Metales generalidades

METALESSistemas de Construcción y Estimación – Prof: D. Carolina Stevenson Rodriguez

METALES: Generalidades

SISTEMAS DE CONSTRUCCIÓN Y DE ESTIMACIÓNPROFESOR: Dr. Carolina Stevenson Rodriguez


CONTENIDO

Características físicas del material

Métodos de producción

Piezas de acero

Protección

Generalidades

Posibles aplicaciones


Moldeo Conformación en seco Cortar Fijar - mecánico (fijación)

Tendido Conformación en húmedo Fijar - mecánico (fijación) Fijar - Químico (pegante)

Fijar - Químico (pegante) Fijar - Térmico (Termofusión)

Fijar - Térmico (Termofusión)Fijar - Electro/químico

(Soldadura)

Fijar - Electro/químico (Soldadura)

Figurar mecánicamente

Figurar térmicamente

T E C N I C A S D E C O N S T R U C C I O N

Met

ales

Acero

Varillas redondas, perfiles laminados en

caliente(en forma de I, C o L) , perfiles doblados

en frío, Láminas cold rolled, láminas hot rolled,

lámina alfajor, tubos

Elemento prefabricado, Mobiliario

Interior, Mobiliario urbano tanques,

herrajes, accesorios tubería, bombas,

Aparatos iluminación

Acero corten Láminas, Tubos

Acero Inoxidable Láminas, Tubos, Cables trenzados

Elemento prefabricado, mobiliario

interior, Mobiliario urbano, herrajes,

tanques, griferías, accesorios tubería,

Carpintería, Aparatos iluminación,

Aparatos sanitarios

Acero galvanizadoLáminas, Tubos, Tejas onduladas/grecadas,

Láminas grecadas (Steel deck), Cables trenzados

Accesorios tubería, Accesorios eléctricos,

Carpintería, Mobiliario interior,

Mobiliario exterior, Aparatos iluminación

AluminioPerfiles extruidos, láminas, tejas

onduladas/grecadas

Mobiliario Interior, Mobiliario Urbano,

griferías, herrajes, cerraduras, bombas,

Carpintería, Aparatos iluminación,

Elemento prefabricado

Cobre Láminas, Tubosaccesorios tubería, Elemento

prefabricado

Bronce Láminas, Tubosaccesorios tubería, Elemento

prefabricado

Titanio Tejas pequeño formato Láminas

F O R M A D E P R E S E N T A C I O N E N O B R A

Amorfo Pequeños elementos Semi-producto Componentes


Usos Históricos

Los metales han sido manipulados por el hombre desde hace siglos debido a su resistencia y versatilidad para ser moldeado en diferentes formas y objetos.


El rol de los metales en arquitectura toma gran importancia durante el siglo XVIII cuando el hierro se logro procesar a bajo costo para la manufactura de elementos estructurales …

World's first cast iron bridge, River Severn, Coalbrookdale, Abraham Derby, 1779

Usos Históricos


Crystal Palace, Hyde park, London, 1851 by Joseph Paxton

El Palacio de Cristal se construyo como un icono tecnológico de la revolución industrial. La combinación de hierro fundido y forjado se presento como un material novedoso con excelentes capacidades estructurales.

33m high, 564m long

Usos Históricos

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/92/Crystal_Palace_from_the_northeast_from_Dickinson's_Comprehensive_Pictures_of_the_Great_Exhibition_of_1851._1854.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/61/Crystal_Palace_-_Queen_Victoria_opens_the_Great_Exhibition.jpg


Delgadas columnas de hierro fundido empezaron a remplazar elementos estructurales pesados de mampostería. Esto dio lugar a la aparición de grandes ventanas y fluidez espacial.

New York City's SoHo Cast Iron Historic District, 1870s

Usos Históricos

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9e/NYC_SoHo_Green_Street.jpg


En 1858 Henry Bessemer patentó un proceso de refinación y reducción de hierro para producir acero en cantidades industriales a bajo costo…

Bessemer process/1858

Bessemer converter

Usos Históricos


La primera gran estructura en acero fue el Forth Railway Bridge en Gran Bretaña.

Forth Railway Bridge, Benjamin Baker, 1890

Usos Históricos

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/85/Forthrailbridgefromsouthqueensferry.jpg


Construcciones como la torre Eiffel en Paris y la Estatua de la Libertad en NY ejemplifican la nueva era industrial del la segunda mitad del siglo XIX.

Eiffel Tower by Gustave Eiffel, Paris, 1889The Statue of Liberty, by Gustave Eiffel, New York, 1886

Usos Históricos


La producción industrial de acero hizo posible la construcción de grandes edificios en tiempos relativamente cortos …

Lunch break on a steel beam, Rockefeller Center, New York, 1932

Usos Históricos


El acero jugo un papel muy importante en el desarrollo de la arquitectura moderna y contemporánea del siglo XX.

The Seagram Building, New York, by Mies van der Rohe, 1957

Usos Históricos


El acero es una aleación de hierro con pequeñas cantidades de carbono (0.2% -2.14% dependiendo del grado). Materiales como el acero inoxidable contienen además Cromo y Níquel para mejorar la resistencia a la corrosión y aumentar la capacidad portante…

Que es el acero?


El acero es uno de los materiales constructivos mas resistentes y económicos en arquitectura

Buena relación resistencia/peso

Gran resistencia por volumen.

Alta rigidez.

Trabaja bien a compresión y a tensión.

Propiedades: MECANICAS


El acero es un material con un buen coeficiente elástico (deformación temporal bajo cargas)…



El acero trabaja adecuadamente en el rango plástico (en frio o en caliente ). Esta cualidad facilita su manejo (plegado, enrollado y doblado) evitando ruptura .

off-line machine to punch, slit and form sections of cold-rolled steelMachine to cast steel



El acero tiene poca resistencia al fuego, se expande perdiendo su rigidez y capacidad portante colapsando rápida y muchas veces inesperadamente.

Windsor Tower Fire, Madrid, 2005



Las temperaturas promedio durante un incendio alcanzan entre 700º-900ºC. El acero se debilita dramáticamente bajo 230ºC, reteniendo solo el 10% resistencia inicial cuando llega a los 750ºC.

TIME (minutes)

Comparative strength loss of wood vs steel

STR

ENG

TH (

%)



El acero estructural requiere protección externa para minimizar la absorción de calor durante un incendio.

Recubrimiento de concreto

Recubrimiento con paneles de yeso cemento

Espumas en spray

Métodos de protección contra el fuegoRecubrimiento de concreto

Recubrimiento yeso cemento

Espumas en spray

Paneles de yeso cemento suspendidos



El acero tiene una alta conductividad térmica. Por esto es susceptible a puentes térmicos (cold-bridging) a menos que sea apropiadamente aislado….

Thermal bridge caused by steel beam

Propiedades: TERMICAS


La corrosión es un proceso electro-químico que transforma el acero en hidróxido de hierro (oxido). El acero se corroe en contacto con la humedad, ácidos, sales, aceites y otros químicos.

Propiedades: QUIMICAS


El acero necesita ser protegido para reducir la corrosión. Algunos tratamientos disminuyen el daño o lo hacen menos visibles; otros mejoraran su resistencia contra el oxido.

Galvanización (zinc) Pintura en spray

Protección catódicarecubrimientos

acero inoxidable


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/f/f1/Anodes-on-jacket.jpg


Pros•El acero es un material fácil de reciclar.•Relativamente poco desperdicio en su producción.

Cons•Gran cantidad de energía es utilizada durante su producción . •El acero inoxidable no es magnético lo que hace mas difícil su selección para reciclaje. •Es un material no renovable.•Buen conductor térmico propenso a cold-bridging .

Pile of steel scrap to be recycled

Propiedades: AMBIENTALES

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/2/21/Steel_scrap.jpg


ALTO HORNO HORNO ELECTRICO

Método de Producción


http://www.youtube.com/watch?v=8x1Hf_U-1fo&playnext_from=PL&feature=PlayList&p=4DEC3104AF2F4B72&playnext=1&index=1


http://www.youtube.com/watch?v=2Aip_Jg_BC8&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=8x1Hf_U-1fo&playnext_from=PL&feature=PlayList&p=4DEC3104AF2F4B72&playnext=1&index=1

http://www.youtube.com/watch?v=2Aip_Jg_BC8&feature=related


FORMACIÓN: Los métodos para dar forma al acero en caliente, son tres:

LAMINADO

GravadoMolde Inferior

Molde superior

Acero Caliente

Pieza Forjada

FORJADO EXTRUSIÓN



ACERO LAMINADO

Método de Producción: LAMINADO


Perfiles huecos

Método de Producción: EXTRUSIÓN


Método de Producción: EXTRUSIÓN

http://www.youtube.com/watch?v=067u69Q2quc&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=067u69Q2quc&feature=related


La Trefilación es un proceso de deformación en frio que permite reducir el diámetro sin generación de virutas

Método de Producción: TREFILACIÓN

alambre de amarre o alambre negro recocido

http://www.youtube.com/watch?v=2qNXlDtewE8

http://www.youtube.com/watch?v=2qNXlDtewE8


S M

Cold rolled or pressed steel sections are normally used for secondary structures…

Perfil ZPerfil Sigma Perfil C

Otros perfiles





S M

Corte con Plasma Corte con sierra

perforadotaladrado

Método de Producción: CORTADO/PERFORADO


S M

soldadura

PunchingPruebas no destructivas Revestimiento Shot blast revestimiento

Método de Producción: SOLDADURA/REVESTIMIENTO/PRUEBAS


Método de Producción: PIEZAS COMPUESTAS


Steel Manufacturing:

Paneles compuestos

Steel deck

Two-way steel deck

Método de Producción: PRODUCTOS COMPUESTOS


Ventajas:

• Alta resistencia y rigidez.•Fácil de reciclar. •Poco desperdicio.•Flexibilidad de diseño (modular, fácil de dar forma and unir). •Rapidez en la construcción.•durabilidad.•Relativo bajo costo.

Consideraciones de Diseño


• Allen, Edward, and Joseph Iano. Fundamentals of building construction: materials and methods. 4th ed. Hoboken, N.J.: J. Wiley & Sons, 2004.

• Arlene Maria Sarmanho. “Steel framing: arquitectura” IBS/CBCA. Rio de Janeiro 2006. • Instituto Brasileiro de Siderugia. “Ligacoes em estruturas metálicas”. ” IBS/CBCA. Rio de Janeiro 2004. • Sshulitz, Helmut C. “Steel construction manual” Birkhauser. Basel, Switzerland; Boston, MA c2000. • Villamil, Sergio. “Construcción metálica en Colombia II: tecnología en la tradición, renovación, rehabilitación y

modernización”. Construdata; Legis. Bogotá 2009. • Blanc, Alan, Michael McEvoy, and Roger Plank. Architecture and construction in steel. London: E & F N Spon, 1993.• Davison, Buick. Steel designers' manual. 7th ed. Chichester, West Sussex, UK: Wiley-Blackwell, 2011.• Schulitz, Helmut C., Werner Sobek, and Karl J. Habermann. Steel construction manual. Basel: Birkhauser, 2000.

BIBLIOGRAFIA

Design

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