000 también conocida como varilla corrugada grado 6000, Tec 60 o varillin; debe a sus características al estiramiento en frio, o proceso trefilado, para reducir el calibre del acero y reforzar el límite de ruptura del material, a través de este proceso se aumenta la adherencia del concreto al acero. El proceso del acero en alambrón le proporciona a la varilla corrugada gran resistencia y versatilidad de uso. Consiste en varillas de alta resistencia en diámetros pequeños. Para la fabricación de este material se utiliza la más avanzada tecnología, utilizando alambrón de calidad internacional como materia prima, el cual es laminado en frio, lo que lo hace adquirir una mayor resistencia a la tensión.

Se aplica en: losas aligeradas de claros cortos, losas solidas de claros cortos, vigas, trabes, dalas, castillos y castillos ahogados, postes de concreto, acero adicional para viguetas, refuerzo horizontal en muros de mampostería (tipo escalerilla) y tubería para concreto.

Castillo o Armex

Tanto en la construcción de una edificación, como de una vivienda, los castillos juegan un papel determinante. En un nivel muy básico podemos decir que los castillos son estructuras construidas con alambre recocido y varillas de acero, que tienen la función de mantener la edificación en pie.

La elaboración de los castillos de construcción para las columnas y vigas, se realiza mediante el uso de alambre recocido y varillas de acero. Por un lado las varillas, las cuales deben ser más altas que las paredes del nivel del muro, además los alambres recocidos y los cuadrados de acero que nos ayudarán a fijar las varillas. La idea, entonces es amarrar las varillas usando los alambres recocido, para fijar las varillas en el interior de los cuadrados de acero. Como ejemplo, los cuadrados en la construcción de una casa deben estar ubicados en un espacio de 15 cm. El alambre recocido amarra a las varillas en la esquina de cada cuadrado. Luego que hayamos amarrado cada cuadrado en sus cuatro extremos, así tener el castillo con alambre recocido y varillas de acero.

Los cuadrados forman una estructura que nos ayuda a la estabilidad de las columnas y, como tal, en las paredes de la casa. Debemos amarrar muy bien el alambre recocido y las varillas de acero, sin llegar a romperlo. El amarre se realiza

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doblando el alambre a la mitad y envolviendo con este el extremo en donde se encuentra la varilla y la estructura interna.

Anillos

Los anillos para construcción también conocido como estribos son elaborados con alambrón de 1/4". Los estribos sirven para posicionar varillas en el armado de castillos y vigas. Los estribos se fijan a la varilla puestas de manera longitudinal a la columna o viga. Estos estribos aceleran el proceso de construcción y eliminan el desperdicio.

El manejo de los estribos es mucho más sencillo por su diámetro, resistencia y uniformidad.

Ventajas de los estribos:

Producto listo para colocarse.

Eliminan desperdicio de material.

Ahorro de tiempo y mano de obra.

Propiedades generales de los metales

Son relativamente pesados, su representación de fases es casi solida con un porcentaje muy pequeño de vacíos, y las densidades de sus componentes sólidos de 4 a 8 (gr/cm3). Son buenos conductores de calor y electricidad, el tipo de enlaces que se forman son de tipo metálico por lo cual sus electrones no están unidos sino que existe una interacción entre ellos que permite el paso de la electricidad y calor. Absorben en frio deformaciones sin llegar a romperse (metales que pueden extenderse en alambres o hilos). Algunos de los materiales asociados con la ductilidad es el acero y la madera. Tienen la propiedad de fragilidad cuando al aplicar carga se rompen sin deformación plástica previa, depende de la fuerza de unión entre sus moléculas, la temperatura a la cual se funde el sólido, distribución de grietas y discontinuidades. Algunos metales que poseen esta propiedad son el hierro colado y los no ferrosos. Son duros de resistir a ser atravesados por otro sólido. Pueden ser modificados en su forma y aun ser reducidos a láminas de poco espesor a temperatura ambiente, por presión continua, martillado o estirado. Produciendo las modificaciones en el metal, se llega a un momento en que el límite de elasticidad es excedido, tornándose el metal duro y quebradizo; es decir, sufre deformaciones cristalinas que lo hacen frágil. La maleabilidad puede ser recuperada mediante el recocido, que consiste en calentar el metal a una alta temperatura luego de laminado o estirado, y dejarlo

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enfriar lentamente. La maleabilidad se aprecia por la sutileza del laminado. Estos metales en general deben de cumplir una serie de características como su fácil obtención, el ser moldeables tanto químicas como físicas formas. A los metales solidificados se les conoce como lingote y es la primera operación que sufren. Estas operaciones se conocen como modeladoras:

Forjado: Que viene siendo el golpeteo con martillo.

Laminado: En cortes en forma de láminas, de allí viene su nombre.

Extrusión: Paso a presión del metal fundido que al enfriarse se vuelve a solidificar.

Para extraer los minerales, se tiene que entender la capa terrestre de la Tierra. Se tiene calculado que tiene 16 km. De profundidad, aunque algunas zonas de esta capa contienen altas concentraciones de metales a los que se les conoce como depósitos minerales.

La extracción de estos minerales se conoce como minería y se lleva a cabo mediante los sistemas de excavación subterránea o de tiro abierto. Existen dos tipos de minería:

La selectiva: en la cual se trabajan pequeñas vetas o camas de mineral de alta concentración.

La masiva: en la cual se extraen grandes cantidades de mineral de baja ley para extraer junto con ellos las porciones de alta concentración.

Y estas son algunas de las formas de extraer el metal de los minerales:

Trituración: Consiste en fragmentar el metal en trozos de diversos tamaños, por medio de machacadoras mecánicas a mandíbula, molinos, etc.

Lavado: Tiene por objeto la separación de los minerales por medio del agua en movimiento, con lo cual y de acuerdo con sus densidades, se depositan en el fondo o son arrastrados por las aguas. Este proceso es ayudado con mesas y cajas con cernidores de gran tamaño.

Molienda: El material extraído es nuevamente triturado y luego molido, obteniéndose así unos trocitos no mayores a 25 mm. A partir de allí, pasa a la denominada molienda húmeda, donde llega al tamaño menor de 1 mm siendo luego llevado a un separador magnético donde se adhiere la magnetita, rica en hierro y se elimina el resto.

Calcinación: Se emplea para eliminar a baja temperatura los productos volátiles que no pueden ser separados con la trituración ni el lavado, para aumentar la porosidad y desecarlos. Este proceso es útil cuando los minerales deben ser transportados a los hornos a grande distancias, pues disminuye los gastos de transporte. Con el empleo de los grandes hornos, esta operación no es necesaria, ya que se verifica en su parte superior.

Fusión: Consiste en llevar el mineral a la temperatura de fusión, para que licuado permita extraer los cuerpos que aún no se hubiera podido separar; éstos por su menor densidad sobrenadan el metal fundido y por medios adecuados se los extrae.

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Afinación: Después de la fusión, hay ciertos metales como el cobre y el plomo, de los cuales aún no ha sido posible extraer toda la ganga. Se procede a fundirlos repetidas veces o a comprimirlos, proceso que denominado de afinación.

Para la separación de la ganga del metal también se ha empleado el método de flotación, que consiste en introducir el mineral en recipientes de agua con un reactivo químico espumante. El mineral flota en la espuma y la ganga terrosa se moja y se sumerge, extrayéndose entonces de la parte superficial las partículas metalíferas. Este procedimiento es interesante por cuanto permite extraer metales de las menas en las que éste es escaso.

En la ingeniería civil, los metales son indispensables y nunca deben de quedar atrás, porque sin metal, los edificios o puentes no tendrían esa resistencia que confirma la seguridad de ser utilizable para lo que se deben.

Ventajas del metal como material de construcción.

En cuanto a materiales para la construcción, los metales que se emplean en estructuras metálicas son principalmente el acero ordinario, el acero autopatinable, el acero inoxidable y el aluminio.

Construcciones metálicas

En cuanto a materiales para la construcción, los metales que se emplean en estructuras metálicas son principalmente el acero ordinario, el acero autopatinable, el acero inoxidable y el aluminio.

El acero es un material estructural óptimo e ideal para grandes alturas, pues resuelve con éxito los planteamientos estructurales tales como soportar el peso con pilares, de dimensiones reducidas, resistir el empuje ante el vuelco y evitar movimientos causados por acción del viento.

El empleo del acero para la construcción de estructuras metálicas tiene una serie de ventajas sobre otros materiales que hace que las estructuras metálicas de acero, monopolicen la industria de la construcción.

Las principales ventajas de trabajar con este tipo de material para proyectos metálicos son:

Las estructuras metálicas, al tomar grandes deformaciones, antes de producirse el fallo definitivo, avisan.

El material es homogéneo y la posibilidad de fallos humanos es mucho más reducida que en estructuras construidas con otros materiales. Lo que

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permite realizar un diseño de estructuras metálicas, más ajustado, y por tanto más económico.

En general las estructuras metálicas pesan poco y tienen elevada resistencia.

Conservan indefinidamente sus excelentes propiedades.

Estas estructuras admiten reformas, por lo que las necesidades y los usos pueden variar, adaptándose con facilidad a las nuevas circunstancias. Su refuerzo, en general, es sencillo.

Las estructuras metálicas se construyen de forma rápida, ya que al ser elementos prefabricados, en parte, pueden montarse en taller. Asimismo tienen resistencia completa desde el instante de su colocación en obra.

Al demolerlas todavía conserva el valor residual del material, ya que este es recuperable.

Este tipo de estructuras también presentan algunas desventajas que obligan a tener ciertas precauciones al emplearlas. Las principales son:

Son necesarios dispositivos adicionales para conseguir la rigidez (diagonales, nudos rígidos, pantallas)

La elevada resistencia del material origina problemas de esbeltez.

Es necesario proteger las estructuras metálicas de la corrosión y del fuego.

Excesiva flexibilidad, lo que produce un desaprovechamiento de la resistencia mecánica al limitar las flechas, y produce falta de confort al transmitir las vibraciones.

Para el cálculo de estructuras metálicas, su construcción y debido mantenimiento, características de resistencia, calidad en construcción y experiencia de personal.

Propiedades generales.

Propiedades mecánicas.

Resistencia a tracción. Se caracterizan por tener una excelente resistencia a tracción, muy superior, a la que ofrecen los materiales pétreos; y así, por ejemplo, las armaduras de acero han de formar parte, con frecuencia, de piezas de otro material, como es el caso del hormigón, para resistir los esfuerzos de tracción que este es incapaz de soportar.

Resistencia a compresión. En general alcanza también valores elevados. Los metales, salvo a excepciones, son isorresistentes, es decir, que sus resistencias a la tracción y a la compresión tienen valores similares.

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Resistencia a cortadura o esfuerzo cortante. Suele ser bastante elevada en torno al orden del 60% de la resistencia a tracción o compresión.

Fatiga. Es la propiedad de resistir un número limitado de ciclos alternativos de carga descarga de forma periódica hasta que el material rompe.

Dureza. Expresa la capacidad de un metal a ser deformado superficialmente, o también la resistencia a la penetración, al rozamiento o al frote.

Deformabilidad. Es la capacidad de un material para sufrir deformaciones de su rotura. Dentro de la deformabilidad tenemos:

Elasticidad. Propiedad que tiene un metal para deformarse bajo la acción de una carga y recuperar su forma primitiva cuando cesa de actuar su carga. Los metales no son totalmente elásticos, si no que al retirar la carga, siempre queda una ligera deformación denominada deformación remante.

Plasticidad. Propiedad que tiene un metal para deformarse para la deformación de una carga y cuando la carga se retira la deformación se mantiene, es decir, el material no recupera su forma primitiva, si no que queda deformado. Es importante señalar la plasticidad como propiedad mecánica, es decir, es diferente decir que un material es plástico desde el punto de vista de su composición. Desde el punto de vista mecánico un material plástico es aquel en el que se manifiesta la plasticidad, y desde el punto de vista de su composición un material plástico que químicamente se clasifica como tal por ser un material orgánico. Tampoco hay que confundir la plasticidad que puede tener una mezcla, por ejemplo, el hormigón, referida a la consistencia en estado fresco.

Se distingue dentro de la plasticidad, dos propiedades: la ductilidad que define la capacidad de un material para ser transformado en alambres mediante estirado en hilera, soportando esfuerzos de tracción; y la maleabilidad, que indica la capacidad de un metal para transformarse en láminas por esfuerzos de compresión. La ductilidad también se define, desde el punto de vista mecánico, como la relación de la deformación plástica en el límite de rotura y la deformación elástica en el límite de elasticidad.

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Acritud. Es el aumento de la resistencia en estado plástico por efecto de la deformación.

Fragilidad. Un material es frágil cuando es muy pequeña su deformación antes de la rotura. Esta propiedad es la contraria a la tenacidad.

Tenacidad. Propiedad de los metales de resistir grandes deformaciones en estado plástico, es decir, soportar deformaciones elevadas antes de producirse la rotura. Es lo contrario a la fragilidad.

Soldabilidad. Es la propiedad que tienen algunos metales, por la que dos piezas de los mismos, en contacto, pueden unirse íntimamente formando un conjunto rígido.

Propiedades térmicas.

La conductividad térmica expresa la facilidad que presenta un material para el paso de calor. Cuantitativamente se define como la cantidad de calor que atraviesa un bloque de un metro cuadrado de sección, y de espesor de un metro, cuando entre sus extremos se establece una diferencia en la temperatura de 1 °C, durante una hora.

En general la conductividad térmica de los materiales es elevada, ejemplos son la del aluminio con 175 y la de la fundición o hierro fundido con 50.

El coeficiente de dilatación lineal mide la variación de la unidad de longitud de un cuerpo cuando su temperatura aumenta un grado centígrado.

Propiedades eléctricas.

Es la libertad con la que se mueven los electrones dentro de la masa de los metales. Dentro de estas propiedades tenemos la resistividad eléctrica y su inversa, la conductividad eléctrica.

La conductividad eléctrica de los metales es muy elevada por lo tanto son muy buenos conductores de la electricidad mientras que la resistividad eléctrica es muy baja.

El mejor conductor de electricidad es la plata (Ag), aunque el más utilizado es el cobre (Cu) y también el aluminio (Al).

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Propiedades químicas.

Los metales, en general, en estado puro son muy poco estables como lo demuestra el hecho de que muy poco de ellos se encuentran en estado nativo en la naturaleza, siendo más corriente que aparezcan combinados con otros elementos, principalmente con oxígeno o azufre.

Su actividad química puede ser muy variada en función de las condiciones ambientales, sobre todo la temperatura, puesto que es sabido que el aumento de esta, generalmente, trae como consecuencia un aumento considerable de la actividad química. Esta actividad depende también de la superficie que el metal ofrece al agente con el que reacciona; así como de las impurezas de los metales tienen en su masa y la de los cuerpos que reaccionan con ellos.

Dentro de la actividad química es la oxidación y la corrosión.

Oxidación. Es la combinación de un metal con el oxígeno en estado seco, es decir, sin presencia de catalizadores ni reacciones intermedias. Normalmente los metales se oxidan exclusivamente por el oxígeno de la atmosfera. Los metales se cubren con la capa de óxido formada, y esta capa, en la mayoría de los casos, impide una mayor profundización de la oxidación del metal.

Corrosión. Es cuando la oxidación se produce en un ambiente húmedo o con otra sustancia agresiva. Es más peligrosa para la vida de los materiales pues en un medio húmedo la capa de óxido no se deposita sobre el material, se disuelve.

La corrosión existe en determinados puntos del material, esto forma fisuras, que pueden producir una rotura por fatiga o una fractura frágil.

Conclusión.

Como hemos podido apreciar a lo largo del trabajo los metales juegan un rol importante en nuestras vidas de sociedad civilizada y no nos damos cuenta, no

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nos ponemos a pensar de que muchas de las cosas que nos rodean, muchos artefactos que usamos, muchas cosas que están con nosotros en nuestro hogar están hechos de metal o son aleaciones de otros.

Casi ninguno de los lujos que nos damos hubiese sido posible si el hombre no hubiese conocido la propiedad de los metales como grandes “conductores de electricidad”. Si el hombre no hubiese dominado los recursos que la naturaleza le disponía estaríamos viviendo en la más absoluta penumbra y descomunicación.

Este trabajo nos ha enseñado cómo los hombres son capaces de dominar este recurso abundante en la naturaleza para su beneficio. Hemos aprendido cómo los metales y sus diferentes clases de estructuras física y química pueden ser modificados a través de distintos procesos de aleaciones haciendo que los metales adquieran mayores características de resistencia, dureza, durabilidad, belleza, etc.

También se desarrolla el tema de los metales no ferrosos y cómo el hombre es capaz de manipularlos para hacer aleaciones con nuevas y mejoradas propiedades que los metales ferrosos no disponen.

Finalizando podemos señalar que el trabajo ha tratado de ser lo más conciso posible en tratar de explicar todo lo relacionado a las propiedades, producción, aplicación e incidencia en nosotros de los metales, tratando de no caer en el engorroso lenguaje técnico que aún no dominamos, por lo que podemos señalar que es apto para la lectura de cualquier persona que se inicie en el tema.

Bibliografía.

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Operación de máquinas y herramientas Krar Oswal St. Armand Editorial Mc Graw Hill

Recubrimiento de los Metales Pere Molera Sola Editorial Alfa omega Marcombo

Tecnología de Metales Kucher

Metales ferrosos La Guía de Química

Araujo, R. y Seco, E.; Construir arquitectura en

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Smith, W.; Fundamentos de ciencia e ingeniería de los materiales, Ed. McGraw-Hill, 1998.

Alamán, A; Materiales metálicos de construcción, Ed. COICCP, 2000

EHE-99, Aceros para armar.

Materiales de construcción para edificación y obra civil Santiago Crespo Escobar Editorial Club Universitario, 2010