materiales metalicos

MATERIALES METALICOS

MATERIALES DE LA CONSTRUCCION

MATERIALES METALICOS

Son materiales producidos por fábricas de acuerdo a normas o reglamentos en relación a la construcción.

Ejemplo: fierro corrolado de construcción, fierros laminaros, fierro de diferentes perfiles, el aluminio (espesores y perfiles), el plomo, el cobre, etc.

El hierro y sus aleaciones fue el primer metal que se usó industrialmente en la práctica para las estructuras sustentantes.

Las primeras estructuras metálicas fueron puentes (en torno a 1800), posteriormente se empezaron a construir edificios, en 1887 se construyó un edificio de 12 plantas en Chicago y en 1931 se inauguró en Nueva York el Empire State Building de 85 plantas y 379 m de altura.

VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS CONSTRUCCIONES METÁLICAS Y DE HORMIGÓN

Ventajas de las construcciones metálicas:

Alta resistencia mecánica y reducido peso propio

Facilidad de montaje y transporte debido a su ligereza.

Rapidez de ejecución, se elimina el tiempo necesario para el fraguado, colocación de encofrados que exigen las estructuras de hormigón.

Facilidad de refuerzos y/o reformas sobre la estructura ya construida.

Ausencia de deformaciones diferidas en el acero estructural.

Valor residual alto como chatarra.

Buena resistencia al choque y solicitaciones dinámicas como los seísmos.

Las estructuras metálicas de edificios ocupan menos espacio en planta (estructuralmente) que las de hormigón, con lo que la superficie habitable es mayor.

El material es homogéneo y de calidad controlada (alta fiabilidad).


Inconvenientes de las construcciones metálicas: Mayor coste que las de hormigón.

Sensibilidad ante la corrosión

Sensibilidad frente al fuego.

Inestabilidad.

Dificultades de adaptación a formas variadas.

Excesiva flexibilidad.

Sensibilidad a la rotura frágil.


Ventajas del hormigón: Menor coste.

Posibilidad de adaptación a formas variadas.

Excelente resistencia a compresión.

Mayor peso propio, lo que es una ventaja cuando facilita la estabilidad estructural (cimentaciones o muros).

Su solidez, debido a las generosas dimensiones que exigen sus aplicaciones.

Estabilidad frente a ataques químicos.

Inconvenientes del hormigón: Incapacidad de resistir tracciones.

Peso y dimensiones.

Mal acabado superficial.

Dificultades y costo de demolición.

METALES FERROSOS

Al hierro y al acero se les considera como metales ferrosos por ser materiales derivados del procesamiento industrial de los minerales de fierro.

HIERRO: El hierro se encuentra en estado natural y en estado de combinación es muy abundante

en la corteza terrestre, constituyendo un 5% de la misma.

Los minerales de hierro más usados como materia prima para la obtención de este metal son:

Magnetita, cuyo yacimiento más importante se encuentran en Suecia, España y EE.UU. En la Rep. Dom. Existen pequeños yacimientos de este mineral.

Siderita, se halla principalmente en Inglaterra.

Hematita, existen yacimiento en Estados Unidos, Alemania, Rusia y España.

PROCESO DE FABRICACION DE METALES FERROSOS

ALTOS HORNOS

Los altos hornos son enormes cantidades metálicas o de albañilería de 20 - 30 cm de altura revestidas interiormente con ladrillos refractarios básicos, presenta la forma de dos troncos de cono unidos por sus bases, por la parte inferior se le imparte una fuerte corriente de aire mediante tubos especiales llamados toberas, que tienen por objeto facilitar la combustión.


El horno se carga por la parte superior llamado fragante con capas alternados de combustible y material fundente, como combustible se emplea carbón de piedra y carbón vegetal, y como fundente principalmente materiales calcáreos en todas sus composiciones. La ecuación de la reacción química fundamental de un alto horno es:


Los hornos eléctricos de fundición se empiezan a emplear en los últimos años por la disposición de la electricidad y con esta energía, se usa siempre el carbón, que actúa principalmente como reductor. La proporción del carbón necesaria es menor, estimándose que llegan a ser un tercio de la que se requiere en los altos hornos.

La fundición de metal se obtiene por el calor desarrollado por el arco voltaico que salto entre electrodos de carbón. La electrometalúrgica del hierro es relativamente moderna y son pocas las instalaciones existentes, pero se asegura que se ha obtenido buenos resultados.


INGREDIENTES QUE ALIMENTAN AL HORNO

Los ingredientes básicos se alimentan al horno por la parte superior formando series de capas

En cada serie se coloca el coque a continuación se coloca una capa de caliza triturada o dolomita, y al último se coloca una capa del mineral de fierro de que se trate.

El mineral de hierro puede ser: hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), limonita (Fe2O3 + nH2O), o algún otro disponible en la región.

PRODUCCION DE LA ESCORIA Se quema el coque y se mantiene el calor

inyectando aire caliente al sistema, la temperatura que alcanza los 850 °C funde el mineral de fierro el hierro fundido en su movimiento hacia abajo se mezcla con la caliza fundida y en ella quedan atrapadas impurezas formando lo que se conoce como la escoria, en el proceso se desprende monóxido de carbono, éste gas en su ascenso le imparte al hierro el contenido de carbono que poseerá al final de la etapa de fundición.

En la parte inferior del horno, donde las temperaturas alcanzan los 1200 °C, se recoge en el nivel más bajo el hierro en forma líquida y a un nivel ligeramente más alto se recoge la escoria.

Producción de arrabio en un alto horno

La mayor parte del hierro se extrae de mineral de hierro en altos hornos muy grandes. En el alto horno, el coque (carbono) actúa como agente reductor para reducir óxidos de hierro (principalmente Fe2O3) para producir arrabio en bruto, el cual contiene casi 4 por ciento de carbono además de otras impurezas, de acuerdo con la siguiente reacción típica El arrabio del alto horno se transfiere usualmente en estado líquido a un horno para fabricar acero.

Fabricación de acero y procesamiento de formas importantes de productos de ese material

Los aceros al carbono simples son, en esencia, aleaciones de hierro y carbono que contienen hasta 1.2 por ciento de carbono aproximadamente. Sin embargo, la mayoría de los aceros contienen menos de 0.5 por ciento de carbono. La mayoría de los aceros se fabrican mediante la oxidación del carbono y otras impurezas del arrabio hasta que el contenido de carbono en el hierro se reduce al nivel necesario.

El procedimiento más común para convertir el arrabio en acero es el proceso básico de oxígeno. En dicho proceso el arrabio y hasta 30 por ciento de chatarra de acero se introducen a un convertidor con revestimiento refractario, en forma de barril, en el cual se inserta una lanza de oxígeno.

El oxígeno puro proveniente de la lanza reacciona con el baño líquido para formar óxido de hierro. En seguida, el carbono del acero reacciona con el óxido de hierro y forma monóxido de carbono:

ACERO

El acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono con un contenido en carbono superior al 0.03 %, pero menor de 2 %. El acero está compuesto por hierro puro más metaloides tales como C, S, P, Si y además con metales variables (Mn, Cr, Ni, etc.). Éstos últimos son los que le dan sus grandes propiedades.

Ya que el acero es básicamente hierro altamente refinado (más de un 98%), su fabricación comienza con la reducción de hierro (producción de arrabio) el cual se convierte más tarde en acero.

Sus propiedades físicas y mecánicas dependen de su composición y de los tratamientos aplicados durante el procesado. La composición afecta a las fases que contiene y a los defectos puntuales de su microestructura. Los tratamientos pueden ser de tipo térmico o mecánico (conformación de producto a alta o baja temperatura).

CARACTERISTICAS DEL ACERO

La alta resistencia del acero por unidad de peso, significa que las cargas muertas serán menores, esta característica es de gran importancia en puentes, edificios elevados y en estructuras en condiciones especiales.

La uniformidad es una propiedad del acero que no cambia apreciablemente en el tiempo, en comparación con otros materiales.

La elasticidad del acero, es una propiedad muy importante que sigue la ley de Hooke. Los momentos de inercia de una estructura de acero pueden ser calculados con precisión mas no es una estructura de concreto reforzado.

La durabilidad del acero relacionado con el mantenimiento, significa un material que perdura indefinidamente. Algunas investigaciones aseguran que el acero requiere pintura como mantenimiento.

Ductilidad, el acero puede soportar deformaciones sin fallar bajo esfuerzos elevados, lo que ocurre en elementos duros y quebradizos. En las estructuras de acero se pueden evidenciar fácilmente las grandes deflexiones que anuncian una falla evidente.

TRATAMIENTOS TERMICOS DEL ACERO

Variando el calentamiento y/o enfriamiento se pueden modificar las propiedades de los aceros al carbono.

Tipos de tratamientos:

Recocido: Recalentamiento del acero para reducir las tensiones producidas por el trabajo en frío.

Normalizado: Calentamiento y enfriamiento al aire para refinar la estructura e incrementar la resistencia.

Templado: enfriamiento rápido (en agua) del acero en forma austenítica. Produce martensita que es muy dura.

Revenido: Calentamiento de un acero templado a bajas temperaturas para hacerlo más blando y dúctil.

CLASIFICACION DEL ACERO

Acero estructural

Es el material estructural más usado para construcción de estructuras en el mundo. Es fundamentalmente una aleación de hierro (mínimo 98 %), con contenidos de carbono menores del 1 % y otras pequeñas cantidades de minerales como manganeso, para mejorar su resistencia, y fósforo, azufre, sílice y vanadio para mejorar su soldabilidad y resistencia a la intemperie.

Es un material usado para la construcción de estructuras, de gran resistencia, producido a partir de materiales muy abundantes en la naturaleza. Entre sus ventajas está la gran resistencia a tensión y compresión y el costo razonable.

A pesar de la susceptibilidad al fuego y a la intemperie es el material estructural más usado, por su abundancia, facilidad de ensamblaje y costo razonable; su mayor uso como material estructural ha correspondido a las varillas usadas en el concreto reforzado y a los perfiles livianos usados en estructuras de techos.

Aceros al carbono:

Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono además de ser soldables. 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 máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas.

Los aceros al carbono se clasifican por lo general en función a la proporción (por peso) del contenido de carbono. Acero al bajo carbono: también es conocido como el acero suave o dulce, que tiene menos de 0.30% de carbono.

Comúnmente es utilizado para productos industriales comunes como pernos, tuercas, láminas, placas y tubos para componentes de maquinaria que no requieren de alta resistencia.

Acero al medio carbono: tiene de 0.30% a 0.60% de carbono. Es generalmente utilizado en aplicaciones que requieren una resistencia más elevada a la disponible en los aceros de bajo carbono, como en piezas de equipos de maquinarias automotrices y equipos agrícolas (engranes, ejes, bielas, cigüeñales), en equipos de ferrocarriles y en piezas para maquinarias de trabajos de metales.

Acero al alto carbono: tiene más de 0.60% de carbono. Se utiliza por lo general para partes que requieren resistencia mecánica, dureza y resistencia al desgaste, como las herramientas de corte, cable, alambre para música, resortes y cuchillería. Después de haber sido manufacturados a su forma, la pieza por lo general son tratadas térmicamente y templadas. Mientras más elevado sea el contenido de carbono del acero, más alta será su dureza, su resistencia mecánica y su resistencia al desgaste después del tratamiento térmico.

Aceros aleados

Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales que modifican sus propiedades (físicas y mecánicas). Estos aceros de aleación se pueden subclasificar en:

Estructurales: Son aquellos aceros que se emplean para diversas partes de máquinas, tales como engranajes, ejes y palancas. Además se utilizan en las estructuras de edificios, construcción de chasis de automóviles, puentes, barcos y semejantes. El contenido de la aleación varía desde 0,25% a un 6%.

Para Herramientas: Aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar y modelar metales y no-metales. Por lo tanto, son materiales empleados para cortar y construir herramientas tales como taladros, escariadores, fresas, terrajas y machos de roscar.

Especiales: Los Aceros de Aleación especiales son los aceros inoxidables y aquellos con un contenido de cromo generalmente superior al 12%. Estos aceros de gran dureza y alta resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión, se emplean en turbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos.

Aceros Patinables (Cortén): Tienen una Pátina de acero aleado (herrumbre adherente y muy poco porosa) que protege de los procesos de corrosión‐oxidación

Aceros Inoxidables

Los aceros inoxidables contienen como mínimo un 10,5% de cromo, menos del 1,2% de carbono, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. El cromo le da la resistencia a la corrosión (crea sobre la superficie una capa de óxido de cromo).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 tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad.

Aceros de baja aleación ultra resistentes

Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono.

Acero galvanizado:

Acero recubierto por una capa cristalizada de cinc, que lo protege de la oxidación.

CONFORMACION DE PRODUCTOS DE ACERO

Trabajo en frío: deformación a baja temperatura. Produce un desplazamiento de las dislocaciones y el aumento de la resistencia (endurecimiento). Técnicas: laminado, extrusión, trefilado, plegado, etc.

Trabajo en caliente: Deformación a temperatura superior a la de recristalización del acero. Se puede deformar a tensión constante (plastificación).

Moldeado: se vierte el acero en estado líquido en un molde y se deja enfriar.

PRODUCTOS DE ACERO PARA ESTRUCTURAS

PERFILES ESTRUCTURALES

PERFILES LAMINADOS

PERFILES LAMINADOS EN CALIENTE

El acero que se utiliza para la construcción de estructuras metálicas y obras públicas, se obtiene a través de la laminación de acero en una serie de perfiles normalizados.

El proceso de laminado consiste en calentar previamente los lingotes de acero fundido a una temperatura que permita la deformación del lingote por un proceso de estiramiento y desbaste que se produce en una cadena de cilindros a presión llamado tren de laminación.

La principal aplicación de la laminación es la producción de acero. La temperatura de la laminación del acero es de unos 1200 °C, los lingotes de acero iniciales, que se obtienen por fundición, se elevan a dicha temperatura en unos hornos llamados «fosas de recalentamiento» y el proceso en el que elevamos la temperatura del lingote recibe el nombre de «recalentado».

Barras cuadradas y redondas

Barras redondas o cuadradas de acero laminado en caliente para usos generales. Se utilizan para complementar perfiles y uniones. Barras cuadradas

Producto realizado en caliente por láminas, su uso es muy frecuente y muy conocido. Se usan en la fabricación de estructuras metálicas, puertas, ventanas, rejas, piezas forjadas, etc.

Barras hexagonales

De igual manera que en los anteriores su composición es de láminas producidas en caliente, de sección hexagonal, y superficie lisa. Generalmente se observa en la fabricación de elementos de ensamblaje para, pernos, tuercas, ejes, pines, chavetas, herramientas manuales como barretas, cinceles, puntas, etc. Los cuales pueden ser sometidos a revenido y a temple según sea el caso.

Bases redondas

Producto laminado en caliente, de sección circular y superficie lisa, de conocimiento muy frecuente en el campo de la venta de varillas. Sus usos incluyen estructuras metálicas como lo pueden ser puertas, ventanas, rejas, cercos, elementos de máquinas, ejes, pernos y tuercas por recalcado en caliente o mecanizado; pines, pasadores, etc.

pretinas

Producto de acero laminado en caliente, de sección rectangular y de espesor reducido. Entre sus usos está la fabricación de estructuras metálicas, puertas, ventanas, rejas, piezas forjadas, etc. Así como para complementar perfiles y uniones.

Angulares lados iguales y desiguales

Perfil en L: (alas iguales o no)

Los de alas iguales se fabrican desde 15 a 150 mm (aumentando de 5 en 5 mm hasta 100 y de 10 en 10 hasta 150).

Los desiguales desde 25 x 15 mm. hasta 150 x 75 mm.

Perfil T

Puede tener la longitud del alma y del ala igual o el ala mayor.

Las dos caras del alma presentan inclinación.

Dim. 200 x 200 x3 hasta 1000 x 1000 x 13

El perfil T es producto de la unión de láminas y su construcción es en. Estructuras metálicas para construcción civil, torres de transmisión, carpintería metálica.

Perfil I (doble T de ala estrecha)

Producto de acero laminado que se crea en caliente, cuya sección tiene la forma de H. Existen diversas variantes como el perfil IPN, el perfil IPE o el perfil HE, todas ellas con forma regular y prismática.

Formados por un alma y dos alas paralelas y normales al alma.

IPN: Las caras interiores de las alas presentan una pequeña inclinación.

IPE: Las caras de las alas son paralelas.

Se usa en la fabricación de elementos estructurales como vigas, pilares, cimbras metálicas, etc, sometidas predominantemente a flexión o compresión y con torsión despreciable. Su uso es frecuente en la construcción de grandes edificios y sistemas estructurales de gran envergadura, así como en la fabricación de estructuras metálicas para puentes, almacenes, edificaciones, barcos, etc.

Perfil en H (doble T de ala ancha y paralela).

La altura es igual a la base.

Todos los bordes exteriores son de arista viva siendo más aptos para la soldadura.

Altura igual a la base y se fabrican desde 200 a 800.

Perfil en U

Acero realizado en caliente mediante láminas, cuya sección tiene la forma de U. Son conocidas como perfil UPN. Sus usos incluyen la fabricación de estructuras metálicas como vigas, viguetas, carrocerías, cerchas, canales, etc.

Formado por un ala lateral y dos alas.

Se fabrican desde 4 a 12 m. y desde el 80 al 300.

UPE / Perfil Europeo U de alas paralelas

UPNA / Perfil Europeo U de alas inclinadas aligerado

UPN / Perfil Europeo Normal U de alas inclinadas

IPE / Vigas Europeas I de alas paralelas Normales

IPN / Vigas Europeas Normales I de alas inclinadas

HEA / Vigas Europeas H de alas anchas aligeradas

HEB / Vigas Europeas H de alas anchas normales

WF / Perfil Americano I y H de alas Paralelas

Perfil Tubular Cuadrado y Rectangular

Angulo

Otras vigas

-

PERFILES CONFORMADOS EN FRIO

Se fabrican mediante plegadoras o conformadoras de rodillo en frío a partir de chapas finas de acero (espesores entre 0.3 y 6 mm), con o sin soldadura. En las figuras 6, 7 y 8 se esquematiza su fabricación y aparecen los dos tipos básicos.

Barras:

Pueden ser perfiles L, U, C, Z, Omega, tubos abiertos y tubos cerrados huecos (circulares, cuadrados, rectangulares y elípticos). Los perfiles abiertos se suelen usar como piezas flectadas y los cerrados como comprimidas.

Paneles:

Se usan en cubiertas, soportes de piso (junto a una base de hormigón, trabajando como elemento resistente o sólo como encofrado perdido) y elementos de pared. Se suelen fabricar con chapa galvanizada, pueden ir pintados y se recubren con aislamiento térmico y acústico (poliuretano expandido, etc).

CABLES Y CORDONES

Cables

Conjunto de alambres que forman un arrollamiento espiral, apto para resistir esfuerzos de tracción. Se emplea en su fabricación el hilo de acero. Para cables fijos se emplean los de acero dulce, para cables sobre poleas se emplea acero obtenido al crisol.

Cordones

Se llaman cordones a los cables elementales formados por un alma metálica o textil y un trenzado de alambre. Los cables están constituidos de varios cordones. Según su flexibilidad pueden ser rígidos, semi‐flexibles, flexibles, muy flexibles y extra‐flexibles.

ACERO DE ARMAR

Barras corrugadas

Características Barras corrugadas

Tipo de acero B 400 S B 500 S B 400 SD B 500 SD

Norma de producto UNE 36068 UNE 36068 UNE 36065 UNE 36065

Límite elástico Re (MPa) 400 500 400 500

Carga unitaria de rotura Rm (MPa)

440 550 480 575

Relación Rm / Re

1.05 1.05 ³ 1.20£ 1.35

³ 1.15£ 1.35

Relación Re real / Re nominal

---- ---- £ 1.20 £ 1.25

Alargamiento de rotura A5 (%)

14 12 20 16

Alargamiento total bajo carga máxima Agt (%)

---- ---- 9 8

STANDARES DEL ACERO

Algunos productos de acero requieren conformidad a norma UNE-EN:

Productos laminados en caliente (UNE-EN 10025-1) (S2+)

Malla de acero para refuerzo de fábricas (UNE-EN 845-3)

Mallas electro-soldadas de acero (UNE-EN 10080 -en rev.)

Tubo de acero galvanizado para saneamiento (UNE-EN 1123-1)

Tubo de acero inoxidable para saneamiento (UNE-EN 1124-1)

Tubo de acero soldable para agua (UNE-EN 10224) y de acero inoxidable (UNE-EN 10312)

Herrajes (UNE-EN 1154, 1155, 1158, 12209)

ACEROS EN EL PERÚ

Son producidos por Sider-Perú en su planta de Chimbote y por Aceros

Arequipa S.A. en su planta de Pisco. Uno de sus productos, la palanquilla, que se usa para el proceso de laminación de Angulos y varillas lisas, es de material bastante parecido al del Acero ASTM A36.

Sider-Perú fabrica, también, productos laminados planos, y los suministra ya sea en forma de bobinas o planchas; su Punto de Fluencia es Fy = 2400 kg/cm2; su Esfuerzo de Fractura es Fu = 4200 kg/cm2 y su ductilidad es 21% (en probetas de 200 mm)

Con relación a los productos no planos, en Perú se laminan Angulos hasta de 4 pulgadas, de lados iguales, canales pequeños y varillas lisas; se manufacturan tubos electrosoldados hasta de 4 pulgadas y se ha comenzado la fabricación de Perfiles Estructurales Soldados.

materiales metalicos

Documents