Materiales metálicos

10 Metales

Dada la regularidad de la estructura a nivel atómico, ha sido posible conocer mejor las bases a nivel microscópico y a nivel atómico de las propiedades mecánicas de los metales, que las de otras clases de materiales. Los intentos por explicar el comportamiento microscópico sobre la base de micromecanismos han tenido cierto éxito en los materiales metálicos.

10.1 Deformación de los metales

Los metales constan de átomos entre sí en conglomerados grandes y regulares. Los enlaces metálicos entre los átomos se deben a que comparten entre sí electrones en enlaces covalentes insaturados. El comportamiento elástico de los materiales metálicos sometidos a cargas limitadas puede explicarse en términos del enlace interatómico. La deformación de materiales sometidos a una carga aplicada es elástica, si el cambio en la forma se recupera por entero cuando el material vuelve a su estado original de esfuerzo. Las relaciones de carga-deformación pueden, o no, ser lineales, pero muchos metales tienen comportamiento lineal.

10.2 Mecanismos para reforzar los metales

La deformación plástica en los metales se caracteriza por un fenómeno conocido como endurecimiento por deformación. Cuando los metales se deforman más allá del límite elástico ocurre un cambio permanente en la forma. Si un metal se carga más allá de su punto de fluencia, se descarga y se vuelve a cargar, se eleva su límite elástico. Este fenómeno, representado indica que un metal puede reforzarse por deformación antes de someterlo a carga en una estructura, pero su ductibilidad decrece.

Trabajo en frío a Se llama trabajo enfrío a la deformación plástica en metales que se lleva a cabo bajo ciertos intervalos de temperatura y tiempo, de tal manera que el endurecimiento por deformación no se reduce. El trabajo en frío se emplea para endurecer y esforzar metales y aleaciones que no responden a tratamiento térmico. Nótese que, aunque la resistencia aumenta en forma considerable, la ductibilidad, medida por el alargamiento, se reduce mucho.

Endurecimiento por solución de sólidos. Se denomina endurecimiento por solución de sólidos el reforzamiento de metales que se produce por defectos de Tamaño atómico dispersos en la estructura atómica. Los átomos impuros de substitución e intersticiales son las variedades más comunes de esos defectos. Ocurre endurecimiento siempre que una dislocación se encuentra con una irregularidad en la estructura cristalina.

Endurecimiento por precipitación. El endurecimiento por dispersión es el reforzamiento producido por una segunda fase insoluble, finamente dispersa en una matriz de átomos de metal. Estas partículas de la segunda fase actúan corno obstáculos al movimiento de las dislocaciones. Por tanto, se requieren esfuerzos más elevados para ocasionar la deformación plástica, cuando las dislocaciones deben salvar estos obstáculos para moverse a través de los planos de deslizamiento. La técnica básica es hacer la segunda fase tan finamente dispersa corno sea posible; esto puede lograrse por sobreenfriamiento.

Tamaño del grano. Aunque para investigación científica se hacen crecer cristales individuales de metales, los grados comerciales de los metales son materiales policristalinos. Cada grano en un metal policristalino es un pequeño volumen de átomos acomodados en tal forma, que los

planos atómicos, en esencia, son paralelos. Cada grano tiene una orientación muy diferente a la de los granos contiguos. Las zonas entre los granos individuales, llamadas linderos de granos, son zonas de gran desajuste atómico. Por razón de los cambios en orientación y por la alteración de la estructura atómica regular en los linderos de granos, hay mucha inhibición en el movimiento de las dislocaciones en estas áreas. Entre mayor sea el número de fronteras de grano, más alta será la resistencia del metal.

10.3 Aceros estructurales

Los aceros de alta resistencia se utilizan en muchos proyectos de ingeniería civil. Los nuevos aceros por lo general, los introducen sus fabricantes con marca registrada; pero un breve examen de sus composiciones, tratamiento térmico y propiedades suele permitir relacionarlos con otros materiales ya existentes. En seguida aparecen algunas clasificaciones que permiten comparar los nuevos productos con los que ya están normalizados.

10.3.1 Clasificaciones de los aceros estructurales

Las clasificaciones generales permiten agrupar los aceros estructurales disponibles en la actualidad en cuatro categorías principales, algunas de las cuales tienen subdivisiones. Los aceros que utilizan el carbono como elemento principal en la aleación se llaman aceros estructurales al carbono. Los grados más antiguos en esta categoría fueron el "caballo de batalla" de la industria de la construcción durante muchos años y los más nuevos, mejorados, constituyen aún la mayor parte del tonelaje estructural.

Las designaciones de las especificaciones ASTM suelen utilizarse para clasificar los aceros estructurales que han estado en uso un tiempo suficiente para poder clasificarlos. Las "AASHTO Standard Specifications for Highway Bridges" (American Association of State Highway and Transportation Officials) contienen especificaciones similares. Estas especificaciones comprenden variables de producción como son procesos, contenido químico y tratamiento térmico, así como mínimos de rendimiento en propiedades de tensión y dureza.

La comparación de la composición química, en cuanto a carbono y otros elementos de aleación, puede utilizarse para distinguir entre sí los aceros estructurales. La mayoría de los aceros estructurales, excepto los aceros martensíticos, contiene carbono en cantidades entre 0.10 y 0.28%. Los aceros más antiguos tienen pocos elementos de aleación y suelen clasificarse como aceros al carbono. Los aceros que contienen cantidades moderadas de elementos de aleación, con menos de un 2% de cualquier otro elemento, se llaman aceros con bajo contenido de aleación. Los aceros que contienen mayores porcentajes de elementos de aleación, como los aceros martensíticos con 18% de níquel, se designan aceros con alto contenido de aleación.

10.3.2 Efectos de la microestructura de los aceros

Las propiedades mecánicas observadas y medidas en escala macroscópica se basan en la microestructura constituyente del acero. Aunque hay variaciones en los detalles de la microestructura de un Lupa particular de acero, debido a que la composición química y el tratamiento térmico varían de límites permisibles, las características de la microestructura pueden describirse para cada una de las clasificaciones generales de los aceros estructurales.

10.3.3 Aleaciones de acero

Se puede comunicar una amplia gama de propiedades a los aceros al carbono simples por tratamiento térmico y al trabajarlos; pero la adición de elementos de aleación aumenta en gran medida aquellas propiedades o hace las operaciones de tratamiento térmico más fáciles y más sencillas. Por ejemplo, alta resistencia a la tracción y

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tenacidad combinadas, resistencia a la corrosión, corte de alta velocidad, y muchos otros usos especiales exigen aceros con contenido de aleación, pero el efecto más importante de las aleaciones es la influencia o la capacidad de temple.

10.3.4 Tubería para aplicaciones estructurales

La tubería estructural se prefiere a otros elementos de acero cuando se necesita resistencia a la torsión y cuando es estéticamente deseable una sección cerrada. Además, muchas veces la tubería estructural puede ser una opción económica para elementos de compresión sujetos a cargas de moderadas a ligeras. La tubería cuadrada y rectangular se fabrica por formación, en frío o en caliente, de tubería redonda soldada o sin costura en un proceso continuo. Una tubería A500 de acero al carbono formada en frío se obtiene en cuatro grados de resistencia en cada una de dos formas de producto, conformadas (cuadradas o rectangulares) o redondas. Se dispone de un límite de elasticidad mínimo de hasta 46 ksi para tubos conformados y de hasta 50 ksi para tubos redondos.

Un tubo A501 es un producto de acero al carbono formado en caliente. Contiene un límite de elasticidad igual al del acero A36 en tubos que tienen un grosor de pared de 1 in o menos.

Un tubo A618 es un producto HSLA (alta resistencia y bajo contenido de elementos de aleación) formado en caliente. Ofrece un límite de elasticidad mínimo de 33 a 50 ksi, dependiendo del grado y grosor de pared. Los tres grados tienen mejor resistencia a la corrosión atmosférica. Los grados la e lb se pueden utilizar desnudos para muchas aplicaciones cuando se exponen adecuadamente a la atmósfera.

10.3.5 Fatiga de aceros estructurales

Cuando se somete a cargas cíclicas, en especial cuando se presentan inversiones de esfuerzos, un elemento estructural puede fallar finalmente debido a grietas que se forman y propagan. Conocido como falla por fatiga, esto puede ocurrir a niveles de esfuerzo bien por abajo de la carga de deformación remanente.

10.4 Láminas y perfiles de acero para aplicaciones estructurales

Las láminas y perfiles de acero se utilizan para muchas aplicaciones estructurales, incluyendo elementos formados en frío en la construcción de edificios y el revestimiento resistente de equipo de transporte.

La norma ASTM A570 comprende siete grados de resistencia de láminas y perfiles de acero al carbono, laminadas en caliente y sin revestimiento. (Ver norma ASTM A611 para lámina de acero al carbono laminada en frio). La A446 comprende varios grados de láminas galvanizadas de acero al carbono. Los diversos pesos de recubrimientos de zinc disponibles para láminas A446 proporcionan excelente protección a la corrosión en muchas aplicaciones.

La A607, disponible en seis niveles de resistencia, comprende láminas y perfiles de acero de alta resistencia, bajo contenido de aleación de colombio o vanadio, o ambos, y laminadas en caliente y en frio. El material puede suministrarse cortado o en rollos. Se destina para estructuras o usos varios en donde son importantes la resistencia y el ahorro en peso. La A607 se fabrica en dos clases, cada una con seis niveles similares de resistencia, pero la clase 2 ofrece mejor formabilidad y soldabilidad que la clase 1. Sin agregárseles cobre, estos aceros son

equivalentes en resistencia a la corrosión atmosférica al acero simple al carbono, pero con cobre su resistencia es el doble de la del acero al carbono.

La A606 comprende láminas y perfiles de acero laminadas en caliente y en frío, de alta resistencia y bajo contenido de elementos de aleación, con mejor resistencia a la corrosión. Este material se destina para estructuras y usos varios donde son importantes los ahorros en peso o la alta durabilidad. Se fabrica, cortado o en rollos, ya sea en tipo 2 o en tipo 1, con dos o cuatro veces la resistencia a la corrosión, respectivamente, de la del acero sencillo al carbono.

10.5 Clasificación del acero

Los diferentes tipos de acero se agrupan en cinco clases principales: aceros al carbono, aceros aleados, aceros de baja aleación ultrarresistentes, aceros inoxidables y aceros de herramientas.

Aceros al carbono

Más 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 máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas o pasadores para el pelo.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. Estos aceros se emplean, por ejemplo, para fabricar engranajes y ejes de motores, patines o cuchillos de corte.

Aceros de baja aleación ultrarresistentes

Esta familia es la más reciente de las cinco grandes clases de acero. 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. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carbono. Además, como los vagones de acero de baja aleación pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.

Aceros inoxidables

Los aceros inoxidables contienen cromo, 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. 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

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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.

11 Aleaciones de aluminio

Las aleaciones de aluminio son por lo general más duras y más fuertes pero suelen no tener la resistencia a la corrosión como el metal Puro. Las aleaciones se pueden clasificar como (1) vaciadas y fundidas y (2) tratables y no tratables térmicamente. Las aleaciones forjadas se pueden trabajar mecánicamente para procesos tales como el laminado, extrusión, estirado o forja.

11.2 Aleaciones de base de cobre

El cobre y sus aleaciones se utilizan ampliamente en construcciones para una gran variedad de propósitos, en especial en aplicaciones que requieran resistencia a la corrosión, alta conductividad eléctrica, resistencia, ductibilidad, resistencia al impacto, resistencia a la fatiga u otras características especiales que poseen el cobre o sus aleaciones. Algunas de las características especiales de importancia para la construcción son la capacidad para moldearse en formas complejas, aspecto y alta conductividad térmica, aun cuando muchas de las aleaciones tienen baja conductividad térmica y baja conductividad eléctrica si se comparan con el metal puro. Cuando el cobre se expone al aire y se oxida, se forma una pátina de color verde en la superficie que a veces es indeseable cuando se corre sobre superficies adyacentes, como por ejemplo piedra ornamental. La pátina se forma en especial en atmósferas de industrias. En atmósferas rurales, donde no hay gases industriales, el cobre normalmente se toma de un color café oscuro.

11.2.1 Latón

Se fabrica una cantidad considerable de latones para una amplia variedad de usos. La alta ductibilidad y maleabilidad de las aleaciones de cobre-zinc, o latones, las hace apropiadas para operaciones como estirado profundo, dobladura y estampados. Tienen una gran variedad de colores y suelen ser menos caros que las aleaciones con alto contenido de cobre.

Latón plomoso. Se agrega plomo al latón para mejorar su maquinabilidad, en especial en aplicaciones como máquinas automáticas para fabricar tornillos, donde se requiere de un metal de desbaste libre. Los latones plomos os no se pueden trabajar fácilmente en frío en operaciones como ensanchamiento y recalcado en frío o en caliente. Varios latones plomosos de importancia en construcción son los siguientes: latón al alto plomo, para llaves, partes de cerraduras e instrumentos científicos; que se utiliza en herraje y plomería; latón arquitectónico, para pasamanos, molduras decorativas, rejillas y bisagras.

Latón al estaño. Se agrega estaño a diversos latones básicos para obtener dureza, resistencia y otras propiedades que de otra forma no se tendrían. Dos aleaciones importantes son (1) metal Admiralty (88% de cobre, 10% de estaño y 2% de zinc), que se usa para placas de condensadores e intercambiadores de calor, así como para equipos de plantas generadoras de vapor, equipo químico y de procesos, y en aplicaciones marinas; (2) bronce al manganeso, que se usa para forjaduras, placas de condensadores, vástagos de válvulas y cedazos para carbón.

11.2.2 Platas al níquel

Hay aleaciones de cobre, níquel y zinc; según su composición, varían desde un color definido hasta rosado pálido, pasando por amarillo, verde, verde blanquizco, azul blanquizco y azul. Se fabrica una amplia variedad de platas al níquel, de las que sólo se describe una composición típica. Las que caen en la fase combinada alfa-beta de metales se trabajan fácilmente en caliente y por lo tanto se labran sin dificultad en formas intrincadas como son conexiones de tuberías, pasamanos de escaleras, formas arquitectónicas y partes para escaleras eléctricas. Se puede agregar plomo para mejorar el maquinado.

11.2.3 Cuproníquel

Se combinan cobre y níquel en una amplia variedad de composiciones que reciben el nombre de cuproníqueles si son aleaciones con alto contenido de cobre. Los tipos comerciales típicos de cuproníquel contienen del 10 a 30% de níquel:

Cuproníquel, 10% (88.5% de cobre, 10% de níquel 1.5% de hierro). Recomendado para aplicaciones que requieran resistencia a la corrosión, en especial aguas saladas, como en tubería para condensadores, intercambiadores de calor y láminas formadas.

11.2.4 Bronces

Originalmente, todos los bronces eran aleaciones de cobre y estaño. En la actualidad, el término “bronce” se aplica a los metales que tengan buenas propiedades mecánicas y el término "latón" se aplica a otros metales. Los bronces forjados comerciales no 'tienen por lo general más de 10% de estaño porque el metal se hace extremadamente duro y quebradizo. Cuando se agrega fósforo como desoxidante, para obtener piezas fundidas densas y de buena calidad, las aleaciones se conocen como bronces fosforados

POLÍMEROS (PLÁSTICOS)

12 Polímeros

Los términos sinónimos plásticos y resinas sintéticas denotan altos polímeros orgánicos sintéticos. Los polímeros son compuestos en los que las subunidades básicas a nivel molecular son moléculas de cadena larga. La palabra plástico se ha adoptado como nombre general para este grupo de materiales, porque todos se pueden moldear en alguna etapa de su manufactura.

12.1 Estructura de los polímeros

En la polimerización puede emplearse la polimerización simultánea de dos o más monómeros para formar un polímero que contenga ambos monómeros en una cadena. Estos copolímeros, con frecuencia tienen características y propiedades físicas y mecánicas más deseables que cualquiera de los polímeros individuales que se han combinado. La gama de propiedades disponibles con la copolimerización significa que el ingeniero puede obtener plásticos fabricados para requisitos específicos.

12.2 Deformación de los polímeros

Los módulos elásticos de los plásticos, por lo general, están dentro de los límites de 104 a 106 psi o sea mucho menores que en los metales. Las deformaciones más pronunciadas que se observan cuando se aplica carga a los plásticos ocurren porque hay desdoblamiento de las cadenas y alargamiento de los enlaces en los polímeros. Las estructuras reticulares de polímeros son más rígidas que las líneas y tienen módulos más elevados.

12.3 Plásticos termoendurecidos (irreversibles)

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Este tipo de plástico es originalmente suave o se suaviza en forma muy rápida con la aplicación de un poco de calor, pero si se le aplica más calor sufre un endurecimiento permanente. Al final la estructura de celosía continua de los plásticos termoendurecidos se puede desarrollar a partir del mecanismo de condensación de polimerización, o se puede endurecer por la formación de enlaces primarios entre cadenas moleculares cuando se aplica energía térmica. El fin de la polimerización, que se acelera a temperaturas más altas, proporciona un fraguado permanente a los plásticos termoendurecidos. En general éstos son más fuertes que los plásticos reversibles, en especial a elevadas temperaturas.

Las principales variedades de plásticos termoestables se describen brevemente a continuación, al igual que sus principales aplicaciones.

Los fenolformaldehídos constituyen la variedad más grande de artículos de plástico termoendurecibles moldeados. Se utilizan para aplicaciones en química, decorativas, eléctricas, mecánicas y térmicas de todas clases. Como son duros y rígidos, cambian muy poco, si acaso, al envejecer bajo techo; pero a la intemperie la superficie pierde su brillo. No obstante, las características contra exposición a la intemperie de las fórmulas más duraderas suelen ser buenas. Los fenolformaldehídos tienen buenas propiedades eléctricas, no se queman con facilidad y no sostienen la combustión. Son fuertes, ligeros de peso y suelen ser agradables a la vista y al tacto. En general, no pueden obtenerse en colores claros, debido al color castaño oscuro básico de la resina. "Tienen baja absorción de agua y buena resistencia al ataque de los productos químicos más comunes.

Las resinas epóxicas y el poliéster se utilizan para una gran variedad de propósitos. Por ejemplo, las piezas electrónicas con componentes delicados, a veces son coladas por completo con estos materiales para darles apoyo completo y continuo a los choques térmicos y mecánicos. Algunas variedades se deben curar a temperaturas elevadas; otras, pueden formularse para curar a la temperatura ambiente. Uno de los atributos más notables de las resinas epóxicas es su excelente adherencia en una gran variedad de materiales incluso metales como el cobre, latón, acero y aluminio.

Los materiales de poliéster para moldeo, cuando están compuestos con fibras (en especial fibra de vidrio) o con diversos agregados minerales (incluyendo la arcilla) pueden formularse en mastiques o premezclados que se moldean con facilidad por compresión o transferencia para producir piezas de alta resistencia al impacto.

A los materiales de melamina formaldehído no los afectan los disolventes orgánicos normales, grasa, aceites o la mayoría de los ácidos y álcalis débiles.

El poliuretano se usa de diferentes formas en la construcción. Como aislamiento térmico se usa en forma de espuma, ya sea preespumado o espumado en el sitio; este último es particularmente útil en espacios irregulares.

Los urea-formaldehídos, igual que las melaminas, ofrecen posibilidades ilimitadas de translucidez a color opaco, rapidez de transmisión de la luz, buenas propiedades mecánicas y eléctricas y resistencia a los disolventes orgánicos y a los ácidos y álcalis suaves.

Las siliconas, al contrario de otros plásticos, tienen como base al silicio en vez de carbono. Por Elio, su inactividad y durabilidad en una amplia variedad de condiciones, son notables.

12.4 Termoplásticos reversibles

Estos plásticos se deforman con facilidad a elevadas temperaturas y se endurecen otra vez al enfriarse. Se pueden suavizar al aplicarles calor y endurecerse al enfriarlos cualquier número de veces. Los termoplásticos reversibles se deforman fácilmente si se les aplica presión, en particular a elevadas temperaturas, y por ello se emplean para hacer productos moldeados.

Las principales variedades de los termoplásticos se describen en forma breve a continuación.

Los acrílicos en forma de grandes hojas transparentes se utilizan para ventanas y para compartimientos de aviones, y en muchas aplicaciones en la industria de la construcción. Aunque no son tan duros como el vidrio, los acrílicos tienen calidad y transparencia perfectas. Entre todos los plásticos transparentes, son los más resistentes a la luz solar y a la intemperie y poseen una combinación óptima de flexibilidad y rigidez así como resistencia al astillamiento. Pueden producirse en una gran variedad de colores transparentes, traslúcidos y opacos. Las láminas acrílicas se pueden conformar con facilidad en formas muy complejas. Se utilizan para aplicaciones como ventanas transparentes, rótulos en interiores y exteriores, parte de artefactos para alumbrado, piezas decorativas y funcionales en automóviles, camiones y autobuses, reflectores, partes de aparatos domésticos y otras aplicaciones similares. Los acrílicos pueden utilizarse como hojas grandes, moldeadas a partir de polvos o coladas a partir del monómero líquido.

El estireno-butadieno-acrilonitrilo (ABS) es un copolímero de tres compuestos que produce una familia de resinas duras, tenaces, químicamente resistentes. Su mayor uso es en tuberías y conexiones.

El policarbonato tiene excelente transparencia, alta resistencia al impacto y buena resistencia a agentes atmosféricos. Se utiliza para cristales inastillables, iluminación general y cascos de seguridad.

El polietileno, en su forma no modificada, es un plástico flexible, céreo, translúcido que mantiene su flexibilidad a temperaturas muy bajas, al contrario de muchos otros materiales termoplásticos. El punto de distorsión por calor del antiguo polietileno de baja densidad es bajo; estos plásticos no se recomiendan para usados a temperaturas superiores a los 150° F.

El polipropileno, una poliolefina, es similar en muchos aspectos al polietileno, pero suele ser más duro, fuerte y resistente a la temperatura. Tiene muchos usos, como en cisternas para suministrar agua en sistemas de plomería para baños.

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El politetrafluoretileno (PTF), que incluye en su estructura el flúor, es un elemento muy activo, un polímero de tipo lineal, altamente cristalino, único entre los compuestos orgánicos por ser inerte químicamente y por su resistencia al cambio a altas y bajas temperaturas. Tiene un bajísimo factor de pérdida dieléctrica. El politetrafluoretileno puede mantenerse por largos periodos a temperaturas mayores que 500° F, sin que haya cambio apreciable en sus propiedades, excepto pérdida de resistencia a la tensión. Por 'ello, sus temperaturas de servicio se mantienen a menos de 480 politetrafluoretileno permiten que la línea se deslice fácilmente sobre el sillín, al acortarse o alargarse la línea, por la expansión y contracción que causan los cambios de temperatura. Con esto, las temperaturas causan poco o ningún efecto. Las propiedades mecánicas son moderadamente altas y puede necesitarse el uso de refuerzos para evitar flujo plástico o que sea expulsada lateralmente bajo cargas pesadas.

El fluoruro de polivinilo posee gran parte de las cualidades de ser inerte al ataque de productos químicos y de la intemperie, típica de los fluorocarbonos. Entre otras aplicaciones, se utiliza como película fina para revestimiento de tableros de edificios que estarán expuestos a la intemperie. .Las resinas de formal polivinilo tienen su uso principal como base para un esmalte aislante, impermeable, tenaz, para alambres eléctricos.

El butiral-polivinil es la tenaz capa intermedia en los cristales de seguridad. En su forma plastificada de enlace cruzado, el butiral-polivinil es muy usado para recubrir telas para impermeables, tapicerías y para otras aplicaciones de trabajo pesado, resistentes a la humedad.

Los polímeros y copolímeros de cloruro de vinilo varían desde los duros y rígidos hasta los muy flexibles. El cloruro de polivinilo es de naturaleza dura y rígida, pero puede plastificarse para dale cualquier grado requerido de flexibilidad, por ejemplo, para impermeables y cortinas para baño.

El cloruro de vinilideno en general tiene alta resistencia a la mayoría de los productos químicos inorgánicos ya los disolventes orgánicos. Es impermeable al agua bajo inmersión prolongada y sus películas ofrecen mucha resistencia a la transmisión de humedad y vapores. Puede esterilizarse, si no está bajo carga, en agua hirviente y sus propiedades mecánicas son buenas. El cloruro de vinilideno no se recomienda para usos que impliquen impactos con alta velocidad, resistencia a los choques o flexibilidad a temperaturas abajo de 0° C. No se debe utilizar en aplicaciones que requieran exposición continua a temperaturas mayores de 170° F.

Los compuestos de poliestireno constituyen una parte grande e importante en todo el campo de los materiales termoplásticos. Un buen número de poliestirenos modificados ofrecen una gama un tanto amplia de propiedades. El poliestireno es uno de los plásticos más ligeros que se producen comercialmente en la actualidad. Es relativamente barato, se moldea con facilidad y posee buena estabilidad dimensional y a bajas temperaturas.

El poliimida en su forma moldeada, se utiliza cada vez más en donde se requiere su alta resistencia al impacto y a la abrasión. Se emplea en engranajes pequeños, levas y otras partes de máquinas, porque aunque no tenga lubricación, el poliimida tiene alta resistencia al desgaste.

Para usarse en construcciones, el hule es natural y sintético; el primero, que también recibe el nombre de hule crudo en su forma vulcanizada, está compuesto de grandes y complejas moléculas de isopreno. Los hules sintéticos,

también conocidos como elastómeros, generalmente se semejan al hule sólo por su gran elasticidad. Los principales hules sintéticos son los siguientes:

GRS es el más parecido al hule crudo y es producto de la copolimerización de estireno y butadieno; es el que más se utiliza de los hules sintéticos y no es resistente al petróleo, pero se usa ampliamente para la fabricación de neumáticos y aplicaciones similares.

El nitrilo es un copolímero de acrilonitrilo y butadieno. Su excelente resistencia a petróleos y solventes lo hace útil para la fabricación de mangueras de combustible y solventes, partes para equipo hidráulico y aplicaciones similares.

El butilo se obtiene de la copolimerización de isobutileno con una pequeña proporción de isopreno o butadieno. De todos los hules, tiene la más baja permeabilidad a gases y, en consecuencia, se utiliza ampliamente para hacer cámaras para neumáticos y otras aplicaciones en las que los gases puedan mantenerse con un mínimo de difusión. Se usa para juntas en edificios.

El neopreno se hace por polimerización de cloropreno. Tiene muy buenas propiedades mecánicas y es particularmente resistente a la luz solar, calor, envejecimiento y petróleo, por lo que se usa para hacer bandas para máquinas, juntas, mangueras para petróleo, aislamiento de cables y otras aplicaciones para intemperie, como son impermeabilizadores y juntas para construcción y vidriado.

Los hules de sulfuros, es decir los polisulfuros de elevado peso molecular, tienen propiedades semejantes al hule y los objetos que se fabrican con ellos, como son recubrimientos para mangueras y tanques así como pasta para limpiar cristales, muestran buena resistencia a solventes, petróleo, ozono y exposición a bajas temperaturas e intemperie.

Otros elastómeros son el polietileno, hule ciclizado, cloruro de polivinilo plastificado y polibuteno. Una gran variedad de materiales entra en varios compuestos de hule y, por lo tanto, proporcionan una amplia gama de propiedades. Además, muchos productos elastoméricos son estructuras laminadas de compuestos semejantes al hule combinados con materiales como tejidos y metales.

13.1 Materiales geosintéticos

Éstos son tejidos hechos de plásticos, principalmente polímeros, pero a veces hule, fibras de vidrio u otros materiales, que se incorporan en suelos para mejorar ciertas características geotécnicas.

Las georrejillas son barras o varillas hechas de plástico y dispuestas en una red o rejilla. Se utilizan principalmente para refuerzo de suelos y fijación de éstos. Las medidas de apertura para georrejillas varían de 1 a 6 in en direcciones longitudinal y transversa, dependiendo del fabricante.

Las georredes son tejidos parecidos a las redes y georrejillas, pero con aperturas de sólo alrededor de 0.25 in. Las varillas generalmente son de polietileno extruido. Las georredes se emplean como medios de drenaje.

Las geomembranas son tejidos poliméricos relativamente impermeables, que por lo general se fabrican en hojas flexibles y continuas. Se usan básicamente como barreras para líquidos o vapores. Pueden servir como recubrimientos para rellenos sanitarios y cubiertas para almacenes. Algunas geomembranas se fabrican al impregnar geotextiles con asfalto o elastoméricos.

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Los geocompuestos son una combinación de otros tipos de materiales geosintéticos, formulados para cumplir funciones específicas.

El diseño de filtros de materiales geosintéticos, o refuerzo de tierra, o un recubrimiento de membrana impermeable para relleno sanitario requiere de una idea clara de las características geotécnicas a alcanzarse con la aplicación de materiales geosintéticos, y de un pleno conocimiento de las propiedades de los materiales geosintéticos así como de los materiales disponibles en la actualidad y de sus propiedades.

13.2 Sellos de juntas

Se utilizan compuestos de calafateo, selladores y juntas para sellar los puntos de contacto entre materiales de construcción similares y diferentes, que de otra forma no pueden ser herméticos por completo.

Tales puntos incluyen el esmaltado de juntas entre ventanas y paredes, las muchas juntas que hay en el creciente uso de construcción panelizada, los muros de parapetos y lugares semejantes. Los requisitos de un buen sello de juntas son: (1) buena adherencia o contacto hermético con los materiales colindantes, (2) buena resistencia coherente, (3) elasticidad para compensar la compresión y extensión cuando los materiales colindantes se retraigan o se aproximen entre sí debido a cambios en contenido de humedad o temperatura, (4) buena durabilidad o la capacidad de conservar sus propiedades durante largo tiempo sin deterioro marcado, y (5) no manchar materiales colindantes, como por ejemplo la piedra.

13.3 Compuestos de calafateo

Estos selladores se emplean en esencia con materiales adicionales como es la mampostería, con ventanas relativamente pequeñas, y en otros puntos donde el movimiento de componentes de edificios es comparativamente pequeño. Por lo general están compuestos de polímeros elastoméricos o aceite de linaza o de soya incorporados, o ambos, combinados con carbonato de calcio (mármol o piedra caliza molidos), pigmentos colorantes, un agente de solidificación, secador y alcoholes minerales (adelgazadores).

13.5 Juntas de empaque

A los sellos de juntas descritos en anteriormente se les da forma en el lugar de trabajo, es decir, se ponen masas suaves en las juntas y se conforman a su geometría. Una junta de empaque, por otro lado, se preforma y coloca en una junta en forma tal que pueda que sella la junta por compresión de la junta de empaque.

13.6 Pinturas

La pintura es un fluido que contiene un pigmento, vehículo o adhesivo, un solvente o adelgazador, y secador. La viscosidad, tiempo de secado y propiedades de fluidez están determinadas por su fórmula. El fluido se puede aplicar como una o más capas relativamente delgadas, cada una de las cuales cambia a sólido antes de aplicarse otra capa sucesiva. El cambio puede ser resultado de reacción química o evaporación del solvente, o de ambos.

Las pinturas arquitectónicas son recubrimientos que se aplican con brocha o soplete a superficies arquitectónicas y estructurales y se secan cuando se exponen al aire. Normalmente se adelgazan con solvente o agua.

13.6.1 Composición química de la pintura

Las fórmulas de la pintura moderna cuentan con diversas categorías de compuestos químicos. El aglutinante forma el recubrimiento fino adherente; el pigmento, dispersado en el medio fluido, da a la película terminada su color y su poder cubriente; por último, el disolvente o diluyente se evapora con rapidez una vez extendida la pintura. Un material de relleno, que contiene componentes en polvo como el caolín o el sulfato de bario, mejora la resistencia de la película seca de pintura.

Aglutinantes

El aglutinante puede ser aceite no saturado o secante, que es un éster formado por la reacción de un ácido carboxílico de cadena larga, como el ácido linoleico, con un alcohol viscoso, como la glicerina. También puede ser un polímero. La estructura molecular de un aceite secante convencional, como el aceite de linaza, es la siguiente:

Pigmentos

Un pigmento para pintura es un polvo fino que o bien refleja toda la luz para producir un efecto blanco, o bien absorbe ciertas longitudes de onda de la luz para producir un efecto coloreado. Los pigmentos blancos más corrientes son óxidos inorgánicos, como el dióxido de titanio (TiO2), el óxido de antimonio (Sb2O3) y el óxido de cinc (ZnO). Se usan también otros compuestos inorgánicos blancos e insolubles, como el sulfuro de cinc (ZnS), el albayalde (hidroxicarbonato, hidroxisulfato, hidroxifosfito o hidroxisilicato de plomo) y el sulfato de bario (BaSO4). Los siguientes óxidos inorgánicos son pigmentos habituales para colores: el óxido de hierro (III), Fe2O3 (amarillo, rojo o color tierra), el óxido de cromo (III), Cr2O3 (verde), y el óxido de plomo (IV), Pb3O4 (rojo). Los cromatos de plomo, cinc, estroncio y níquel producen distintas gamas de amarillo y anaranjado. Se utiliza un conjunto de sólidos orgánicos para obtener otros colores.

Disolventes

El disolvente o el diluyente para pinturas de aceite secante es generalmente el aguarrás (una mezcla de hidrocarburos cíclicos) o una mezcla de hidrocarburos derivados del petróleo que se volatilizan adecuadamente. El disolvente para la mayoría de los aglutinantes sintéticos es un alcohol, una cetona o un éster.

Pinturas especiales

Las pinturas de esmalte se componen de un óxido de cinc y litopón mezclado con aceite de linaza y un barniz de alto grado. Las pinturas luminosas contienen distintos sulfuros fosforescentes de bario, estroncio y calcio. Las acuarelas que usan los artistas se fabrican en una pastilla seca o como una pasta húmeda; en ambos casos contienen pigmentos molidos muy finos en goma arábiga o dextrina, y para obtener la forma húmeda se añade glicerina.

13.7 Barnices y lacas

Los barnices son disoluciones transparentes que se producen mediante el calentamiento de un aceite secante, una resina, un secante y un disolvente juntos. Si se aplica como una película delgada, el barniz produce un revestimiento duro y transparente al secarse. Las numerosas variaciones en composición y preparación de los barnices hacen difícil su clasificación. El denominado barniz de alcohol, por ejemplo, es una resina disuelta en un disolvente volátil que no contiene ningún aceite secante.

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