Unidad v metales_aleaciones_en_ingenieria_civil_pdf

 METALES:
A.-CONCEPTO.
B.-CLASIFICACION DE LOS
METALES.
B-1 METALES FERROSOS
B.2 METALES NO FERROSOS
C.- PROPIEDADES DE LOS
METALES.
C-1 PROPIEDADE MECANICAS
C.2 PROPIEDADES FISICAS
C.3 PROPIEDADES QUIMICAS
C.4 PROPIEDAES TECNOLOGICAS
D.- ENSAYOS TECNOLOGICOS.
ALEACIONES DE METALES:
1.- CONCEPTO.
1.1.- VARIEDADES
1.2.- PROPIEDADES
1.3.- PREPARACION
2- EL ACERO EN LA INGENIERA CIVIL.

CONCEPTO: Los metales son
aquellos elementos químicos
caracterizados por ser muy densos, la
gran mayoría de ellos son sólidos
(exceptuando el galio y el mercurio),
todos ellos presentan más o menos
brillo, son maleables (capacidad de
hacer láminas), dúctiles (capacidad de
obtener alambres e hilos), tenaces
(resistencia que oponen a ser rotos,
doblado, etc.) y por último, son
conductores, que es la propiedad más
importante de los metales.
METAL: ACERO

Los metales desde el punto de
vista tecnologico y de sus
aplicaciones en ingenieria se
pueden clasifican en:
B.1.- Metales Ferrosos
- Aceros
- fundiciones
B.2.- Metales No Ferrosos
- Aluminio y sus aleaciones
- Cobre y sus aleaciones
- Plomo
- Estaño
- Zinc
METAL FERROSO :ACERO
METAL NO FERROSO :ALUMINIO

B.1.- Metales Ferrosos: Son
aquellos que su principal componente
es el hierro y sus principales
caracteristicas son su gran resistencia
ala tension y dureza , los metales
ferrosos son:
B.1.1.- El Acero:
B.1.2.- Fundiciones :

 B.1.1- Metales Ferrosos: Los minerales más utilizados para la
elaboración de los metales ferrosos son, en orden de
importancia, los siguientes:
 Magnetita (Fe3 O4)
 Hematita roja (Fe2 O3)
 Hematita parda (Fe2 O3.2H2O)
 Siderita (CO3 Fe)
El conjunto de operaciones que se realizan para separar un
metal del mineral que lo contiene se llama metalurgia de
ese metal. La metalurgia de los metales ferrosos o siderurgia
se realiza en los llamados altos hornos, consistentes en
grandes estructuras metálicas de acero revestidas
interiormente con ladrillos refractarios muy resistentes al
calor, los cuales son cargados con los siguientes elementos:
Mineral de hierro.Combustible (carbón mineral, carbón
vegetal, coque, etc).Fundente, que tiene la función de
combinarse con la ganga del mineral de hierro

B.1.- Metales Ferrosos:
B.1.1 EL ACERO: Son una aleación de
hierro y carbono, en la que el carbono se
encuentra presente en un porcentaje
inferior al 2%. Para obtener acero, se
toma como materia prima el arrabio,
eliminando al máximo las impurezas de
este, por medio del afino, y reduciendo el
porcentaje del principal componente de la
aleación que es el carbón. Además de
arrabio, en el convertidor se añaden
chatarras y fundentes, aparte de la lanza
que inyecta oxígeno para el afino.

B.1.1.1 PROCESO DE PRODUCCION DEL ACERO:

B.1.1.1 :ACEROS ESPECIALES O ALEADOS
Estos aceros, ademá carbono tienen otros elementos en
porcentajes de hasta el 50%, según los casos, que les
otorgan propiedades particulares. Entre los más usados se
cuentan:
aceros al níquel: con 5 a 15% de níquel, son sumamente
elásticos y resistentes a los agentes atmosféricos.
aceros al cromo: un 10 a 20% de cromo confiere una
considerable dureza y una mayor resistencia a la corrosión.
aceros al cromo-níquel: asociando ambos elementos se
combinan las ventajas indicadas, resultando un acero no
muy duro pero sí elástico, con la ventaja adicional de ser
inoxidable. El llamado habitualmente acero inoxidable,
empleado en utensilios, mesadas y recipientes, es un acero
con 18% de cromo y 8% de níqulel.
aceros rápidos o de alta velocidad: incorporan cromo con
porcentajes variables de wolframio (tungsteno), molibdeno,
vanadio o titanio, con una excelente resistencia al desgaste y
elevada dureza, aún a elevadas temperaturas, por lo que se
los emplea en herramientas para trabajar otros metales o
materiales duros (tornos, sierras, taladros, etc).
Produccion de aceros
especiales

B.1.1.1 :ACEROS ESPECIALES O ALEADOS
Acero al niquel ( lamina de acero galvanizado Acero al crromo
Acero Rapidos
Acero ala Cromo Niquel

B.1.1.2 :CLASIFICACION DE LOS ACEROS SEGÚN SAE
Esta clasificación muy usada en metalurgia, establece para identificar un acero, un número de 4 o 5 cifras:
Donde:
A indica si el acero es aleado o no:
o A=1 : Acero al carbono
o A=2 : Acero al Niquel
o A=3: Acero al Cromo-Níquel
o A=4: Acero al Molibdeno
o A=5: Acero al Cromo
o A=6: Acero al Vanadio
o A=7: Acero al Tugsteno
o A=9 : Acero al Siliceo-Manganeso
B indica el porcentaje en que interviene la aleación, si este porcentaje es mayor al 10% el número identificatorio del acero
será de 5 cifras (ABB*CD)
CD indica el porcentaje de carbono que tiene el acero en décimas y centésimasEsta clasificación no siempre cumple
rigurosamente con lo indicado precedentemente, y
a veces toma numeraciones arbitrarias para indicar algún tipo de acero.
Ejemplos:
Acero 1010 Acero al Carbono con 0.10% de C
Acero 2325 Acero al Níquel con 3% de Ni y 0.25% de C

B.1.1.3 : TRATAMIENTOS TERMICOS DE LOS ACEROS:
Son procedimientos, a que se someten los metales,
de calentamientos y enfriamientos controlados que
tienen por objeto conseguir variar la estructura
cristalina y obtener así propiedades especiales como
por ejemplo mayor dureza, mayor resistencia,
mejorar la ductilidad, etc
RECOCIDO
TEMPLADO

 B.1.1.3.1 TEMPLADO: consiste en someter a los
metales a una temperatura por encima de un
punto denominado crítico y luego enfriar
bruscamente por inmersión en agua, aceites o
soluciones acuosas de ciertas sales. Este
procedimiento produce cambios en la estructura
cristalográfica de los metales, lo cual redunda en
un aumento de la dureza y la resistencia
mecánica, pero con una sensible disminución de
la ductilidad y la resistencia a los impactos. El
templado puede ser superficial o profundo, y
puede variar de acuerdo al tipo de baño de
inmersión, suduración y la diferencia de
temperaturas.
Enfriamiento con agua( templado

B.1.1.3.2 RECOCIDO : Es el proceso inverso del
templado y consiste en someter al metal a una
temperatura superior a la del punto crítico y a la
de templado y luego dejar enfriar lentamente. Se
practica el recocido dentro de túneles con los
artículos avanzando a contracorriente con aire.
Con el recocido se pierde dureza pero se
recupera ductilidad, eliminándose los efectos de
tratamientos térmicos anteriores o de
tratamientos mecánicos en frío (estirado,
torsionado, etc).
Enfriamiento Lento( Recocido)

B.1.1.3.3 REVENIDO: Es un tratamiento
intermedio consistente en someter al metal a una
temperatura inferior a la crítica y luego enfriar a
velocidad controlada. De esta manera se consiguen
eliminar algunos efectos del templado como ser la
fragilidad, las tensiones internas, etc, conservándose
la dureza y la resistencia mecánica.
Los procedimientos citados precedentemente son
tratamientos térmicos propiamente dichos,
existiendo otros tratamientos denominados
termoquímicos donde no sólo se producen procesos
de calentamiento y enfriamiento, sino que además se
generan procesos químicos con aporte de diversas
sustancias.
( Revenido)

B.1.2 Fundiciones: Son las aleaciones
de metales ferrosos con un contenido de
carbono elevado mayor al 1.7% reciben este
nombre por el hecho de que son muy
dificiles de trabajar , solo pueden emplearse
mediante fusion y colada dem material se
vierte el material fundido en un molde que
tiene la forma de la pieza que se desea
obtener, donde se solidifica. , el proceso de
fabricacion de las fundiciones se realiza en
los llamados hornos de cubilotes, existen
dos tipos de fundiciones:
1.- Fundicion Blanca
2.- Fundicion Gris
FUNDICIONES

B.1.1- Metales Ferrosos:
1 Fundicion Blanca: tiene un color gris brillante,
es muy dura, difícil de perforar y limar; se
obtiene cuando el enfriamiento es rápido.
Dados estos inconvenientes, la fundición tiene
muy pocas aplicaciones directas, aunque se la
emplea en las acerías para elaborar aceros a
partir de ella. Si se la somete a un tratamiento
térmico se puede obtener la fundición
maleable, que presenta una aceptable
maleabilidad.

B.1.1- Metales Ferrosos:
1 Fundicion Gris: resulta de un enfriamiento más
lento, es de color más oscuro, es relativamente
más blanda, se lima y se perfora bastante bien y
es menos quebradiza que la fundición blanca. El
contenido de carbono varía entre un 2.5 y un 5%
de carbono (al aumentar el contenido de carbono
aumenta la dureza y laresistencia al desgaste,
pero aumenta la fragilidad). Con la fundición gris
seelaboran piezas por colada, tratando de reducir
al mínimo las operaciones posteriores de
maquinado por la dificultad que presenta para ser
trabajada.

B.2.- Metales No Ferrosos: Los
metales no ferrosos son los que su
principal composición no es el hierro. Se
dividen en tres grandes grupos:
Ligeros: Aluminio y titanio.
Ultraligeros: Berilio y magnesio.
Pesados: Cobre, estaño, plomo y cinc.
Características: -Se pueden moldear y
mecanizar fácilmente.
-Poseen una resistencia mecánica elevada
en relación a su peso . -Algunos tienen
una gran conductividad térmica y
eléctrica. -Presentan un buen acabado
superficial, que en ocasiones los hace
útiles como elementos decorativos
METAL NO FERROSOS

B.2.- Metales No Ferrosos:
B.2.1 Aluminio: Es un material
relativamente nuevo, comparado con el
hierro, pero decreciente uso en la
industria de la construcción. El
procedimiento actualmente usado para
extraer el aluminio a partir del mineral,
bauxita, requiere un gran consumo de
electricidad, alrededor de 17,5Kw hora
por cada kilogramo de metal. Como
consecuencia, una industria de gran
producción de aluminio debe ser
ubicada cerca de una fuente abundante
de energía eléctrica de bajo costo,
actualmente la energía hidroeléctrica.
PERFILES DE ALUMINIO

B.2.2.-Cobre
El contenido de cobre de muchos
minerales de cobre es bajo, por lo cual la
primera etapa en la fabricación de este
metal es usualmente la concentración. El
mineral es triturado, zarandeado y pasado
por un molino de bolas para reducirlo a
partículas pequeñas.
Las características son: • Color rojizo •
Muy buena ductilidad y maneabilidad •
Excelente conductividad eléctrica y
térmica • Buena resistencia a la corrosión •
Alto punto de fusión • Alto peso especifico
• Baja resistencia a la corrosión
PERFILES DE ELECTRICIDAD ( COBRE)

B.2.3.- EL Plomo:
EL plomo es un metal pesado, es de un color azul que se
empaña para adquirir un color gris mate. Es flexible,
inelástico y se funde con facilidad. Su fundición se
produce a 327,4 ºC. Es resistente al ácido sulfúrico y al
ácido clorhídrico y se disuelve con lentitud ante el ácido
nítrico.
La principal materia prima del plomo es el mineral galena
(sulfuro de plomo). La galena es primeramente calcinada
hasta formar terrones de oxido de plomo. El oxido de
plomo es cargado en un horno de cuba con coque, oxido de
hierro y cal. El plomo precipita al fondo del horno y es
retirado a intervalos. Luego es refinado, lo cual es a
menudo necesario, en un horno de reverbero calentando el
plomo en presencia de aire. Muchas de las impurezas son
oxidadas y sedesprenden como gases.
El plomo es un metal blando, plástico, maleable, usado en
varias formas en la construcción de edificios. En chapa es
usado como techados, revestimiento de paredes y desagüe.
CORDONES DE PLOMO

B.2.4.- EL Estaño: El mineral a partir del cual es generalmente producido el estaño, es la
casiterita, un oxido de estaño. Un horno de reverbero es usado para reducir el mineral y el estaño
es nuevamente refinado por refinación electrolítica. Debido a su resistencia a la corrosión, el
estaño es usado mucho en chapas de cubiertas de hierro recubiertas con estaño.
Las propiedades del estaño, de importancia comercial, son su gran maleabilidad a temperatura
ambiente y su alta resistencia a la corrosión cuando es puro. Una gran cantidad de producción de
estaño en el mundo se usa como recubrimiento de chapas de hierro o acero (hojalata) Una pequeña
proporción es laminada en frío en chapas y usada en la fabricación de material para cubierta de
techos, hojas de papel de estaño, etc.
Barrillas de Estaño

B.2.5.- EL Zing:Densidad: 7gr/cm3. Punto de fusión 420ºC. Punto de ebullición 907ºC.
Resistencia 600kg/cm2. Maleable a 150 ºC.
Las propiedades químicas del zinc son tan diferentes de los otros minerales
comunes que los métodos metalúrgicos por los cuales se extrae el zinc de los
minerales es único. Cualquiera que sea el estado original del zinc en el mineral,
debe ser en la forma de un óxido antes de obtención del zinc metálico.
El zinc es usado como recubrimiento sobre hierro y acero, siendo aplicado por
inmersión o electrólisis
Chapas de Zing

PRODUCTOS DE LOS METALES
FERROSOS Y NO FERROSOS

como ya hemos visto en unidades anteriores las propiedades de los materiales en este caso los metales se
puedencitar las siguientes propiedades:

Los ensayos tecnológicos permiten comprobar el comportamiento de los
materiales, en este caso específico los metales, con respecto a las
operaciones a que son sometidos desde su fabricación hasta su colocación
definitiva en obra. En general, estos ensayos son cualitativos y no
cuantitativos, siendo de ejecución sencilla y rápida.
Los ensayos tecnológicos más comunes que se realizan sobre metales son
los siguientes:
Abocardado o mandrilado (cónico y recto)
 Aplastamiento
 Recalcado
 Presión interna
 Curvado
 Plegado (a fondo y con calzas)
 Torsión
 Flexión alternativa
 Embutido (embutido Ericssen)
 Retorcido o enrollado
 flexión en la cabeza
 Flexión en la zona de rosca
 Tracción en el vástago
Ensayos Tecnologicos

CONCEPTO: La aleaccion es la unión íntima y
homogénea de dos o más elementos, siendo al menos uno
de ellos un metal.
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
Aleaciones

1.1 VARIEDADES: Una aleación
puede ser un compuesto intermetálico,
una disolución sólida, una mezcla íntima
de cristales diminutos de los elementos
metálicos constituyentes o cualquier
combinación de disoluciones o mezclas
de los mismos. Los compuestos
intermetálicos como NaAu2, CuSn y
CuAl2, no siguen las reglas ordinarias de
valencia y son por lo general duros y
frágiles, aunque las últimas
investigaciones han aumentado la
importancia de estos compuestos.
Variedades en las
Aleaciones

1.2 PROPIEDADES: Con frecuencia las propiedades
de las aleaciones son muy distintas de las de sus
elementos constituyentes, y algunas de ellas, como
la fuerza y la resistencia a la corrosión, pueden ser
considerablemente mayores en una aleación que en
los metales por separado. Por esta razón, se suelen
utilizar más las aleaciones que los metales puros. El
acero es más resistente y más duro que el hierro
forjado, que es prácticamente hierro puro, y se usa
en cantidades mucho mayores. Los aceros aleados,
que son mezclas de acero con metales como cromo,
manganeso, molibdeno, níquel, volframio y
vanadio, son más resistentes y duros que el acero en
sí, y muchos de ellos son también más resistentes a
la corrosión que el hierro o el acero. PROPIEDADES DE ALGUNAS ALEACIONES

2.1 PRINCIPALES TIPOS DE ACEROS
EMPLEADOS EN LA CONSTRUCCION:
Los aceros son los materiales constitutivos de numerosos
elementos destinados a las construcciones, y pueden ser
fabricados y conformados por los diversos métodos vistos
anteriormente. A modo de síntesis se citan los diferentes
productos de acero que se emplean en la construcción:
Perfiles: Normales , Grey de alas anchas,Línea herrero Y
De chapa plegada en frío
Barras:Para hormigón armado y pretensado,Laminadas
paraherrería:circulares,cuadradas,hexagonales,planchuelas
 Tubos o caños: Estructurales,Para conducción de
fluidos
 Chapas: Gruesas,Finas Y Galvanizadas
 Alambres
 Cables y cordones
 Clavos
 Bulones y tornillos
PERFILES DE ACERO
BARRAS DE ACERO

2.1.1 ACERO PARA CONCRETO ARMADO:
Las formas principales que toma el refuerzo estándar para
hormigón son: barras lisas, barras corrugadas, malla de
alambre soldado, fibras de acero, torones, hilos y barras para
preesforzar
BARRAS DE ACERO
MALLA DE ACERO
ELECTROSOLDAD

2.1.2 ACERO PARA CONCRETO PRETENSADO:
La alta resistencia se obtiene principalmente
mediante: Composición química (contenidos de
carbono hasta 0.80%).Tratamientos mecánicos.
Tratamientos térmicos.
Tratamientos termomecánicos.
Comienzan a fabricarse en nuestro país a fines de
la década del 50, alambres de 5 y 7mm, de
tensiones de fluencia/rotura 1250/1400 MPa
(12500/14000 Kg/cm²), para el procedimiento
Freyssinet. Al poco tiempo se fabricaron alambres
de 5 y 7mm para el procedimiento BBRV con
resistencia a rotura de 1550 MPa (15500 Kg/cm²).
ACERO PRETENSADO

2.1PRINCIPALES TIPOS DE ACEROS EMPLEADOS EN LA
CONSTRUCCION:
2.1.2 ACERO PARA CONCRETO PRETENSADO:

2.2 EL ACERO COMO MATERIAL DE CONSTRUCCION
Si bien es cierto que en gran parte del mundo siempre se ha edificado más
con concreto armado que con acero estructural, hoy día este material tiene
un lugar bien merecido en la industria de la construcción y resulta cada vez
más común ver edificaciones de gran altura o de arquitecturas caprichosas,
cuya realización ha sido posible mediante el uso del acero.

2.2 VENTAJAS DEL ACERO EN LA CONSTRUCCION: El Acero presenta las siguientes
ventajas
Alta resistencia: Gran relación de resistencia y rigidez por unidad de volumen.
Ductilidad: Propiedad para soportar grandes deformaciones sin fallar al someterse a grandes
esfuerzos de tensión. Sus grandes deflexiones ofrecen evidencia visible de la inminente falla.
Tenacidad: Posee resistencia y ductilidad. Es la propiedad que le permite absorber energía en
grandes cantidades sin fracturarse.
Resistencia a la fatiga: Esta propiedad le permite soportar muchos ciclos de carga y
descarga, o bien, de tensión o compresión.
Durabilidad: Con un mantenimiento adecuado su vida útil puede prolongarse casi
indefinidamente.
Soldabilidad: Esta propiedad le permite ser unido a otro elemento de su misma especie lo
cual representa una gran ventaja como material de construcción La estructura metálica pesa
considerablemente menos que una estructura de concreto para la misma geometría y cargas.

2.2 VENTAJAS DEL ACERO EN LA CONSTRUCCION: El Acero presenta las
siguientes ventajas:
Ampliación de estructuras existentes :Una estructura de acero puede adaptarse
con relativa facilidad a los cambios arquitectónicos, modificación de pisos,
ampliaciones, reforzamientos, etc.
Economía en los acabados: Los peraltes de vigas, trabes y armaduras de los
marcos rígidos son menores que en una estructura de concreto, logrando con esto
un ahorro en revestimiento de muros, fachadas y acabados en general.
Rapidez constructiva : Mientras en el lugar de la obra se está construyendo la
cimentación, al mismo tiempo en el taller se fabrica la estructura.Se minimiza la
influencia de las condiciones metereológicas en la calidad de la construcción
debido al trabajo de prefabricado hecho en planta bajo un ambiente controlado
Propiedades diversas: Facilidad de ensamble a través de varios tipos de
conexiones.Capacidad para laminarse en una gran cantidad de tamaños y formas.

Anclaje de estruturas metalica Estructura metalica

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