Tema metales 2

TEMA 6 MATERIALES METÁLICOS

Dpto. Ciencias Aplicadas y Tecnología Página 1 de 20

TEMA MATERIALES METÁLICOS

1.- PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DE LOS MATERIALES METÁLICOS 2.- ACEROS 3.- ALUMINIO 4.- COBRE 5.- ZINC 6.- PLOMO 7.- ESTAÑO

1. PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DE LOS MATERIALES METÁLICOS

En este amplio grupo de materiales, vamos a abordar aquellos materiales ferrosos o no, que se utilicen mayoritariamente en la construcción de edificios, citando por el orden de importancia el Acero, Aluminio, Cobre, Zinc, Níquel y Plomo.

Distinguimos entre metales estructurales y metales auxiliares.

Al primer grupo pertenecen los aceros, la fundición gris o hierro colado y el hierro con algún tipo de tratamiento. Al segundo grupo pertenecen el Cobre, el Plomo, el Aluminio y el Zinc.

Las propiedades que hacen que estos materiales sean utilizados en la construcción, son:

1. Fusibilidad: Es la propiedad de pasar del estado sólido al líquido.

Cuanto más bajo sea el punto de fusión de un metal, será más útil en la construcción, por su economía.

El metal en estado líquido, deberá tener una cierta fluidez para que pueda penetrar bien por todos los huecos de la matriz-molde.

Así mismo deberá tener una contracción volumétrica lo más pequeña posible, a fin de que al enfriarse no queden espacios vacíos o "rechupados".

2. Forjabilidad:

La Forjabilidad es la capacidad para poder soportar en estado sólido y en caliente un metal, una variación de su forma por acciones mecánicas de golpeteo (martillos, prensas, laminadoras, etc.). Cuando un metal no admite la forja, se dice que es frágil o quebradizo.

En el acero, la forjabilidad y maleabilidad, dependen del contenido en carbono. Se consideran aceros aptos para la forja, aquellos cuyo contenido en carbono es inferior al 0'5%.

3. Maleabilidad: Es la propiedad de poder modificar la forma en frío (temperatura ambiente) por acciones mecánicas de golpeo.

4. Tenacidad: Viene expresada por la resistencia a la rotura a tracción que tienen los materiales debido a la fuerza de cohesión de sus moléculas.

Mediante tratamientos mecánicos (martillado, trefilado, laminado) se puede mejorar esta propiedad.



5. Ductilidad: Es la propiedad de poder alargarse un material en dirección a su mayor dimensión, modificando sensiblemente su volumen.

Deformación en frío: el procedimiento de deformación de un metal en frío hace que el material se endurezca y se vuelva "agrio" (adquiere acritud).

Se puede volver un material a su primitivo estado de ductilidad por "recocido".

Los metales más dúctiles son los metales preciosos: oro, plata, platino, siguiéndoles el aluminio, hierro, cobre, cinc, estaño y plomo.

6. Oxidabilidad: Es la propiedad de reaccionar con el oxígeno (tomando e incorporando oxígeno de la atmósfera) formando óxidos para volver a su estado original.

Todos los metales se oxidan excepto el ORO y el PLATINO.

La oxidación se traduce en una capa de óxido que recubre el metal de forma que si dicha capa es impermeable al oxígeno, lo PROTEGE; mientras que si es permeable (como en el caso del hierro) se introduce hacia el interior destruyendo poco a poco en material.

7. Soldabilidad: Es la propiedad de poderse unir varios trozos de un mismo metal hasta formar uno solo.

8. Conductividad:

- Eléctrica: Facilidad con la que un material deja pasar a través de él la energía eléctrica.

- Térmica: Facilidad con la que un material deja pasar a través de él la energía calorífica.

9. Dilatación: Es la propiedad que tienen los materiales metálicos, de modificar su dimensión por acción de la temperatura.

2. ACEROS 2.1. INTRODUCCIÓN

Se conoce como "hierro" la aleación de hierro con carbono con un contenido de carbono entre el 0,01 y el 0,1%, mientras el "acero" se entiende que es el hierro con un contenido en carbono entre el 0,1 y el 1,7%. Por el contrario, la "fundición" es el hierro con un porcentaje de carbono entre el 1,7 y el 4%.

El porcentaje del 1,7% es la cantidad máxima de carbono que puede disolver el hierro. Superada esta cota, el carbono NO puede disolverse y precipita en forma de grafito. Esta es la diferencia fundamental entre aceros y fundiciones.

Las propiedades resistentes y elásticas del hierro dependen en gran medida del porcentaje de carbono que presente. Esto es debido a que la presencia de carbono modifica los enlaces atómicos y moleculares, dando lugar a distintas especies metalográficas.

El hierro puro se caracteriza por ser excesivamente blando y dúctil. La fundición por el contrario, y debido a la presencia del carbono en laminillas, es más dura y resistente, pero susceptible de rotura frágil. El acero presenta la ventaja de ser más resistente que el hierro puro y más dúctil que la fundición.



2.2. PRINCIPALES PROPIEDADES DE LOS ACEROS 2.2.1. Elasticidad / Plasticidad

La elasticidad es la capacidad del metal para recuperar totalmente su forma inicial al cesar una acción exterior que produce deformación.

La plasticidad supone por el contrario, que una vez el material ha experimentado deformación, no recupera totalmente la forma inicial tras el cese de la carga, existiendo una deformación remanente.

2.2.2. Ductilidad / fragilidad Un acero es frágil cuando rompe sin

deformación previa aparente; en cambio, se dice que es dúctil cuando experimenta una deformación importante antes de producirse la rotura.

La ductilidad es recomendable en los materiales estructurales; permite detectar el colapso inminente de la estructura cuando son visibles grandes deformaciones. Gracias a su capacidad para absorber energía mediante la deformación soportan mejor esfuerzos repentinos (sismo, impactos).

Los aceros frágiles, capaces de resistir tensiones muy grandes si su aplicación es gradual, rompen si esas mismas tensiones se aplican de forma brusca.

2.2.3. Dureza La dureza es proporcional al contenido en carbono.

2.3. FABRICACIÓN DEL ACERO 2.3.1. Materias primas para la obtención del hierro

El hierro puro no se encuentra libre en la naturaleza, por lo que para la obtención de éste se parte de minerales ferrosos (óxidos, carbonatos, sulfatos de hierro, etc)

Los minerales son triturados, lavados para eliminar impurezas y clasificados por tamaños de los granos resultantes.

2.3.2. Altos hornos Partiendo de los minerales como materia prima fundamental, la incorporación de carbono

tiene como misión combinarse con el oxígeno del hierro para obtener hierro puro. Por otro lado, dado que en el mineral de hierro aparecen otras impurezas y óxidos no ferrosos (sílice, alúmina), se adicionan fundentes calizos que rebajan el punto de fusión y se combinan con dichos óxidos no ferrosos para formar la "escoria", que flota por encima del hierro fundido debido a su menor densidad.

El producto resultante recibe el nombre de "arrabio" y presenta un contenido en carbono variable entre el 3 y el 5%, según el cuál toma diferentes nombres:

Fundición Gris: 3-5% de Carbono del cuál 0,6% se halla combinado y el resto precipita en forma de laminillas de grafito.

Fundición Blanca: Presenta de un 2 a un 3% de carbono totalmente combinado para formar cementita CFe3, muy dura pero frágil. No se puede emplear para colada de moldes ya que al ser tan dura es difícil de trabajar con herramientas normales y además, contrae al solidificar lo que hace que no reproduzca fielmente el modelo. Se utiliza para descarburación en la obtención de aceros.

Fundición Atruchada: Fundición intermedia entre ambas, que se produce al modificar el producto en el horno alto. Por contener cementita, se emplea para la obtención de aceros.



Por lo general los tres tipos de fundición requieren un posterior afino del contenido en carbono, aunque la fundición gris pueda ser empleada directamente para usos res-tringidos: columnas, bolardos, mobiliario urbano, acometidas de agua...

2.3.3. Convertidores El arrabio producido en alto horno presenta un porcentaje excesivo de carbono que es

preciso ajustar. Dicho ajuste se realiza gracias a los convertidores.

Convertidor de Bessemer (1855): El convertidor es una especie de crisol o vasija con un revestimiento de cerámica refractaria

dotado de unos orificios en el fondo, a través de los cuáles se insufla aire que atraviesa la masa fundida del arrabio. El oxígeno del aire oxida el carbono sobrante formando CO.

Actualmente ha evolucionado hacia el proceso de Linz-Donawitz (LD), en el cuál se insufla aire enriquecido en oxígeno u oxígeno puro, mediante una lanza por la boca del convertidor.

Convertidor de Martín-Siemmens (1864): Este tipo de convertidor utiliza el gas como combustible, lo que permitía elevar la

temperatura lo suficiente para fundir el hierro puro. La descarburación se efectuaba por combinación del carbono con el oxígeno procedente de los óxidos.

Hornos eléctricos: Se obtienen aceros de especial de pureza gracias a las elevadas temperaturas que se

obtienen por el paso de la corriente eléctrica a través de electrodos o resistencias. Se emplea para la fabricación de aceros de alta calidad.

2.3.4. Colada y conformación del acero Una vez obtenido el acero se realiza la colada de éste de distintas formas según la

presentación comercial requerida:

1. Colada convencional:

El acero se vierte en unos moldes denominados lingoteras; posteriormente se produce el deslingotado (desmoldado), resultando lingotes cuyo peso oscila entre las 4 y las 40 toneladas.

2. Colada continua:

El acero se vierte sobre un molde desplazable mediante rodillos y se solidifica rápidamente por un chorro de agua. Se obtiene así una barra continua que se trocea a la medida conveniente.

Aquellas piezas que prácticamente no han sido trabajadas reciben el nombre de semiproductos:

Lingotes de acero.

Tochos, que son bloques que han pasado por un tren de desbaste.

Llantón: destinado a la fabricación de chapa delgada y hojalata.

Palanquilla: Son barras de sección aproximadamente cuadrada.



Posteriormente, los aceros son conformados mediante diversas técnicas hasta convertirse en el producto elaborado:

1. Laminación:

Consiste en hacer pasar al acero entre una serie de cilindros que giran en sentido contrario. El laminado puede realizarse en caliente (1000°C), en cuyo caso la plasticidad del material se aprovecha para alterar con facilidad la forma y tamaño de la sección; pero también puede realizarse en frío, lo que supone un endurecimiento del acero y por tanto una pérdida de ductilidad, que puede recuperarse mediante tratamiento térmico.

2. Moldeo:

Consiste en el vertido del acero líquido en moldes con la forma deseada, donde enfrían y solidifican reproduciendo la forma del molde.

3. Forja:

Relegada al ámbito artesanal, consiste en dar forma a la barra mediante golpeo.

2.4. TRATAMIENTOS DEL ACERO 2.4.1. Tratamientos térmicos

Recocido: Calentamiento a alta temperatura seguido de un enfriamiento lento. Su finalidad es eliminar concentraciones de tensiones y dotarlo de ductilidad.

Temple: Calentamiento a alta temperatura seguida de un enfriamiento rápido para conseguir incrementar la dureza y resistencia mecánica.

Revenido: Se aplica exclusivamente sobre acero templado para moderar la excesiva dureza y fragilidad alcanzadas en el temple. Consiste en la elevación de la temperatura hasta una temperatura inferior al templado, y dejarlo enfriar lenta-mente.

Normalizado: Consiste en calentar el acero a una temperatura alta y enfriarlo a velocidad constante e igual para todos los países.

2.4.2. Tratamientos termo-químicos Cementación: Adición de carbono a nivel superficial, acompañada del temple y revenido,

obteniéndose un acero de gran dureza exterior pero que preserva la ductilidad en el núcleo.

Nitruración: Endurecimiento del acero por absorción superficial de nitrógeno a alta temperatura.

Cianuración: Proceso intermedio entre la cementación y la nitruración. Se produce la impregnación en carbono y nitrógeno gracias a un baño en cianuro sódico (CN Na).

Sulfinización: Incorporación de una capa superficial de azufre por inmersión, con lo que se aumenta la resistencia a desgaste y disminuye el coeficiente de rozamiento.



2.4.3. Tratamientos mecánicos En caliente: Es la forja o deformación por golpeo, con lo que se mejora la micro-estructura y

se afina el grano.

En frío: Deformado a temperatura ambiente, bien sea por golpeo, estirado o laminado. El inconveniente principal es la acritud producida en el metal.

2.5. CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS 2.5.1. Aceros comunes

Aceros Bessemer.

Aceros Siemens.

Aceros de Hornos eléctricos.

Aceros al Crisol.

Aceros de Colada.

Aceros Pudelados. 2.5.2. Aceros finos al carbono Extra dulces: 0.10 al 0.20 % C.

Dulces: 0.20 al 0.30 % C.

Semi dulces: 0.30 al 0.40 % C.

Semi duros: 0.40 al 0.50 % C.

Duros: 0.50 al 0.60 % C.

Extra duros: mayor de 0.60% C.

Estos aceros están fabricados normalmente en Hornos eléctricos. 2.5.3. Aceros inoxidables

FERRÍTICOS:

Se adiciona cromo (Cr) en distintas proporciones. Se obtienen aceros resistentes a la corrosión atmosférica y a la acción de ácidos

AUSTENÍTICOS:

18/8: 18% de Cr, 8% Ni y (0,15 - 0,18) % Carbono. Es el más utilizado en construcción.

Otros: 25/12, 25/20, 20/25, Aceros al Cromo - Manganeso.

MARTENSÍTICOS:

Acero inoxidable extrasuave (13% Cr).

Acero de cuchillería: muy duros, contienen 0,3% de carbono y del 12 al 14% de cromo.

Martensíticos duros: 17% de cromo y 0,5% de molibdeno.

ACERO CORTEN

Es un acero de baja aleación C< 0.18% cuya superficie se oxida inicialmente, concluyendo el proceso de corrosión al poco tiempo y evitándose la oxidación completa gracias a la protección que supone la capa de óxido. Ahora bien, el acero Corten en zonas perpetuamente húmedas, presenta signos de inestabilidad frente a la corrosión. Debe de estar seco, de lo contrario prosigue la corrosión.

2.5.4. Aceros al carbono No contienen elementos de aleación. Contienen Carbono en un porcentaje del 0,10 al

1,40%.

2.5.5. Aceros aleados Aceros indeformables.



Aceros resistentes al choque para trabajos en frío.

Aceros al Cr-W muy tenaces.

Aceros resistentes al choque para trabajos en caliente.

Con contenido variable de Wolframio

Aceros para herramientas de corte:

Al Wolframio.

Al Vanadio.

Al cromo.

2.6. PRODUCTOS COMERCIALES 2.6.1. Productos laminados básicos

Fleje: Perfil plano menor de 4 mm de espesor y 200 mm ancho.

Pletina: Perfil de 4 a 10 mm espesor y 200 mm ancho.

Llanta: Perfil de sección rectangular de 4 a 100 mm de espesor y 200 mm de ancho.

Plano ancho: Perfil de 6 a 20 mm espesor y 200 a 600 mm ancho con un largo máximo de 12 mm.

Chapa negra: Perfiles planos que exceden de 600 mm ancho.

Chapa fina: Tiene espesores de 0,4 a 2,7 mm y anchos de 1,25 m. El largo varía de 2,5 a 5 m.

Chapa media y gruesa: Tiene de 3 a 35 mm de espesor. 1 m a 2,6 m de ancho y 5 a 16 m de longitud.

Hojalata: Son chapas negras recubiertas de una película de estaño. El espesor varía de 0,2 a 0,4 mm.

Chapa galvanizada lisa: Se obtiene por revestimiento de las chapas negras con cinc. El espesor varía desde 0,4 a 2,7 mm y las dimensiones son de 2 x 1 m.

Chapa galvanizada ondulada: Destinadas principalmente a cubiertas. Se fabrican en espesores de 0,6 a 2 mm y 2 m de longitud.

Chapa desplegada: Se obtienen por el recocido de chapas lisas, en las que se efectúan una serie de cortes al tresbolillo y, posteriormente, se estira en sentido perpendicular a los cortes, obteniéndose una superficie de mallas romboidales.

Aceros de sección cuadrada:

o Cuadradillos < 20 x 20 mm.

o Palanquillas 20 x 20 a 40 x 40 mm.

o Torchuelos 40 x 40 a 70 x 70 mm.

o Torchos > 70 x 70 mm.

Aceros de sección circular: o Alambres < 5 mm de diámetro.

o Fermachine 5 mm de diámetro.

o Varillas de 5-20 mm de diámetro.

o Redondos > 20 mm de diámetro.



2.6.2. Perfiles estructurales laminados en caliente Se obtienen por laminación de aceros dulces soldables, y se designan además de por la

forma de la sección, por la dimensión de su altura o ancho. Se fabrican en largos de 4 a 16 m.

Perfil en ángulo L. Si los lados son iguales reciben el nombre de perfil L, si son desiguales se denominan LD.

Perfil UPN: Su forma responde aproximadamente a una U.

Perfil T sencilla.

Perfil en doble T de ala estrecha. Se emplean principalmente en vigas o viguetas. Variedades:

o Serie IPE, donde las caras de las alas son paralelas.

o Serie IPN, donde la cara interna de las alas presenta una suave. Caso particular: vigas alveoladas

Perfil en doble T de ala ancha o H: Para soportes no sometidos a grandes esfuerzos de flexión. Variedades:

o perfil normal HEB

o perfil ligero HEA

o perfil pesado HEM

Perfiles huecos: Se emplean en celosías tubulares o para funciones secundarias (barandillas, pasamanos...).

2.6.3. Perfiles conformados en frío Su principal característica

es el poco espesor de sus elementos, lo que los hace propensos a sufrir abolladura bajo cargas importantes; pero son adecuados para soportar cargas ligeras, por ejemplo cubiertas de naves industriales.

2.6.4. Barras para armar hormigón Reciben el nombre genérico de aceros B y su misión principal es resistir los esfuerzos de

tracción generados en el hormigón armado, además de limitar la fisuración del hormigón y mejorar el reparto de cargas.

Existen dos tipos de aceros en función de su límite elástico el B 400 y el B 500.

Todos ellos deberán ser soldables, por ello son designados por la letra S: B 400 S, B 500 S.



El caso más frecuente es el empleo de las barras en forma de armaduras pasivas, es decir, como refuerzo del hormigón sin sufrir acciones de tesado. Las armaduras activas, por el contrario, son tensadas antes o después del vertido de hormigón.

El requisito fundamental de las armaduras pasivas es la adherencia con el hormigón circundante, que se consigue mediante las corrugas o resaltos superficiales impresos en el acero mediante rodillos especiales de laminación, y que mejora la adherencia con el hormigón.

Se distinguen:

A. Redondos:

Reciben esta denominación las barras con dos filas de corrugas transversales separadas por sendas aletas o resaltos, conforme a la serie de diámetros (en mm): 6-8-10-12-14-16-20-25-32-40

En edificación no suelen utilizarse diámetros mayores de 20 mm, que son más propios de ingeniería civil.

B. Alambres:

Los diámetros de alambres oscilan entre 5 y 14 mm, siendo los más usuales: 5-6-7-8-9-10-12 mm

Pueden ser lisos o corrugados; en este último caso, presentan tres filas de corrugas.

Los alambres suelen emplearse en mallas electrosoldadas, disponiéndolas en dos direcciones ortogonales a intervalos variables, a modo de armadura de reparto en soleras, forjados, o losas. Asimismo, conforman las armaduras básicas de las viguetas en celosía.

2.6.5. Barras para armar hormigón

2.6.5. Cables Los cables son elementos formados por alambres que trabajan solidariamente, empleados

para soportar exclusivamente esfuerzos de tracción. Mediante el trenzado de alambres se forma un cordón. El cable se obtiene por trenzado en hélice de varios cordones alrededor de un alma (que puede ser otro cordón, o un elemento textil).

Para enlazar los cables con otro elementos estructurales es preciso que incorporen en sus extremos terminaciones especiales con horquillas, pasadores o anillas. Asimismo, se coloca un tensor en uno de los extremos que permita aflojar o tensar el cable.



2.6.6. Carpinterías, muros cortina y herrajes Las carpinterías se realizan en chapa de acero inoxidable o cromado, lo que encarece su

precio y restringe su empleo a obras singulares. Se diferencian fácilmente de las carpinterías de aluminio, cuyos perfiles pueden adquirir gran complejidad gracias a su fabricación mediante extrusión, en la sencillez de las siluetas obtenidas por plegado. No obstante, es posible conformar carpinterías de acero recurriendo a chapas gruesas y flejes, que no se pliegan sino que adoptan las formas requeridas mediante soldadura.

Otras aplicaciones del acero son:

Los muros cortina que requieren de una perfilería específica, en función de las cargas aplicadas.

Los perfiles de sustentación de fachadas verticales es análogo a los muros cortina pero no poseen los mismos requerimientos estéticos que aquellos, dado que habitualmente quedan ocultos tras los paneles de revestimiento. Se fabrican en acero galvanizado o en aluminio.

Los anclajes de fijación

Otros usos secundarios son los herrajes, barandillas, lamas, etc.

2.6.7. Elementos de unión Tornillos

Es imposible describir pormenorizadamente todas las tipologías de tornillos existentes, dado que existe un abanico enorme de usos que requieren elementos de fijación adecuados. Habitualmente, en función del elemento a unir, el fabricante proporciona la tornillería específica o indica las características que ha de cumplir.

Roblones

Se trata de piezas formadas por una cabeza semiesférica o en forma de casquete y un vástago cilíndrico. Hoy en día están en desuso por su complicada ejecución, pero es frecuente encontrarlos en obras antiguas.

Bulones o pasadores

Se trata de uniones que permiten una gran libertad de giro entre las piezas, modelizando una articulación perfecta. Se restringe su uso a estructuras singulares.

2.6.8. Paneles de revestimiento Cubiertas

En naves industriales es frecuente el uso de chapas metálicas sobre soporte de correas como única cubrición. Habitualmente se trata de chapas curvadas o nervadas. Es posible mejorar el aislamiento térmico o acústico superponiendo mantas de lana de roca, poliestireno extruido, etc, que exigen ser protegidas mediante láminas impermeabilizantes o con otras chapas metálicas.

Por otra parte, los paneles "sandwich" están constituidos por dos chapas metálicas y un núcleo aislante; sus bordes están diseñados para poder encajar entre sí y garantizar la estanqueidad.



Revestimientos verticales

Gran parte de los elementos de revestimiento de cubierta son aplicables también en paramentos verticales, sustentados en estructuras auxiliares. A ello cabe añadir planchas lisas, chapas perforadas, estampadas con relieves, etc.

2.7. SOLDADURA La soldadura es la unión entre dos piezas lograda mediante la elevación de la temperatura

de las zonas a unir, con o sin aportación de material, y la consiguiente fusión del metal. Podemos clasificar las soldaduras de las siguientes formas:

Soldadura oxiacetilénica

Se utiliza como fuente calorífica la llama procedente de la combustión por oxígeno del oxiacetileno. El acetileno y el oxígeno se suministran por separado en botellas a presión. Ambos se mezclan en el soplete, por cuya boquilla se produce la salida de la llama. Actualmente la soldadura de oxiacetileno ha sido sustituida por la soldadura eléctrica.

Soldadura por arco eléctrico

Se basa en el calentamiento generado en el metal por el paso de la corriente eléctrica al ser empleados ellos mismos como polos. A un generador se conectan las piezas a unir, y un electrodo metálico; el circuito se cierra al entrar en contacto el metal base y el electrodo, generando gran cantidad de calor en la zona.

2.8. CORROSIÓN La corrosión depende de múltiples factores que pueden propiciarla como el ambiente salino

o el pH del medio, junto con la colaboración del oxígeno.

Debido a estas condiciones la totalidad del hierro se transforma paulatinamente en óxido, sufriendo un incremento de volumen que en el caso del hormigón armado provoca la fisuración y disgregación del material circundante. Frecuentemente, al desprenderse fragmentos de hormigón debido a la presión ejercida por las armaduras, estas quedan a la intemperie, con lo que se acelera aún más el deterioro de aquéllas.

2.9. PROTECCIÓN DE LOS ACEROS 2.9.1. Protección mediante revestimientos no metálicos


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Pinturas: suponen una barrera frente a los agentes químicos e inhiben la corrosión. La pintura ha de ser compatible con el metal, y requiere una preparación previa de la superficie para eliminar los óxidos e impurezas. Son vulnerables al envejecimiento y han de ser periódicamente renovadas. Las más empleadas son las asfálticas y el óxido de plomo (minio).

Esmaltes: Se aplican revestimientos vítreos de oxido de silicio por inmersión o pulverizado, consiguiendo una superficie resistente a ácidos y álcalis. Requiere también una esmerada limpieza previa de superficies; presenta el inconveniente de la falta de elasticidad, que facilita el agrietamiento y desprendimiento del recubrimiento.

Barnices: Pueden ser tanto transparentes como opacos. Están constituidos por resinas que, secadas al horno, ofrecen acabados brillantes y estables, y permiten incorporar efectos ópticos.

Recubrimientos de cemento: Consiste en la proyección de lechadas de cemento Pórtland en capas sucesivas.

2.9.2. Recubrimientos metálicos Pasivación: es un tratamiento particular de protección basado en provocar una densa capa

de oxidación inicial capaz de impedir el avance de la corrosión hacia el interior de la pieza, mediante la aplicación de soluciones alcalinas. Es el caso del acero Corten.

Revestimientos de zinc: Son los más habituales y reciben el nombre genérico de Galvanización. La aplicación del zinc puede realizarse por métodos diversos:

Galvanización en caliente, en la cuál las piezas son sumergidas en zinc fundido a 450°C.

La Sherardización se basa en la impregnación con polvo de zinc a elevada tem-peratura.

Pintado con pinturas ricas en zinc, de esta forma se logra un mero recubrimiento cuya porosidad y espesor no resultan tan fiables.

Revestimientos de otros metales: Es el caso de los cobreados, estañados (que se emplean para obtener hojalata).

3. ALUMINIO 3.1. INTRODUCCIÓN

Es uno de los componentes más abundantes de la corteza terrestre (8,15%). No se halla puro, sino formando parte de otros compuestos y minerales. Por otra parte, rara vez se emplea solo, sino formando parte de aleaciones que mejoran sus propiedades mecánicas.

Su uso es cada vez mayor debido a la excelente combinación resistencia mecánica-ligereza que ofrece, por lo que la industria aeronáutica y de la automoción lo utilizan de forma creciente en chasis, motores, etc.

Otra de las principales ventajas que presenta es su capacidad para autoprotegerse frente a la corrosión creando una capa de óxido protectora.

Su densidad en inferior a la del acero, lo que lo hace especialmente ventajoso cuando se pretende reducir el peso propio de las construcciones, y la resistencia mecánica no es requisito esencial.



El bajo punto de fusión es una propiedad favorable en los procesos de moldeo y extrusión, pero empeora su comportamiento en situaciones de incendio.

El elevado valor de la conductividad térmica le confiere utilidad en intercambiadores de calor, radiadores, frigoríficos... Por el contrario, supone una desventaja en elementos constructivos que requieran aislamiento térmico.

Por otra parte, su conductividad eléctrica es la mejor después del cobre, lo que hace factible su empleo como conductor.

Por su alto poder reflector, impide la absorción de la mayor parte de radiación solar incidente, es lo que propicia la colocación del aluminio como material de cubrición en tejados; a la vez que su baja capacidad de emisión ayuda a preservar las condiciones térmicas de los espacios habitados.

3.2. FABRICACIÓN ALUMINIO Se emplean exclusivamente óxidos de aluminio más o menos hidratados, agrupados bajo el

nombre genérico de bauxitas.

El proceso de obtención consta de dos fases fundamentales:

Obtención de la alúmina pura, generalmente por el procedimiento Bayer

Depuración del aluminio por electrólisis

El aluminio es recogido en recipientes y transportado a naves de fundición, en las cuáles se adicionan las proporciones necesarias de metales secundarios para conformar aleaciones y se cuela en moldes adecuados para su posterior transformación.

3.3. CONFORMACIÓN Conformación primaria:

Los lingotes se emplean para la fundición y el vertido en moldes de piezas.

Las plaquetas se transforman en chapas y bandas mediante su paso por los trenes de laminación.

Los tochos se utilizan para la extrusión de perfiles, tubos redondos y pletinas. La EXTRUSIÓN permite elaborar siluetas muy complejas, de elevada inercia pero con considerable ahorro de material, lo que compensa las bajas resistencias mecánicas del aluminio. Es un proceso no aplicable a otros metales, carentes de la maleabilidad necesaria para adaptarse a los complicados contornos de las boquillas de extrusión.

Las barras redondas son destinadas a la forja de piezas de elevada resistencia mecánica tales como palas de hélices, componentes de motores, etc.

Las barras cuadradas son sometidas a trefilado para fabricar hilos y alambres de aluminio.

Conformación secundaria:

La conformación definitiva del aluminio puede realizarse por métodos análogos a los utilizados para el acero tales como la forja, la colada en moldes o el laminado. Sin embargo, es la extrusión el procedimiento más específico de este metal, gracias a su maleabilidad y capacidad para ser deformado. La extrusión no es aplicable al acero.

En la extrusión, la aleación se halla en el interior de un recipiente o cilindro provisto de un émbolo o pistón que ejerce presión sobre la masa metálica. El extremo opuesto del recipiente presenta un orificio o boquilla con la silueta de la figura que se pretende reproducir; el efecto de la compresión expulsa la masa de aluminio a través de la boquilla, adoptando de este modo la misma silueta. Se obtiene así un perfil continuo de aluminio, de sección constante a lo largo de la pieza.



La pieza fundamental del proceso es la matriz, disco de acero perforado con la sección que se desea reproducir.

La pieza extruida es frecuentemente sometida a tratamientos mecánicos y térmicos tales como el estirado, el temple o el recocido, a fin de mejorar sus propiedades mecánicas.

3.4. ALEACIONES DE ALUMINIO La adición de pequeñas proporciones de otros metales altera sustancialmente el

comportamiento del aluminio frente a la corrosión, soldadura, resistencia mecánica...

Los elementos aleantes principales del aluminio son: cobre (Cu), silicio (si), magnesio (Mg), zinc (Zn) y manganeso (Mn). Destacamos algunas por su importancia:

Aleaciones aluminio - cobre: La presencia de cobre enderece la aleación y aumenta su resistencia. Comercialmente se conoce como duraluminio

Aleaciones aluminio - magnesio: Inmejorable propiedades en cuanto a resistencia, corrosión, trabajabilidad y ductilidad.

Aleaciones aluminio - silicio - magnesio: Es la más utilizada globalmente.

3.5. ACABADOS APLICABLES AL ALUMINIO El lacado del aluminio:

Con amplia gama de colores aplicables tiene el inconveniente de que elimina el acabado metálico de las superficies. Con anterioridad al lacado, es necesario llevar a cabo operaciones de desengrase, neutralizado, limpieza superficial y enjuagues para obtener una superficie apta para el lacado.

Pinturas líquidas:

Se utilizan en acabados arquitectónicos, electrodomésticos...

Pueden aplicarse mediante spray, presentan buena adherencia, resistencia a la abrasión y a los agentes químicos. Dentro de este tipo se incluyen las pinturas a base de resinas de poliéster, acrílicos...

Pinturas electrostáticas:

Las más empleadas para perfiles de aluminio para edificación. Se basan en la aplicación simultánea de un chorro de pintura en polvo y una carga eléctrica, lo que provoca la atracción electrostática entre las partículas y la pieza. Presenta la ventaja de que se consiguen acabados homogéneos y resistentes, sin tener que utilizar disolventes tóxicos. Dentro de las pinturas electrostáticas, se incluyen las de tipo epoxi, poliuretanos, acrílicas y poliésteres.

Pinturas electroforéticas:

Se basan en la inmersión de la pieza en cubas electrolíticas con resinas solubles en agua. Tras la disociación iónica producida por el paso de la corriente eléctrica, los pigmentos coagulan sobre la superficie del aluminio.

3.6. APLICACIONES ARQUITECTÓNICAS DEL ALUMINIO 3.6.1. Carpinterías metálicas y módulos de muros cortina

La perfilería de aluminio para carpinterías y muros cortina resulta inconfundible con la perfilaría de acero, pues únicamente con los procedimientos de extrusión es factible reproducir las complejas siluetas conseguidas en el aluminio. Se pueden lograr elevadas inercias, compensando la inferior resistencia mecánica respecto al acero, además de garantizar la estanquidad y la



evacuación de aguas. A menudo se complementan con perfiles de poliamida o PVC en sistemas de rotura de puente térmico, con el fin de evitar las fugas de calor debidas a la elevada conductividad y bajo aislamiento térmico del aluminio.

Las uniones entre piezas pueden ser soldadas, remachadas, o incluso machihembradas.

3.6.2. Estructuras resistentes Si bien no está muy extendido el empleo de aluminio en estructuras resistentes de

importancia, sí sustituye en ocasiones al acero galvanizado en perfilería de sujeción de paneles de fachada, estructura auxiliar en compartimentación interior, pabellones desmontables, etc..

3.6.3. Chapas de cubierta, fachada, paneles y remate Es en este campo

donde ha experimentado un mayor auge en su utilización. La forma de colocación, así como las posibilidades estéticas, son análogas a la de las chapas y paneles de acero. Igualmente son recomendables en elementos como lamas y persianas. Requieren de una subestructura auxiliar para anclarse a la base.

3.6.4. Barreras de vapor La barrera de vapor se utiliza para evitar las condensaciones en el interior de cerramientos y

cubiertas, que podrían provocar a aparición de patologías asociadas a las humedades. Aunque se puede comercializar de forma independiente en láminas o rollos, es habitual en el mercado que los aislantes térmicos lleven ya incorporada la barrera de vapor al menos en una de sus caras.

3.6.5. Cables conductores, piezas de empalme y accesorios eléctricos Es el metal más utilizado para instalaciones eléctricas después del cobre.

4. COBRE 4.1. INTRODUCCIÓN

El cobre fue el primer metal que empleó el hombre, entre el 8000 y el 4000 a.C. Posteriormente, descubrió que la combinación del cobre con el estaño producía una aleación mucho más dura y útil para la fabricación de utensilios: el Bronce.

De la fabricación de herramientas y objetos para la vida cotidiana, el ser humano pasa a la elaboración de esculturas y objetos de adorno con cobre y sus aleaciones, como por ejemplo campanas.

A partir del descubrimiento de la electricidad, el cobre, de gran poder conductor, encuentra su mayor ámbito de aplicación. Con la generalización del resto de instalaciones de agua,



calefacción, gas, etc., el cobre se extiende como uno de los principales componentes de las redes interiores de los edificios.

Entre sus ventajas figuran su trabajabilidad y la facilidad para su reutilización.

4.2. PROPIEDADES Propiedades mecánicas: Es un metal dúctil y maleable, pudiéndose obtener láminas muy delgadas.

Tiene un alargamiento del 50% y su resistencia a tracción y a compresión es elevada.

Cuando se deforma en frío adquiere una gran acritud, aumentando su resistencia en un 100%.

Se suelda con facilidad.

Propiedades químicas: Expuesto al aire, se torna rojo violáceo por la formación de óxido cuproso.

Se alea fácilmente con el oro, la plata, el estaño, el zinc, o el níquel, pero difícilmente con el plomo y el hierro.

Es inatacable por el agua pura a cualquier temperatura, y compatible con la mayoría de materiales de construcción, tales como yesos y cementos.

Puede oxidar a otros metales por adyacencia, como es el caso del acero

Disminuye el riesgo de proliferación de legionela, otra de las razones por las que su uso en conducciones de agua es ventajoso.

Propiedades físicas:

Es un metal blando.

Después de la plata, es el mejor conductor eléctrico que existe.

Elevada conductividad térmica que lo hace propicio para circuitos de calefacción, intercambiadores de calor, serpentines, hornos...

Propiedades a considerar en el uso del cobre en instalaciones: En conducciones de agua, minimiza las pérdidas de carga por su lisura, garantizando un

caudal constante

soporta altas presiones y es suficientemente elástico para absorber los aumentos de volumen generados por la congelación del agua o por las sobrepresiones.

Su reducido peso propio facilita su transporte y montaje.

Por su compatibilidad con yesos y cementos, es apropiado para instalaciones empotradas. Pero por su calidad estética, es igualmente idóneo para redes vistas.

Se fabrican todos los componentes: tuberías, codos, valvulería, etc., por lo que toda una instalación se puede realizar con el mismo material.

4.3. FABRICACIÓN No es uno de los elementos más abundantes de la corteza terrestre, aunque su obtención

es fácil pese al pobre porcentaje contenido en los minerales de los que se extrae (piritas, calcopiritas, cupritas, malaquitas, etc)

Tras la extracción del mineral se procede a una tostación parcial obteniendo una masa de sulfuro de cobre que es oxidada en convertidores y refinada por electrólisis hasta conseguir purezas del 99,99%.



4.4. FORMAS DE SUMINISTRO Chapas: En espesores variables.

Tubos:

o En tiras rectas: Buena rigidez y perfectamente circulares, con buen acabado y excelente resistencia al choque. Pueden ser curvados y están destinados a instalaciones con tramos de gran longitud.

o En rollos: se trata de cobre recocido para eliminar su acritud, con lo que recuperan su elasticidad y capacidad de alargamiento. Ahora bien, presentan una ligera ova-lidad debido al enrollado, que tiene qiue tenerse en cuenta antes de soldarse. Son más adecuados para recorridos tortuosos por su facilidad para adaptarse a los cambios de dirección.

Alambres, de 0,1 mm hasta 2 cm de diámetro.

4.5. APLICACIONES ARQUITECTÓNICAS Conducciones de fontanería, calefacción, gas. El cobre resulta adecuado para su utilización en conducciones debido a su estabilidad, pues

no experimenta corrosión ni se solubiliza por el paso del agua, siendo resistente a altas temperaturas. Es impermeable a gases o fluidos procedentes del exterior, no es atacable por microorganismos ni roedores y permanece inalterable frente a las radiaciones ultravioletas.

Asimismo, las pérdidas de carga son mínimas debido a su lisura interior, y es idóneo en instalaciones de calefacción por su conductividad térmica.

Cables conductores de electricidad y circuitos en general. El cobre es el mejor metal conductor conocido, a excepción de la plata, lo que permite

cables de secciones reducidas, fáciles de conectar entre sí. Los hilos conductores de cobre se aíslan mediante lacas o esmaltes en secciones pequeñas, o con polímeros en las secciones más gruesas.

Chapas de aplicación en cubiertas, fachadas y accesorios (canalones y bajantes) La utilización de chapas de cobre como cubiertas es idónea porque es maleable y permite

adaptarse a formas complicadas. En los últimos años ha comenzado a emplearse también como revestimiento de fachadas, en forma de planchas y perfiles corrugados.

Un importante factor en la elección del cobre como material de revestimiento es la formación de una pátina superficial. El cobre sólo es moderadamente resistente a los agentes atmosféricos y los ácidos, por lo que en atmósferas urbanas y cerca del mar genera una protección superficial constituida por cloruros, carbonatos, etc, conocida como "cardenillo", y que impide el avance de la corrosión. Es condición para la formación de la pátina que la superficie se halle altamente expuesta a la humedad y a las precipitaciones. Es por ello que en fachadas o ambientes secos no suele desarrollarse esta pátina verdosa, sino que se produce un oscurecimiento natural provocado por la aparición de óxidos.

Esta protección tarda de ocho a diez años en formarse. Ahora bien, es posible recurrir al cobre prepatinado artificialmente cuando no se desea esperar ese tiempo o las condiciones ambientales no favorecen su aparición. Se emplea también para reparar tejados de cobre existentes.

Además de los propios elementos de revestimiento, se encuentran también accesorios para la evacuación de aguas como canalones y bajantes, adecuadas en caso de que estos elementos se coloquen vistos y requieran una mayor calidad estética de la que otros materiales carecen.



Cobre en captadores solares

El cobre se puede emplear en las tuberías de los captadores solares, que permiten calentar el agua hasta temperaturas de 70ºC o más, aprovechando así sus propiedades como conductor de calor.

4.6. ALEACIONES DE COBRE CON OTROS METALES El bronce

Es una aleación de cobre y estaño en proporciones variables con un mínimo del 75% de cobre. A mayor contenido en estaño mayor resistencia mecánica adquiere el bronce, pero también menor ductilidad. La conductividad eléctrica disminuye asimismo de forma inversamente proporcional al contenido de estaño.

Tipos de bronce:

Bronces laminados o de medallas, con un contenido en estaño hasta del 10%.

Bronces fosforosos, desoxidados con fósforo.

Bronces rojos, con pequeños porcentajes de zinc y plomo, dando lugar a bronces más trabajables.

El latón

Es una aleación de cobre y zinc con máximo de un 50% de zinc. El zinc mejora la dureza y resistencia a tracción de la aleación.

El latón se emplea en cerrajería, y en elementos decorativos de interior.

Es menos resistente que el cobre a la acción de los agentes atmosféricos y al ataque químico.

5. ZINC 5.1. INTRODUCCIÓN

El zinc es un metal poco abundante en la corteza terrestre, pero fácil de extraer. Es de color gris azulado brillante, frágil en frío y relativamente blando. Se conoce desde la antigüedad, siendo frecuentemente utilizado para la fabricación de objetos para la vida cotidiana, en aleación con el cobre (latón) debido a su bajo punto fusión.

El mayor porcentaje del zinc obtenido se emplea en la galvanización del acero. Al igual que otos metales ya estudiados, se emplea también en la fabricación de chapas de cubierta.

5.2. PROPIEDADES Propiedades físicas:

A 500 ºC arde fácilmente con una llama.

No tiene especiales propiedades como conductor de calor ni electricidad.

Propiedades químicas:

Es inalterable en el aire seco. En ambiente húmedo, el cinc se recubre de una capa que protege al resto de la masa, de la corrosión.

Se corroe en contacto con el acero.

Es atacado por ácidos y álcalis, y también por los yesos, cementos y sus correspondientes pastas y morteros.



Propiedades mecánicas:

Presenta una baja resistencia a tracción

No se puede endurecer por acritud. 5.3. FABRICACIÓN

El zinc se obtiene de minerales como la blenda, calamina, cincita, etc

Tras la extracción del mineral se procede a una tostación y posterior reducción con carbono. El refinado del zinc se puede realizar en hornos o por electrólisis.

5.4. CONFORMACIÓN El zinc puede emplearse fundido, para rellenar moldes, proceso utilizado principalmente en

industria.

Puede laminarse, prensarse o estirarse a temperaturas de 100-150°C, para la fabricación de chapas, alambres y barras.

5.5. APLICACIONES ARQUITECTÓNICAS Chapas de revestimiento y accesorios para evacuación de aguas.

Las formas de colocación son análogas a las descritas para otros metales, tanto para cubiertas como fachadas, siendo apreciado por su resistencia a la corrosión, trabajabilidad o por las tonalidades que presenta.

Galvanizado del acero

Se basa en el revestimiento del acero con zinc, siendo el método más tradicional la inmersión en baño caliente de zinc fundido. Este procedimiento, además de garantizar la protección exterior del zinc, origina la aparición de una capa intermedia de aleación hierro-zinc que asegura la adherencia del recubrimiento.

En el capítulo "Aceros" se describen los diferentes procedimientos de galvanizado.

6. PLOMO 6.1. PROPIEDADES

Metal blanco azulado brillante, que se vuelve gris mate en contacto con la atmósfera.

Destaca por ser un metal pesado, pero a la vez muy blando y maleable

Puede conformarse mediante laminado o extrusión fácilmente. Es trabajable a temperatura ambiente sin endurecerse por acritud.

Elevada conductividad térmica, lo que facilita la unión por soldeo de chapas adyacentes, así como la forja.

Muy baja resistencia a tracción. Sus propiedades mecánicas mejoran cuando se alea con otros metales.

Es inatacable por el aire seco. Al poco tiempo de su colocación forma una pátina.

Es moderadamente resistente a los ácidos.

Puede utilizarse en contacto con otros metales sin que aparezca corrosión

La presencia de cal libre puede atacar lentamente al plomo, por lo que se recomienda interponer pinturas bituminosas cuando se coloca como barrera impermeable. 6.2. FABRICACIÓN

Se obtiene principalmente de la galena.

Se utiliza principalmente el método de tostación y se termina con refino en horno para



depurar impurezas.

El envenenamiento por plomo debido a la corrosión de tuberías de abastecimiento de agua de este metal indujo a la prohibición de su utilización para este uso. También se han prohibido las gasolinas con plomo, responsables de la contaminación de agua, aire y suelos, así como las pinturas de plomo (pero no las de sus óxidos).

6.3. APLICACIONES ARQUITECTÓNICAS Si bien el plomo se ha sustituido recientemente por otros metales como el zinc, su elevada

densidad hace recomendable su empleo en aplicaciones tales como la insonorización o la atenuación de la transmisión de radiaciones. Es un metal duradero y resistente a la corrosión atmosférica.

Cabe mencionar las pinturas sobre la base de óxido de plomo (minio), muy utilizadas como revestimiento anticorrosivo de estructuras metálicas.

Planchas en fachadas y cubiertas

Se ha utilizado tradicionalmente para resolver todos los elementos de cubierta dada su extraordinaria maleabilidad que permite conformarlo fácilmente en frío mediante martilleado o presión.

Asegura la estanquidad no sólo en cubiertas, sino también en huecos, encuentros de fachada con cubierta, mediante la ejecución de baberos de impermeabilización.

Resuelve asimismo canalones, bajantes y sus correspondientes encuentros con la cubierta, gracias a su adaptabilidad a los contornos.

Insonorización y atenuación de las radiaciones ionizantes

El plomo se utiliza en forma de delgadas láminas colocadas a nivel de forjado para impedir la transmisión de ruido aéreo, o bien interpuestas en tabiques de separación multihoja.

Es imprescindible su colocación para aislar totalmente salas de radiología con emisión de rayos X, en cuyo caso se requiere el aislamiento total de la estancia mediante el forrado de todas las superficies delimitadoras a fin de obtener una "caja" estanca a la transmisión de radiación. Esto también conlleva emplear puertas con lámina de plomo y vidrios al plomo si procede.

7. ESTAÑO 7.1. PROPIEDADES Bajo punto de fusión

Es muy maleable y blando, se pueden obtener hojas muy delgadas (papel de estaño)

Se corta y trabaja muy bien.

Es estable y resistente a los agentes atmosféricos, pero es atacado por ácidos y bases. 7.2. FABRICACIÓN

Se obtiene de un mineral denominado casiterita. Se lleva a cabo una reducción con carbono en hornos. Con posterioridad se realiza un afino

7.3. APLICACIONES Se emplea para la fabricación de hojalata (chapa fina de hierro recubierta de estaño) en

industria conservera.

Forma parte de aleaciones y compuestos químicos, en fusibles y soldadura blanda.

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