INFORME ACERO

TECNOLOGA DE MATERIALES DE CONSTRUCCIN

METALES

INDICE Pag. INTRODUCCIN LOS METALES 1. DEFINICIN: 2. NO METALES: 3. COMPARACIN DE LOS METALES Y NO METALES:4. PROPIEDADES DE LOS METALES:

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4.1.4.2. 4.3.

PROPIEDADES FSICAS: PROPIEDADES MECNICAS: PROPIEDADES TECNOLGICAS: HIERRO: COBRE: ZINC: PLOMO: ALUMINIO: ESTAO

5. METALURGIA:

5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6.

6. EL ACERO:

6.1.

REFUERZO DEL CONCRETO 6.1.1. 6.1.2. VARILLAS CORRUGADAS Y ALAMBRES: MALLAS ELECTROSOLDADAS.

6.2.

TIPOS ESPECIALES DE ACERO DE REFUERZO:

7. PROPIEDADES MECNICAS DEL ACERO: 7.1. 7.2. 7.3. RELACIN ESFUERZO DEFORMACIN DEL ACERO: COEFICIENTE DE DILATACIN TRMICA: MALEABILIDAD:1


METALES7.4. 7.5. 7.6. OXIDACIN DEL ACERO: FATIGA DEL ACERO: SOLDADURA DEL ACERO:

8. CLASIFICACION DEL ACERO8.1. CLASIFICACIN DE ACERO POR SU COMPOSICIN QUMICA 8.2. CLASIFICACIN DEL ACERO POR SUS PROPIEDADES 8.3. CLASIFICACIN DEL ACERO EN FUNCIN DE SU USO

9. TIPOS DE ACERO9.1.

ACERO CORRUGADO ACERO ESTRUCTURAL: PROPIEDADES Y CUALIDADES DEL ACERO ESTRUCTURAL:

9.2.

9.2.1.

9.2.2. 9.2.3.9.2.4. 9.2.5.

CLASIFICACIN DEL ACERO ESTRUCTURAL O ACEROS PARA HORMIGN ACERO DE

DE REFUERZO: REFUERZO PARA ARMADURAS IMPUREZAS DEL ACERO: LMITE DE FLUENCIA O ELSTICO

10. CORROSION DEL ACERO Y SUS EFECTOS

10.1.

TIPOS DE CORROSIN

11.VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIN: 11.1. VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL: 11.2. DESVENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL

ESTRUCTURAL: CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA 382


METALES

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METALESINTRODUCCIN En la Ingeniera Civil, y a propsito de los materiales de construccin, se ha dado a lo largo de las ltimas dcadas un importante desarrollo de la tecnologa del concreto, toda vez que ste ha sido un material que ha permitido un invaluable avance de las tcnicas constructivas gracias a los niveles de resistencias alcanzados, y a que dicho material ha mostrado que siendo trabajado bajo condiciones tcnicas adecuadamente controladas, es un material de gran durabilidad. En la naturaleza existe una considerable cantidad de metales que se pueden obtener, pero para la realizacin de este trabajo solo se usara lo mas usado en la construccin. Pocos de estos metales se encuentran en forma masiva en la naturaleza; estos pueden encontrarse qumicamente combinados formando diversos compuestos minerales, tales como xidos, carbonatos, sulfuros, etc. Estos compuestos se hallan en los yacimientos formando la mena, que es toda materia de origen natural de la cual se puede extraer uno o ms metales. Las menas, generalmente contienen cantidades variables de materias extraas, piedras o tierras, que se denominan gangas. La combinacin de la mena y la ganga es lo que constituye el mineral, se considera que el hierro fue el primer material utilizado por el hombre LOS ALUMNOS

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METALESLOS METALES 1. DEFINICIN: La mayor parte de los elementos metlicos exhibe el lustre brillante que asociamos a los metales. Los metales conducen el calor y la electricidad, son maleables (se pueden golpear para formar lminas delgadas) y dctiles (se pueden estirar para formar alambres). Todos son slidos a temperatura ambiente con excepcin del mercurio (punto de fusin =-39 C), que es un lquido. Dos metales se funden ligeramente arriba de la temperatura ambiente: el cesio a 28.4 C y el galio a 29.8 C. En el otro extremo, muchos metales se funden a temperaturas muy altas. Por ejemplo, el cromo se funde a 1900 C. Los metales tienden a tener energas de ionizacin bajas y por tanto se oxidan (pierden electrones) cuando sufren reacciones qumicas. Los metales comunes tienen una relativa facilidad de oxidacin. Muchos metales se oxidan con diversas sustancias comunes, incluidos 02 Y los cidos. Se utilizan con fines estructurales, fabricacin de recipientes, conduccin del calor y la electricidad. Muchos de los iones metlicos cumplen funciones biolgicas importantes: hierro, calcio, magnesio, sodio, potasio, cobre, manganeso, cinc, cobalto, molibdeno, cromo, estao, vanadio, nquel,....2. NO METALES:

Los no metales varan mucho en su apariencia no son lustrosos y por lo general son malos conductores del calor y la electricidad. Sus puntos de fusin son ms bajos que los de los metales (aunque el diamante, una forma de carbono, se funde a 3570 C). Varios no metales existen en condiciones ordinarias como5


METALESmolculas diatmicas. En esta lista estn incluidos cinco gases (H2, N2, 02, F2 y C12), un lquido (Br2) y un slido voltil (I2). El resto de los no metales son slidos que pueden ser duros como el diamante o blandos como el azufre. Al contrario de los metales, son muy frgiles y no pueden estirarse en hilos ni en lminas. Se encuentran en los tres estados de la materia a temperatura ambiente: son gases (como el oxgeno), lquidos (bromo) y slidos (como el carbono). No tienen brillo metlico y no reflejan la luz. Muchos no metales se encuentran en todos los seres vivos: carbono, hidrgeno, oxgeno, nitrgeno, fsforo y azufre en cantidades importantes. Otros son oligoelementos: flor, silicio, arsnico, yodo, cloro.3. COMPARACIN DE LOS METALES Y NO METALES:

Metales colores, pero casi todos

no metales son Los slidos suelen ser quebradizos; algunos duros y otros blandos. Malos conductores del calor y la La mayor parte de los xidos no que forman soluciones cidas a formar aniones u oxianiones en solucin acuosa. habitualmente trss o o ms electrones*.

Tienen un lustre brillante; diversos No tienen lustre; diversos colores. plateados. Los slidos son maleables y dctiles electricidad slidos inicos bsicos. acuosa. electrones menos. * Excepto hidrgeno y helio

Buenos conductores del calor y la electricidad Casi todos los xidos metlicos son metlicos son sustancias moleculares Tienden a formar cationes en solucin Tienden

Las capas externas contienen poco Las capas externas contienen cuatro

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METALES4. PROPIEDADES DE LOS METALES:

Las propiedades de los metales se clasifican en fsicas, mecnicas y tecnolgicas.

a. PROPIEDADES FSICAS: Dependen del tipo de aleacin y las

ms importantes son:- PESO

ESPECFICO.

El

peso

especfico

puede

ser

absoluto o relativo: el primero es el peso de la unidad de volumen de un cuerpo homogneo. El peso especfico relativo es la relacin entre el peso de un cuerpo y el peso de igual volumen de una sustancia tomada como referencia; para los slidos y lquidos se toma como referencia el agua destilada a 4C.- CALOR ESPECFICO. Es la cantidad de calor necesaria para

elevar en 1C la temperatura de 1 kg de determinada sustancia. El calor especfico vara con la temperatura. En la prctica se considera el calor especfico medio en un intervalo de temperaturas.- PUNTO DE FUSIN. Es la temperatura a la cual un

material pasa del estado slido al lquido, transformacin que se produce con absorcin de calor. El punto de solidificacin es la temperatura a la cual un lquido pasa al estado slido, durante la transformacin hay cesin de calor. Casi siempre coinciden los puntos de fusin y de solidificacin.- CALOR LATENTE DE FUSIN. Es el calor necesario para

vencer

las

fuerzas

moleculares

del

material

(a

la

temperatura de fusin) y transformarlo de slido en lquido.7


METALES

- RESISTENCIA A LA CORROSIN. La corrosin de los

metales puede originarse por: o Reacciones qumicas con los agentes corrosivos o Reacciones electroqumicas producidas por corrientes electrolticas generadas en elementos galvnicos formados en la superficie con distinto potencial. Las corrientes electrolticas se producen con desplazamiento de iones metlicos. La corrosin electroltica puede producirse por: o Heterogeneidad de la estructura cristalina o Tensiones internas producidas por deformacin en fro o tratamientos trmicos mal efectuados. o Diferencia en la ventilacin externa La proteccin de los metales contra la corrosin puede hacerse por: o Adicin de elementos especiales que favorecen la resistencia a la corrosin. o Revestimientos metlicos resistentes a la corrosin o Revestimientos con lminas de resinas sintticas o polmeros.b. PROPIEDADES MECNICAS: Son aquellas que expresan el

comportamiento de los metales frente a esfuerzos o cargas que tienden a alterar su forma.- RESISTENCIA: Capacidad de soportar una carga externa si el

metal debe soportarla sin romperse se denomina carga de rotura y puede producirse por traccin, por compresin, por

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METALEStorsin o por cizallamiento, habr una resistencia a la rotura (kg/mm) para cada uno de estos esfuerzos.- DUREZA: Propiedad que expresa el grado de deformacin

permanente que sufre un metal bajo la accin directa de una carga determinada. Los ensayos ms importantes para designar la dureza de los metales, son los de penetracin, en que se aplica un penetrador (de bola, cono o diamante) sobre la superficie del metal, con una presin y un tiempo determinados, a fin de dejar una huella que depende de de la dureza del metal, los mtodos ms utilizados son los de Brinell, Rockwell y Vickers.- ELASTICIDAD:

Capacidad de un material elstico para

recobrar su forma al cesar la carga que lo ha deformado. Se llama lmite elstico a la carga mxima que puede soportar un metal sin sufrir una deformacin permanente. Su determinacin tiene gran importancia en el diseo de toda clase de elementos mecnicos, ya que se debe tener en cuenta que las piezas deben trabajar siempre por debajo del lmite elstico, se expresa en Kg/mm.- PLASTICIDAD: Capacidad de deformacin permanente de un

metal sin que llegue a romperse.- TENACIDAD:

Resistencia a la rotura por esfuerzos de

impacto que deforman el metal. La tenacidad requiere la existencia de resistencia y plasticidad.- FRAGILIDAD: Propiedad que expresa falta de plasticidad, y

por tanto, de tenacidad. Los materiales frgiles se rompen en el lmite elstico, es decir su rotura se produce

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METALESespontneamente al rebasar la carga correspondiente al lmite elstico.- RESILIENCIA: Resistencia de un metal a su rotura por

choque, se determina en el ensayo Charpy.- FLUENCIA: Propiedad de algunos metales de deformarse

lenta y espontneamente bajo la accin de su propio peso o de cargas muy pequeas. Esta deformacin lenta, se denomina tambin creep.- FATIGA: Si se somete una pieza a la accin de cargas

peridicas (alternativas o intermitentes), se puede llegar a producir su rotura con cargas menores a las que produciran deformaciones.c. PROPIEDADES TECNOLGICAS: Determina la capacidad de

un metal a ser conformado en piezas o partes tiles o aprovechables. Estas son:- DUCTILIDAD:

Es la capacidad del metal para dejarse

deformar o trabajar en fro; aumenta con la tenacidad y disminuye al aumentar la dureza. Los metales ms dctiles son el oro, plata, cobre, hierro, plomo y aluminio.- FUSIBILIDAD: Es la propiedad que permite obtener piezas

fundidas o coladas.- COLABILIDAD: Es la capacidad de un metal fundido para

producir piezas fundidas completas y sin defectos. Para que un metal sea colable debe poseer gran fluidez para poder llenar completamente el molde. Los metales ms fusibles y colables son la fundicin de hierro, de bronce, de latn y de aleaciones ligeras.10


METALES

- SOLDABILIDAD: Es la aptitud de un metal para soldarse con

otro idntico bajo presin ejercida sobre ambos en caliente. Poseen esta propiedad los aceros de bajo contenido de carbono.- Endurecimiento por el temple. Es la propiedad del metal

de sufrir transformaciones en su estructura cristalina como resultado del calentamiento y enfriamiento sucesivo y por ende de sus propiedades mecnicas y tecnolgicas. Los aceros se templan fcilmente debido a la formacin de una estructura cristalina caracterstica denominada martensita.- Facilidad de mecanizado: Es la propiedad de un metal de

dejarse mecanizar con arranque de viruta, mediante una herramienta cortante apropiada. Son muy mecanizables la fundicin gris y el bronce, con virutas cortadas en forma de escamas. El acero dulce y las aleaciones ligeras de alta tenacidad, producen virutas largas5. METALURGIA:

A las operaciones fsicas y qumicas necesarias para extraer los metales de sus menas y la preparacin posterior para su uso, se le llama Metalurgia. Hay que someter a los minerales a una serie de operaciones cuya finalidad es separar la mena de la ganga y despus aislar el metal. Las operaciones son las siguientes:

Tratamiento preliminar, en el cual son removidas las materias extraas y el mineral es puesto en forma adecuada para el tratamiento inmediato.

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METALESReduccin, consiste en reducir al componente del metal en metal libre.

Refinamiento, el metal es purificado, y en algunos casos se le aade sustancias con el propsito de darle cierta propiedades al producto final.

a. HIERRO: La Siderurgia es la rama de la metalurgia que estudia

todo lo referente a la extraccin, transformacin y aplicaciones del hierro. El hierro se encuentra en estado natural en Groenlandia, y en estado de combinacin es muy abundante en la corteza terrestre, constituyendo un 5% de la misma. Los minerales de hierro ms usados como materia prima para la obtencin de este metal son:

Magnetita, cuyo yacimiento ms importante se encuentran en Suecia, Espaa y EE.UU. En la Rep. Dom. Existen pequeos yacimientos de este mineral.

Siderita, se halla principalmente en Inglaterra. Hematita, existen yacimiento en Estados Unidos, Alemania, Rusia y Espaa.

Hierro Puro. El hierro qumicamente puro (Fe) es un elemento de color gris azulado, que funde a 1,259 C. No tiene aplicacin en la construccin, por lo que relegamos su estudio a la qumica. El hierro que se encuentra en el mercado y se utiliza en la industria no es puro, sino una aleacin de hierro y carbono. Obtencin del Hierro.

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METALESEn la industria, el procedimiento ms normal de obtencin del hierro, partiendo de los minerales, es la reduccin de stos por carbn. El proceso simplificado consiste en tratar el xido de hierro con el carbonato, formndose xido de carbonato y hierro libre. Si se trata el xido de carbono con ms xido de hierro, se forma anhdrido carbnico y ms hierro libre. En el proceso indirecto se empieza por reducir el xido de hierro para obtener colado o fundicin.

Aleaciones con otros elementos. Los productos quirrgicos comnmente van acompaado de otros elementos, adems del carbono, que pueden ser pequeas cantidades como impureza o bien grandes cantidades que le modifican sus propiedades. Los ms comunes son el silicio (Si), azufre (S), fsforo (P), aluminio (Al) y manganeso (Mn). El silicio, si est contenido en pequeas proporciones es favorable a la resistencia, pero si aumenta su contenido, hace el acero ms fusible, por lo cual disminuye su soldabilidad. El azufre es siempre perjudicial. El fsforo es favorable para el forjado en caliente, pero hace quebradizo al hierro en fro cuando se encuentra en gran cantidad. Tambin disminuye el punto de fusin del hierro. El manganeso es el metal que con ms frecuencia acompaa el acero al la que comunica y importantes propiedades. Favorece maleabilidad

disminuya ligeramente la velocidad de corrosin del acero. Aumenta la dureza. El aluminio hace el acero ms fusible y ms moldeable.

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METALESHierro Dulce. Es de color gris claro. Funde a temperatura de 1,500 C y puede soldarse consigo mismo. Es tenaz. Fundicin. El hierro colado o fundicin se fabrica en los llamados altos hornos. Se caracteriza por servir para moldeo, ser resistente a la compresin y tener fragilidad. Se puede obtener varias clases ganga de del hierro colado dependiendo dividir del en proceso dos de fabricacin, del enfriamiento, de la materia prima y de la mineral, pudindose grupos: fundiciones ordinarias y fundiciones especiales. Las Fundiciones Ordinarias estn formadas principalmente de hierro y carbono. Puede ser: la fundicin gris, la fundicin blanca y la fundicin maleable. Las Fundiciones Especiales pueden ser: ferromanganesas y ferrosileas. Cuando sale de la fundicin del alto horno tiene una gran elevada proporcin de carbono y de elementos que alcanza el 7% de la masa total. Para expulsar de la masa de hierro estas impurezas se procede al afino de la fundicin, que consiste en oxidar los elementos por la accin del aire y de escoria ricas en xido. Los procedimientos acero al de crisol, afino son: pudelado, y afino acero en con

convertidores (Bessemer o Thomas), Procedimiento de Martin Siemen, acero elctrico cementacin. Los tres primeros pueden dar hierro dulce o aceros y los otros mtodos se emplean nicamente para la obtencin de acero.

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METALES

Formas Comerciales. Las formas comerciales del hierro y del acero son muy variables formas basta son consultar y hierro los catlogos los de la casa son distribuidoras para verificar la gran diversidad. Las principales barra perfilados, cuales considerados como productos elaborados. Las barras pueden ser planas, cuadradas, hexagonales y redondas. Se laminan a partir de acero y hierro dulce. El acero dulce estirado en grandes longitudes constituye el alambre con dimetro que vara de 0.2 mm. a 5 mm. Dentro de los hierros perfilados se encuentran los angulares, los canales, las T, las dobles T. Las formas comerciales ms corrientes de la fundicin son tubos y columnas.

Aplicaciones. Los productos siderrgicos tienen una numerosa y verstil aplicacin. Son elementos resistentes en las estructuras, integrantes de las instalaciones o bien piezas decorativas. a) Fundicin: Su aplicacin ms importante, de acuerdo a algunos autores, es el afino para transformarla en acero o en hierro dulce. Se emplea, adems, en la obtencin de piezas moldeadas como tubos, usados mayormente en la conduccin de agua potable; piezas especiales de fontanera, como codos, reducciones, etc.; Columnas, las cuales en la actualidad han sido sustituida por perfile; piezas ornamentales.

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METALESb) Hierro Dulce: Los comunes se usan en perfiles, los ordinarios en trabajos de cerrajera, los finos en piezas en general y los extrafinos en piezas metlicas. c) Acero: Segn el contenido de carbono los aceros se clasifican en extradulce, muy dulce, dulce, semiduro, duro, muy duro, y extraduro. - El acero extradulce se emplea para fabricar clavos y remaches. - El acero muy dulce se emplea en la fabricacin de piezas de construccin como varilla y perfiles. - El acero dulce se destina a la confeccin de piezas de mquinas y tornillos. - El acero semiduro se utiliza en la fabricacin de piezas mecnicas de carros. - El acero duro se utiliza en la fabricacin de carriles grandes, resortes, martillos, cuchillos, ejes y muelles sencillos.- El acero muy duro tiene su principal aplicacin de carriles

pequeos, resorte de grandes resistencias, cuchillos finos y sierras. - El acero extraduro tiene su principal utilidad en la

confeccin de herramientas. La diferencia principal en esos aceros consiste en el porciento de carbono que contiene. Los aceros extradulce son los que menos por ciento de carbono contienen, mientras que los extraduro son los que ms cantidad de carbono contiene y tambin mayor resistencia y dureza. Los aceros tambin se clasifican atendiendo al procedimiento de obtencin, a sus usos y al elemento aleado que los acompaan.16


METALESAtendiendo al proceso de obtencin se clasifican en:

Bessemer, elctricos y duplex. Por el uso en acero estructural, acero naval, acero de remaches, etc. Y por medio de elementos en aleacin en aceros Slice, acompaado de Si, es de alta resistencia y bajo peso; acero manganeso, acompaado de Mn; acero cromo, aleado con Cr, conocido comnmente como acero inoxidable por tener esa propiedad; acero nquel, acompaado de Ni.

Proteccin del Hierro. El hierro se protege de la oxidacin por medio del revestimiento con: Pintura: Se empieza por limpiarlos y lavarlos con agua acidulada, con clorhdrico y cepillo metlico despus se recubre con una capa de pintura de aceite. Grasa: Protege a los cuerpos ferroso no expuesto a la intemperie y durante corto tiempo. Deben ser neutro, ya que de lo contrario se convertiran ellas mismas en oxidantes. Cemento: Con una lechada de mortero de cemento Portland se puede proteger el hierro de la oxidacin. Electrlisis: Consiste en colocar una capa de oxigeno al pieza siderrgica, lo cual proporciona una proteccin eficaz. Esto se logra mediante la oxidacin del nodo. Es lo mismo que sucede con el aluminio y el cinc, y que evita que stos se oxiden. La diferencia est en que estos ltimos ocurre por va natural y no artificial, como en el hierro. Metalizacin: Consiste en recubrir el hierro con una pelcula de cinc, estao o plomo, fundidos por medio de inmersin. Cuando se usa cinc en el hierro se llama galvanizado o cincado. Si se usa estao las piezas se llaman estaadas, si en17


METALEScambio se usa plomo el hierro se conoce como emplomado. De estos el cinc y el estao se adhieren mejor al hierro. La Galvanizacin: Consiste en calentar el cinc hasta fundirlo y darle un bao de inmersin al hierro en el cinc fundido, para que se recubra por una capa delgada de este metal.b. COBRE:

Estado Natural. Se encuentra nativo principalmente en EE. UU., Bolivia, Chile y Japn. Combinado se halla el Azurita (CO3Cu.Cu(OH)2), tambin la Cuprita (Cu2O) y la Clacopirita (S2FeCu) que es el principal mineral utilizado en la obtencin del cobre. En la Rep. Dom. hay yacimiento de Calcopirita y Cuprita en la cordillera central y se cree que el cobre ser el prximo mineral Dominicano a explotarce en pequea y mediana escala. Obtencin. El mtodo seguido en la industria para extraccin del cobre son dos: va seca y va hmeda. El ms importante es por la va seca, que se basa en proceso de tostacin y fusin del mineral. Propiedades. Es un material de color rojizo. Es blando, maleable y tenaz. No se oxida al contacto del aire seco, pero al aire hmedo en presencia de anhdrido carbnico le hace cubrirse con una capa de sulfato de color verde azulado, la cual le protege de la oxidacin. Es un excelente conductor de la electricidad. Adquiere un olor desagradable cuando se le frota. Aplicaciones.

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METALESTiene muy poca aplicacin en la construccin debido a su costo. Su mayor uso es en la mecnica debido a sus propiedades qumicas, elctricas y trmicas. Se emplea en electricidad en la obtencin de bobinados pararrayos y cables. Las principales formas comerciales son en tubos y alambres de diferentes dimetros y espesores. Aleaciones de Cobre. Las dos principales aleaciones que forma el cobre son: Bronce: Es una aleacin de cobre y estao donde el cobre se encuentra en una proporcin de 75 a 80%. Tiene color amarillo y resistente a los agentes atmosfricos y a los esfuerzos mecnicos. Se utiliza en la fabricacin de armas, medallas, campanas y estatuas. En la construccin se emplea en grifos, tubos y uniones. Latn: Es una aleacin de cobre y cinc. El cinc debe de estar en proporcin menor de 45%, porque en proporcin mayor el latn disminuye sus propiedades mecnicas. Tiene color amarillo y es resistente a la oxidacin. No es atacada por el agua salada, razn por la cual se usa en la marina. Se emplea en ornamentacin en la fabricacin de tubos, en soldadura y en fabricacin de alambres.c. ZINC:

Estado Natural. No se encuentra en la naturaleza en estado nativo sino combinado. El mineral ms adecuadamente del cual se obtiene es la blenda (SnZ). Industrialmente se obtiene por dos vas: Va seca y va hmeda. Propiedades.

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METALESEs de color blanco azulado, de brillo metlico. Es resistente a los agentes atmosfricos al recubrirse con una capa delgada de hidrxido que lo protege de la oxidacin. Aplicacin. Tiene buena resistencia mecnica, por lo que se podra emplear en construccin como elemento resistente. Sin embargo, su mayor uso esta como elemento protector su aplicacin ms tpica en al construccin es el revestimiento de techos. Tambin se emplea en el revestimiento del hierro y de la madera.d. PLOMO:

Estado Natural. No se encuentra nativo en la naturaleza. El mineral ms importante del cual se extrae es la ganela (SPb), que contiene 86.5% de plomo. Los principales yacimientos de galena se encuentran en EE. UU., Australia, Mxico, Alemania y Espaa. Obtencin El plomo se obtiene por varios procedimiento, por tostacin y reduccin, tostacin y reaccin, cementacin y rodadura. La obtencin por tostaci y reduccin consiste en someter la galena a tostacin obtenindose xido de plomo el cual se convierte en plomo por medio de una funcin reductora. El plomo, obtenido por los procedimientos anteriores, es sometido a un proceso de purificacin, y se conoce como afino de plomo, el cual consiste en separarlo de las impurezas que los acompaan. Propiedades. Es un metal de color blanco azulado, pero en contacto con el aire adquiere un color gris al recibiese de una capa de xido. Es20


METALESmaleable, dctil, flexible y muy blando, al extremo que es rayado por la ua. Funde a 327 C. El cido ntrico lo ataca y lo disuelve. Los cambios de temperatura lo agrietan, en consecuencia no se usan los tubos de plomo en la conduccin de agua o vapor caliente. Aplicacin. Despus del hierro, el plomo es el metal de mayor uso, pero en la construccin su empleo es limitado debido a su poca resistencia. Se utiliza en la fabricacin de fusibles elctricos y tubos. En el comercio se encuentra bajo diferentes formas. Sus principales son lingotes, placas, alambres, tubos y balas.e. ALUMINIO:

Estado Natural. No se presenta nunca en estado nativo, abunda mucho en la naturaleza formando minerales. Se extrae casi exclusivamente de la bauxita (Al2O3.H2O). La obtencin se efecta por electrlisis de la bauxita. Propiedades. Es un metal dctil y maleable. No lo ataca el aire porque se recubre de una ligera capa de xido que lo protege. Tiene muy buena conductividad tanto elctrica como trmica. Aplicaciones. Se emplea por sus buenas propiedades elctricas en la fabricaci de alambres destinado a construccin elctrica. El aluminio tambin se emplea en forma de plancha, en el recubrimiento de techos.

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METALESf. ESTAO Estado Natural. Pocas veces se encuentra en estado nativo. Se obtiene principalmente de la casiterita (SnO2), que contiene 79% de estao. Obtencin. Se obtiene por medio de reduccin con carbono. La operacin se realiza en hornos. La principal impureza del estao es el hierro. Para eliminar esta impureza se funde nuevamente a bajas temperatura. Propiedades. Es de color blanco de plata. Es poco resistente mecnicamente. Al doblar un abarra de estao rechina, debido al rompimiento de sus cristales, cuyo ruido es llamado grito del estao. Es resistente a los agentes atmosfricos a temperatura ordinaria, pero al elevarse la temperatura tiende a oxidarse. Aplicacin. En construccin el estao se usa en el descubrimiento de objetos metlicos, principalmente en las plancha de hierro para formar la hojalata. Tambin se utiliza en soldaduras y en formas de tubos, aunque estos resultan de alto costo

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METALES6. EL ACERO:

El acero es una aleacin de diversos elementos entre ellos: Hierro, carbono, manganeso, silicio, cromo, nquel y vanadio. El carbono es el ms importante y el que determina sus propiedades mecnicas. A mayor contenido de carbono, la dureza, la resistencia a la traccin y el lmite elstico aumentan. La proporcin de Carbono en los aceros vara de 0.10 a 1.5%. Por el contrario, disminuye la ductibilidad y la tenacidad. El manganeso es adicionado en forma de ferro manganeso. Aumenta la forjabilidad del acero, su templabilidad y resistencia al impacto. As mismo, disminuye su ductilidad. El silicio se adiciona en proporciones que varan de 0.05% a 0.50%. Se le incluye en la aleacin para propsitos de desoxidacin pues se combina con el oxigeno disuelto en la mezcla. El cromo incrementa la resistencia a la abrasin y la templabilidad; el nquel, por su parte, mejora la resistencia al impacto y la calidad superficial. Finalmente, el vanadio mejora la temperabilidad. El acero para ser utilizado en concreto armado se fabrica bajo las normas ASTM A 615/615M 00, y A 706/706M-00. En el Per es producido a partir de la palanquilla pero en el extranjero tambin se suele conseguir el reciclaje de rieles de tren y ejes usados. Estos ltimos son menos maleables, ms duros y quebradizos. El refuerzo del concreto se presenta en tres formas: Varillas corrugadas, alambres y mallas electrosoldadas. 6.1. VARILLAS CORRUGADAS Y ALAMBRES:

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METALESLas varillas corrugadas son de seccin circular y, como su nombre lo indica, presentan corrugaciones en su superficie para favorecer la adherencia con el concreto. Estas corrugaciones deben satisfacer requisitos mnimos para ser tomadas en cuenta en el diseo. Existen tres calidades distintas de acero corrugado: grado 40, grado 60 y grado 75 aunque en nuestro medio slo se usa el segundo. Las caractersticas de estos tres tipos de acero se muestran en la tabla. Fy (Kg/cm2) Fs (Kg/cm2) Grado 40 2800 4900 Grado 60 4200 6300 Grado 75 5300 7000 Caractersticas resistentes de los aceros grado 40, 60 y 75 Donde: rotura Las varillas se denominan por nmeros y sus caractersticas geomtricas se presentan en la tabla. Fy : Esfuerzo de fluencia del acero

Fs : Resistencia mnima a la traccin a la

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METALES

Varillas Corrugadas y sus caractersticas

Donde:

db: dimetro nominal de varilla P: Permetro de la varilla A: rea de la seccin transversal de la varilla w: Peso lineal de la varilla e: Mximo espaciamiento entre corrugaciones de la

varilla h: Altura mnima de las corrugaciones de la varilla c: Cuerda de las corrugaciones de la varilla NEMP: No existe en el mercado peruano. En la figura se muestra claramente el significado de los trminos e, h y c

Caractersticas de las corrugaciones de las varillas de acero

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METALES

Las varillas de la #3 a la #8 corresponden a un dimetro igual a su denominacin en octavos de pulgada. Antiguamente las barras se hacan cuadradas y circulares. Las barras #9, #10, #11, #14 y #18 tienen una seccin transversal cuya rea es igual a la de barras con seccin cuadrada y lado de 1, 1 1/8, 1 , 1 y 2. Sus dimetros se calcularon en funcin a esta caracterstica. Las norma ASTM A 615/615M 00 especifica aceros grado 40 y 60 en todas las denominaciones y acero grado 75 en varillas #11, #14 y #18. La norma ASTM A 706/706M 00 especifica aceros de baja aleacin soldables, grado 60. La norma ASTM A 996/996M 00 permite el uso de acero provenientes de rieles y ejes. En el Per, las varillas #2 se comercializan en rollos y no presentan corrugaciones, las varillas entre la #3 y #11 se expiden en largos de 30 o 9m, pudiendo conseguir en 6m o 12m bajo pedido. El alambre de refuerzo puede ser liso o corrugado y es fabricado bajo las normas ASTM A 82-97a y A 496 97a, respectivamente. Se usa, principalmente, como refuerzo transversal en columnas. El cdigo del ACI establece que para aceros con esfuerzo de fluencia mayor que 4200 kg/cm2, se considerar como esfuerzo de fluencia, el esfuerzo correspondiente a una deformacin de 0.35%. Este esfuerzo no deber se superior a los 5600 kg/cm2 (ACI 3.5.3.2, 9.4).

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METALESActualmente, concreto. 6.2. MALLAS ELECTROSOLDADAS: Las mallas electrosoldadas se usan en elementos como losas, pavimentos, estructuras laminares y muros en los cuales se tiene un patrn regular de distribucin del refuerzo. Estn constituidas por alambres lisos o corrugados dispuestos en mallas cuadradas o rectangulares y soldados en los puntos de unin del refuerzo. Sus caractersticas estn especificadas en las normas, ASTM A 496 97a y ASTM 497 99 para alambre liso y corrugado, respectivamente. En el primer caso, se requiere un esfuerzo de fluencia mnimo de 4550 kg/cm2 y un esfuerzo ultimo de 5250 kg/cm2 y en el segundo, 4900 y 5600 kg/cm2, respectivamente. La norma especifica que el esfuerzo de fluencia se mide a una deformacin de 0.5%. sin embargo, el cdigo del ACI seala que siempre que ste exceda 4200 kg/cm2, se considerar, para efectos de diseo, que es igual al esfuerzo correspondiente a una deformacin de 0.35% (ACI 3.5.3.5, ACI 3.5.3-6). Esta salvedad se debe a que los aceros con esfuerzo de fluencia mayor que 4200 kg/cm2 dan resultados poco conservadores cuando se asume un comportamiento elastoplstico del material, tal como lo asume el cdigo. Por otro lado, el cdigo del ACI, en los mismos artculos, seala que en mallas de alambres lisos, el espaciamiento entre hilos, no ser mayor a 30CM salvo que se utilicen como estribos y en mallas de alambre corrugado, esta separacin no ser superior a 40cm (ACI 3.5.3.3, 3.5.3.6) se estn desarrollando nuevos tipos de

corrugaciones que aumentan la adherencia entre acero y

27


METALESEl acero de las mallas suele tener menor ductilidad que el convencional pues el procedimiento de fabricacin elimina el escaln de fluencia. La deformacin de rotura oscila entre 1 y 3% la cual est muy por debajo de la correspondiente a los aceros normales. 6.3. TIPOS ESPECIALES DE ACERO DE REFUERZO: Existen aceros de refuerzo que presentan proteccin contra la corrosin. Se trata de los aceros con recubrimiento epxico y aceros con cubierta de zinc o galvanizados, los cuales estn sujetos a las normas ASTM A 775/775M 00 y ASTM A 767/767 00b. Este tipo de refuerzo an no se utiliza en el Per. Se emplea en puentes, estacionamientos, plantas de tratamiento corrosivos o de aguas servidas, pistas El y estructuras con expuestas al agua, agua de mas, intemperie o ambientes sales para deshielo. refuerzo recubrimiento epxico debe manipularse con cuidado para no estropear la cobertura y, en el diseo, debe tenerse en cuenta que no tienen buena adherencia con el concreto por lo que se deben tomar las previsiones del caso.7. PROPIEDADES MECNICAS DEL ACERO:

a.

RELACIN ESFUERZO DEFORMACIN DEL ACERO: En la figura se puede apreciar una porcin de la curva esfuerzo deformacin para aceros de diversos grados. Como se observa, en la fase elstica, los aceros de distintas calidades tienen un comportamiento idntico y las curvas se confunden. El mdulo de elasticidad es definido como la tangente del ngulo . Por lo tanto, este parmetro es independiente del grado del acero y se considera igual a:

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METALESEs = 2039,000 kg/cm2

Curva esfuerzo deformacin y mdulo de elasticidad del acero

A diferencia del comportamiento inicial, la amplitud del escaln de fluencia vara con la calidad del acero. El acero grado 40 presenta una fluencia ms pronunciada que los aceros grado 60 y 75.

Idealizacin de la curva esfuerzo deformacin del acero asumido por el cdigo del ACI

El cdigo del ACI asume, para el diseo, que el acero tiene un comportamiento elastoplstico (ACI 10.2.34) para pequeas deformaciones.

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METALESEl acero es un material que a diferencia del concreto tiene un comportamiento muy similar a traccin y a compresin. Por ello, se asume que la curva estudiada es vlida para traccin y compresin.b. COEFICIENTE DE DILATACIN TRMICA:

Su valor es muy similar al del concreto: 11x10-6/C. Esto es una gran ventaja pues no se presentan tensiones internas entre refuerzo y concreto por los cambios de temperatura del medio. Ambos tienden a dilatarse y contraerse de modo similar. c. MALEABILIDAD: Esta propiedad se garantiza a travs de una prueba que consiste en doblar en fro una varilla de acero alrededor de un pin sin que sta se astille en su parte exterior. El doblez debe ser de 180 para las carillas de todas las denominaciones excepto para las #14 y #18 cuyo doblez es de 90 para A 615, A 616, A 617 y 180 para A 706. El dimetro del pin vara de acuerdo a la varilla ser ensayada y se indica en la tabla.

Dimetros del pin para la prueba de maleabilidad del acero

Donde:

db: Dimetro de la varilla ensayada

8. CLASIFICACION DEL ACERO:

30


METALES

Los diferentes tipos de acero se agrupan en cinco clases principales: aceros al carbono, aceros aleados, aceros de baja aleacin ultra resistente, aceros inoxidables y aceros de herramientas.a. Aceros al Carbono:

Ms del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran mquinas, carroceras de automvil, la mayor parte de las estructuras de construccin de acero, cascos de buques, somieres y horquillas o pasadores para el pelo.b. Aceros Aleados:

Estos aceros contienen una proporcin determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, adems de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros se emplean, por ejemplo, para fabricar engranajes y ejes de motores, patines o cuchillos de corte.

c. Aceros de Baja Aleacin Ultra Resistentes:

Esta familia es la ms reciente de las cinco grandes clases de acero. Los aceros de baja aleacin son ms baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleacin. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancas fabricados con aceros de baja aleacin pueden transportar cargas ms grandes porque sus paredes31


METALESson ms delgadas que lo que sera necesario en caso de emplear acero al carbono. Adems, como los vagones de acero de baja aleacin pesan menos, las cargas pueden ser ms pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleacin. Las vigas pueden ser ms delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.d. Aceros Inoxidables:

Los

aceros

inoxidables de aleacin,

contienen que los

cromo,

nquel

y

otros y

elementos

mantienen

brillantes

resistentes a la herrumbre y oxidacin a pesar de la accin de la humedad o de cidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberas y tanques de refineras de petrleo o plantas qumicas, para los fuselajes de los aviones o para cpsulas espaciales. Tambin se usa para fabricar instrumentos y equipos quirrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la accin de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparacin de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad. Los aceros inoxidables son ms resistentes a la corrosin y a las manchas de los que son los aceros al carbono y de baja aleacin. Este tipo de resistencia superior a la corrosin se produce por el agregado del elemento cromo a las aleaciones de hierro y carbono. La mnima cantidad de cromo necesaria para conferir esta resistencia superior a la corrosin depende de los agentes de corrosin.32


METALES

Las principales ventajas del acero inoxidable son: Alta resistencia a la corrosin. Alta resistencia mecnica. Apariencia y propiedades higinicas. Resistencia a altas y bajas temperaturas. Buenas propiedades de soldabilidad, mecanizado, corte, doblado y plegado. Bajo costo de mantenimiento. Reciclable. Como consecuencia de diferentes elementos agregados como nquel, cromo, molibdeno, titanio, niobio y otros, producen distintos tipos de acero inoxidable, cada uno con diferentes propiedades. Aceros Inoxidables Ferrticos: Tambin se consideran simplemente al Cromo, su contenido varia de 12 a 18%, pero el contenido de Carbono es bajo

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