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• Albert Fernandez

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HORMIGONES. HORMIGONES.INGENIERIA INGENIERIADE DEEDIFICACION. EDIFICACION.

CONTROL DE LA CALIDAD DEL HORMIGÓN. CAPÍTULOS INDICEXIV, XV, XVI, XVII. EHE-08 Artículo Artículo

79.° 80.°

Artículo

81.°

Artículo

84°

Artículo

85°

Artículo

86.°

Artículo

87.°

Artículo

88.°

5.1. Agentes del control de la calidad 5.1.1.

Dirección Facultativa

5.1.2. 1. EL HORMIGÓN

Laboratorios y entidades de control de calidad.

1.1. Definición 2. COMPONENTES. 2.1. Aglomerantes. 2.1.1. 2.1.2. 2.1.3. 2.1.4.

Cal. Yeso. Cemento. Otros.

2.2. Agua. 2.3. Áridos. UNE 83-101. (Art. 28 EHE-08) 2.3.1.

Naturaleza y procedencia de los áridos.

2.3.2.

Designación de los áridos

2.3.3.

Estudio granulométrico de los áridos.

2.3.4.

Características de los áridos.

2.4. Adiciones. EHE-08, (Artículo 30°) 2.5. Aditivos. EHE-08, (Artículo 29°) Clasificación y definiciones de aditivos. Cuadro orientativo de utilización de aditivos. 2.6. Aceros 2.6.1. 2.6.2.

Aceros para armaduras pasivas, EHE-08, (Artículo 32°)

Aceros para armaduras activas. (Artículo 34°)

2.7. Piezas de entrevigado en forjados. (Artículo 36°) 3. DOSIFICACION DEL HORMIGÓN. 3.1. Determinación de la resistencia media. 3.2. Consistencia del hormigón. 3.3. El tipo de ambiente. 3.4. Máxima relación agua/cemento y mínimo contenido de cemento. (37.3.2.). 3.5. Correcciones y ensayos. 3.6. Durabilidad. 3.7. Designación del hormigón 4. FABRICACIÓN Y PUESTA EN OBRA DEL HORMIGÓN. (Artículo 71. EHE-08) 4.1. Instalaciones de fabricación del hormigón. 4.2. Suministro y almacenamiento de materiales componentes. 4.3. Amasado del hormigón. 4.3.1.

Hormigón no fabricado en central.

4.4. Transporte. 4.5. Suministro del hormigón 4.5.1.

Recepción. Documentación durante el suministro

4.5.2.

Documentación tras el suministro

4.5.3.

Acta de toma de muestras

4.6. Puesta en obra del hormigón. 4.6.1.

Vertido y colocación del hormigón.

4.6.2.

Compactación del hormigón.

4.6.3.

Juntas de hormigonado

4.6.4.

Curado del hormigón

4.6.6.

Acabado de superficies. (art. 75)

4.6.5.

Desencofrado, desmoldeo y descimbrado (art. 73, 74)

4.7. Puesta en obra del hormigón en condiciones climáticas especiales. 4.7.1. 4.7.2.

Hormigonado en tiempo frío (EHE. Art 72). Hormigonado en tiempo caluroso.

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HORMIGONES. INGENIERIA DE EDIFICACION.

EL HORMIGÓN

La palabra hormigón procede del latín, "formicus” o "concretus”, que traducido quiere decir homogéneo con molde o forma. La argamasa romana, fabricada con cal y puzolana (roca volcánica pulverizada), fué utilizada ya desde el s. III Condiciones para la conformidad de la estructura a.C. para unir grandes bloques de sillería. A menudo, la piedra fue sólo un revestimiento mientras que la parte Documentación y trazabilidad interna del muro se rellenaba con cemento, capas de ladrillo fragmentado, cascajo y argamasa. Niveles de garantía y distintivos de calidad A medida que se avanza en la técnica ygenerales. conocimientoComprobación de la argamasa, las exteriores se hicieron más Criterios de piedras la conformidad de los delgadas y pequeñas llegando a carecer de toda importancia Este sistema constructivo se aplicará materiales componentes delestructural. hormigón y de las armaduras. a la creación de grandes Criterios espacios sustentados arcos y bóvedas de hormigón. Las mayores de bóvedas específicos.por Comprobación la conformidad los romanas cubrían un espacio que no fue igualado hasta llegar a los tiempos del acero (S. XIX d.C.)... componentes del hormigón. Control Control

del

hormigón

del

acero

Control de las armaduras - CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL HORMIGÓN ENDURECIDO. 6.1. Densidad. 6.2. Características mecánicas. (Ver artículo 39). 6.2.1.

Resistencia a compresión.

6.2.2.

Resistencia a tracción.

6.3. Permeabilidad. 6.4. Variaciones de volumen. 6.4.1.

Retracción.

6.4.2.

Entumecimiento. 6.5. Fluencia. 6.6. Propiedades térmicas.

.- HORMIGONES ESPECIALES 7.1. -

Hormigones ligeros.

7.2. Hormigones pesados. La ventaja era refractarios. que las bóvedas podían ser moldeadas para ajustarse a complejas formas de 7.3. - del hormigón Hormigones habitaciones necesidad dereforzados trabajososcon procedimientos para el corte de la piedra. Era asimismo un material 7.4. - sin Hormigones fibras. barato7.5. que- requería una menor cantidad de artesanos especializados y aumentaba las posibilidades para un Hormigones porosos. 7.6. modelado Hormigones proyectados complejo de los espacios interiores. 7.7. Hormigones de altas resistencias. Las fábricas de argamasa se recubrían al interior con revocos, estucos pintados o aplacados de mármol. La cara exterior también estar recubierta con materiales pétreos o cerámicos, con variados trazados. -PREFABRICADOS DEpodía HORMIGÓN. -BIBLIOGRAFÍA

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HORMIGONES. INGENIERIA DE EDIFICACION.

1.1. Definición El hormigón es una mezcla intima y homogénea de áridos finos, áridos gruesos, un aglomerante y agua en las debidas proporciones para que fragüe y endurezca. En el momento de su amasado, puede añadírsele otros productos o materiales para mejorar alguna de sus características determinadas. En este tema se estudiarán los hormigones fabricados con cemento. Por lo tanto definiríamos el hormigón como una mezcla intima y homogénea de aridos gruesos y finos con cemento y agua. Agua + Aglomerante + Arido fino + Arido grueso Pasta + Arido fino + Arido grueso Mortero + Arido grueso Según características específicas de los componentes del hormigón o de otros materiales a él incorporados, existen nomenclaturas específicas: -Hormigón ordinario: Material que se obtiene al mezclar cemento, agua y áridos minerales de tamaños varios, superiores e inferiores a 5 mm. -Hormigón en masa: No contiene en su interior armadura de ninguna clase. Apto para resistir esfuerzos de comprensión. -Hormigón armado: Hormigón con armadura de acero especial sometida a tracción previamente a la puesta de carga del conjunto. -Hormigón pretensado: Hormigón con armadura de acero sometida a tracción previamente a la puesta en carga del conjunto. -Hormigón mixto: Es aquel en el que se emplean mezclas de dos o más componentes, y los nombres de éstos deberán incluirse en la denominación de hormigón. -Hormigón ciclópeo: Es el que tiene embebidos en su masa grandes mampuestos de dimensión mínima mayor de 30 cm., y de forma tal que el conjunto no pierda la compacidad. -Hormigón aerocluso: Es el que tiene una cantidad de aire incorporado no mayor del 6% de su volumen, uniformemente distribuido en toda la masa, en forma de burbujas cuyo tamaño está comprendido entre 0’05 y o’1 mm. (También hormigón aireado). Hormigón unimodular: Es el hormigón con áridos de un solo tamaño. -Hormigón ligero: Compuesto con áridos ligeros. Una variante es el HORMIGÓN CELULAR que contiene burbujas independientes de gas, uniformemente repartidas. -Hormigón blindado: Unidad de obra utilizada en pavimentaciones, compuesta por una capa de espesor variable de hormigón ordinario y otra superior de piedra embutida. -Amianto-cemento: Hormigón cuyo árido es el amianto o asbesto, roca fibrosa cuyas principales propiedades son la elasticidad e incombustibilidad.

Según la EHE-08 ((Artículo 31°), es la mezcla de cemento, agua, áridos, aditivos y adicciones. La composición elegida de las mezclas destinadas a la construcción de estructuras o elementos estructurales deberá estudiarse previamente, con el fin de asegurarse de que es capaz de proporcionar hormigones cuyas características mecánicas, reológicas y de durabilidad satisfagan las exigencias del proyecto. Estos estudios se realizarán teniendo en cuenta las condiciones de la obra real (distribución de armaduras, modo de compactación, dimensiones de las piezas, etc.).

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HORMIGONES. HORMIGONES. HORMIGONES. INGENIERIA INGENIERIA INGENIERIA DEDE EDIFICACION. DE EDIFICACION. EDIFICACION.

2.1.2. Yeso. 2.1.3. Cemento. 2. COMPONENTES. Los cementos han sido tratados específicamente en el tema anterior. La Instrucción EHE-08 especifica (Artículo 26°) que podrán utilizarse aquellos cementos que cumplan la RC-08 y que sean capaces de yeso es un material conocido desde la más remota antigüedad, principalmente en zonas de clima seco. En 2.2.El Aglomerantes. proporcionar al hormigón las características que se exigen al mismo en el Artículo 31°. la construcción se ha empleado para unir materiales o elementos constructivos, para protecciones de el Diccionario de yla Real Academia, se denomina aglomerante “al material capaz de unir fragmentos de paramentos exteriores, enpodrán decoración... EnSegún el ámbito de interiores aplicación de la EHE-08, utilizarse aquellos cementos que cumplan: una o varias sustancias y dar cohesión al conjunto por efectos de tipo exclusivamente físicos”. Dentro de esta ser se conformes la reglamentación específica definición incluiríancon el barro, las colas, los betunes,vigente, etc. Sin embargo, los más utilizados en construcción - loscumplan laslas limitaciones uso establecidas en laalgunos Tabla 26plásticos. son cementos, cales y losde yesos, y recientemente pertenezcan a la clase resistente 32,5 o superior. Ciclo del yeso.

YG e YG/L: Verde YF e YF/L: Negro E-30 yE-30/L: Azul E-35 yE-35/L: Azul

yesoCuando negro, grueso ó tosco. se calienta pierde rápidamente su agua de hidratación ( produciendo yeso calcinado, 2.1.1. Cal. deshidratado parcial o totalmente). finoproducto, ó blanco. sea cual sea su composición y aspecto físico, que proceda de la calcinación de piedras Cal yeso es todo Deshidratación SO4Ca.2H2O + Calor > SO4Ca.1/2H2O + 3 /2 .H 2 O calizas. (F. Arredondo) escayolas.

Si el yeso se amasa con agua se rehidrata formando de nuevo el dihidrato. Se obtiene una Ciclopasta de lamás cal. o menos trabajada y untuosa que endurece rápidamente. SO4Ca.1/2H2O + 3 / 2 .H2 O > SO4Ca.2H2O + Calor Con una calcinación hasta 900 - 1000° C se verifica la reacción: COaCa + CALOR ^ CO 2 + CaO. La reacción de hidratación del yeso es exotérmica. Al mismo tiempo que se produce calor se produce una Se descompone el carbonato cálcico en óxido de calcio y en anhídrido carbónico. expansión como consecuencia del rápido crecimiento de los cristales durante el fraguado. La resistencia mecánica de los yesos depende de su naturaleza, de su composición, de su finura, de la El proceso de apagado consiste en añadir agua a la cal viva, verificándose la reacción: cantidad de agua de amasado y del contenido de humedad en el momento de la rotura. CaO + H 2 O = Ca ( OH )2 + CALOR El La aplicación en exteriores o ambientes húmedos debe controlarse debido a la solubilidad del material, si bien

noóxido debe de confundirse este concepto con el dehidróxido permeabilidad (su estructura permite acumular gran cantidad de calcio junto con el agua produce cálcico. agua cuando la concentración de la misma en el ambiente es alta y devolverla cuando éste se reseca). Esta Tipos de cemento utilizables (*) característica implica una buena resistencia al fuego (es yeso no es inflamable), y está relacionada con la Al ponerse en obra la cal apagada se produce el proceso de recarbonatación, verificándose la corrosión en los aceros. Hormigón en masa Cementos comunes excepto los tipos CEM II/A-Q, CEM II/BQ, reacción: CEM II/A-W, CEM II/B-W, CEM II/A-T, CEM II/B-T y CEM III/C Ca ( OH )2 + CO 2 ^ COsCa + H 2 O Cementos para usos especiales ESP VI-1 El hidróxido cálcico absorbe el anhídrido carbónico de la atmósfera evaporándose el agua. Hormigón armado

Cementos comunes excepto los tipos CEM II/A-Q, CEM II/BQ, Según la RY-85. están normalizados los yesos: CEM II/A-W, CEM II/B-W, CEM II/A-T, CEM II/B-T, CEM III/C y CEM V/B Yeso Grueso de Construcción, que se designa YG. También llamado yeso negro. En albañilería se emplean cales aéreas ycomunes cales hidráulicas. Hormigón pretensado Cementos de los tipos CEM I y CEM II/A-D, CEM II/AV, CEM II/A-P y CEM II/A-M(V,P) Yeso Fino de Construcción, que se designa YF. También llamado yeso blanco. -Las cales aéreas amasadas con agua se endurecen únicamente en el aire, por acción del anhídrido carbónico. Las cales hidráulicas amasadas con agua, se endurecen en el aire, o bajo el agua. Yeso de Prefabricados, que se designa YP. -La cal viva en terrón se apagará en balsa, añadiendo la cantidad precisa de agua, que, en general, es de dos partes en de agua por escayolas una de cal, y se reposar un calidad. plazo mínimo de dos semanas. Si es Escayola, quevolumen se designa E-30. Las son los deja yesos de mejor precisoEspecial, se tamizaque después. Escayola se designa E-35. Se utiliza para acabados, molduras, estucados finos... -La cal apagada, envasada en sacos o barriles, o a granel, llevará el nombre del fabricante y su designación. Se almacenará en sitio seco y resguardado de las corrientes de aire. -La cal hidráulica se recibirá en obra, seca y exenta de grumos, envasada adecuadamente, indicando nombre del fabricante y su designación. Se conservará en lugar seco y resguardado de las corrientes de aire, para evitar su posible carbonatación.

Normas UNE 41.067 Cal aérea para construcción. Clasificación características. UNE 41.068 Cal hidráulica para construcción. Clasificación características.

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Exponente de hidrogeno Ph (UNE 7234:71)

Limitación

Riesgos

>5

Altera el fraguado endurecimiento.

Observaciones y

el Con

cementos

aluminosos no utilizar HORMIGONES. INGENIERIA EDIFICACION. HORMIGONES. INGENIERIA DEDE EDIFICACION. PH > 8 Disminuye la resistencia y la durabilidad.

2.2. Agua. Sustancias disueltas (UNE 7130:58)

Eflorescencias < 15 gr. por litro (15.000 p.p.m) El agua que se añade a la mezcla,Menor juntoresistencia con los demás componentes del hormigón, tiene las siguientes misiones: -

Fenómenos expansivos largo Hidrata los componentes activos delplazo cemento.

a

posible que masa sea ytrabajable. Contenido en Sulfatos, -SO 4 Actuar (UNE como < 1lubricantes gr. por litrohaciendo Alteraciones en lafraguado Se debe ser muy estricto 7131:58), (1 00 p.p.m) endurecimiento. el agua de curado Crea espacio en0 la pasta para los productos resultantes de lacon hidratación del cemento. Excepto para el cemento SR en que se eleva este limite a 5Podriamos gr por litrodiferenciar: (5000 p.p.m)

proporción puede Perdida de resistencias La aumentar para CEM- RS Afecta a la durabilidad.

Corrosion de armaduras lón cloruro, Cl" Para hormigón < 1 gr. por litro Puede aumentar para HM Agua de amasado: (UNE 7178:60): pretensado ( 1. 0 00 p.p.m) Es el agua que participa en las reacciones de hidratación del cemento y además confiere al hormigón la trabajabilidad necesaria para una correcta puesta en obra. Otras. Para hormigón < 3 gr. por litro de agua de amasado debe limitarse al mínimo estrictamente necesario, ya que el agua armado o La encantidad masa (3.000 p.p.m) que contenga en exceso se evapora y crea una serie de huecos en el hormigón que disminuye su resistencia. armaduras para reducir fisuración (UNE 7178:60) 0 Hidratos de carbono (UNE 7132:58) Agua de curado:

El hormigón no fragua

La sacarosa y la glucosa alteran el endurecimiento

Es el agua que se añade para compensar las pérdidas de agua por evaporación y permitir que se desarrollen nuevos procesos de hidratación. (*) Las condiciones de utilización permitida para cada tipo de hormigón, se deben considerar extendidas a los ser abundante durante el proceso de curado. cementosDebe blancos y a los cementos con características adicionales (de resistencia a sulfatos y al agua de mar, de resistencia al agua de mar y de bajo calor de hidratación) correspondientes al mismo tipo y clase resistente que aquéllos.

A los efectos de de la amasado presente como Instrucción, se consideran cementos de endurecimiento lentosu los de clase Tanto el agua la de curado deben ser aptas para desempeñar eficazmente función. resistente 32,5N, de endurecimiento normal los de clases 32,5R y 42,5N y de endurecimiento rápido los de - 42,5R, Durante el yamasado clases 52,5N 52,5R. el hormigón es difícil que se contamine con el agua, pues la cantidad de posibles aportaciones nocivas se añaden una sola vez y actúan sobre una masa en estado plástico. Cuando el cemento utilice de un con producto de inyección adherente de se sustancias tendrá en cuenta lo en Durante el se curado secomo debe componente ser más selectivo al agua. Hay una aportación nocivas prescrito cantidades en 35.4.2. mayores y de actuación más duradera sobre una masa no plástica. El empleo del cemento de aluminato de calcio deberá ser objeto, en cada caso, de estudio especial, exponiendo las razones que aconsejan su uso y observándose las especificaciones contenidas en el Anejo n° 3. Se tendrá en cuenta lo expuesto en 31.1 en relación con el contenido total de ión cloruro para el caso de cualquier tipo de cemento, así como con el contenido de finos en el hormigón, para el caso de cementos con La de EHE-08 (Artículo 27°), determina que el agua utilizada, tanto para el amasado como para el curado del adición filler calizo.

hormigón en obra, no debe contener ningún ingrediente perjudicial en cantidades tales que afecten a las propiedades del hormigón o a la protección de las armaduras frente a la corrosión.

2.1.4.

EnOtros. general, podrán emplearse todas las aguas sancionadas como aceptables por la práctica.

Otros aglomerantes nuevos son los plásticos (Resinas epoxi, Poliéster, copolímeros de naturaleza orgánica, PVC, Látex...) Los plásticos, en un sentido amplio, son: - índice Materiales orgánicos, constituidos Un útil sobre la aptitud de un aguapor es macromoléculas. su potabilidad (Son también aptas las depuradas con cloro). Producidos por transformación de sustancias naturales, o por síntesis directa, a partir de productos Cuando no se del posean antecedentes de su del utilización, enotras casomaterias de duda, deberán analizarse las aguas, y extraidos petróleo, del gas natural, carbón oode minerales. salvo justificación especial de (mezclas que no alteran perjudicialmente las propiedades exigibles al hormigón, Se utilizan para pavimentos “in situ” de baja viscosidad y autonivelantes), fabricación de terrazos, en deberán cumplir las siguientes condiciones (*): morteros, hormigones, reparaciones en hormigones y sellados de juntas...

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Sustancias orgánicas solubles en éter < 15 gr. por litro (UNE 7235:71) (15.000 p.p.m)

Graves alteraciones en Ensayo de presencia de fraguado y endurecimiento aceites, grasas, humus... Fuertes caidas resistencias.

en Cuidado con la materia organica de la arena.

La densidad del agua reciclada está directamente relacionada con el contenido en finos que aportan al hormigón. M = [ (1 - da) / (1 - df) ] df

M Masa de finos presente en el agua, en g/cm 3 . da Densidad del agua en g/cm 3. df Densidad del fino, en g/cm 3. (*)

(*) realizándose la toma de muestras según la UNE 7236 y los análisis por los métodos de las normas indicadas. Podrán emplearse aguas de mar o aguas salinas análogas para el amasado o curado de hormigones que no tengan armadura alguna. Salvo estudios especiales, se prohíbe expresamente el empleo de estas aguas para el amasado o curado de hormigón armado o pretensado. Se permite el empleo de aguas recicladas procedentes del lavado de cubas en la propia central de hormigonado, siempre y cuando cumplan las especificaciones anteriormente definidas. Además se deberá cumplir que el valor de densidad del agua reciclada no supere el valor 1,3 g/cm 3 y que la densidad del agua total no supere el valor de 1,1 g/cm 3 .

(*) Se puede considerar un valor de df igual a 2,1 g/cm 3 , salvo valor experimental obtenido mediante determinación en el volumenómetro de Le Chatelier, a partir de una muestra desecada en estufa y posteriormente pulverizada hasta pasar por el tamiz 200 pm.

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ARIDO

CONSIST. HORMIGON

a

HORMIGONES. HORMIGONES. HORMIGONES. INGENIERIA INGENIERIA INGENIERIA DE DE EDIFICACION. DE EDIFICACION. EDIFICACION.

SECO.PLAST. 10 BLANDA 11 Si un árido posee granos en tamaños y cantidades tales que cada grupo de ellos está en FLUIDA 12 2.3. Áridos. UNE 83-101. (Art. 28 EHE-08) Como áridos para de la fabricación pueden emplearse: condiciones rellenar de loshormigones huecos (EHE-08) o vacíos dejados por los de tamaño inmediatamente SECO.PLAST. 12 superior, tal árido podrá adquirir por asentamiento compacidad máxima. y áridos finos (arenas), según MACHACADO - Áridos gruesos (gravas) BLANDA 13 UNE-EN 12620, rodados o procedentes de rocas Arido es el conjunto de granos minerales de diferentes dimensiones destinados principalmente para la machacadas. FLUIDA 14 Feret, llegó a esta conclusión investigando arenas y las representó en diagramas triangulares: - Escorias fabricación siderúrgicas de morteros,enfriadas hormigones, por capas aire según de cimentación UNE-EN 12620. y basesSe y firmes comprobará de carreteras previamente y vías férreas. que son RODADO

estables, es decir, que no contienen silicatos inestables ni compuestos ferrosos inestables. g = granos gruesos. Aunque no toman parte entipo el fraguado endurecimiento de los morteros y los hormigones, desempeñanpor un En general, cualquier otro de áridoycuya evidencia haya sido sancionado m = de buen comportamiento granos medios. papel económico y técnico muy importante en sus características. (Aproximadamente el 80 % del volumen la práctica y se justifique debidamente. f = granos finos. delcaso hormigón es ocupado porse los áridos). En el de áridos reciclados, seguirá lo establecido en el Anejo n° 15. -

-

En el caso de áridos ligeros, se deberá cumplir lo indicado en el Anejo n° 16 de esta Instrucción, y en g+m+f=n. particular, lo establecido en UNE-EN 13055-1.

Ejemplo:elUna arenadecon una composición 30% gruesos, un 20% finos y un Dada su peligrosidad, sólo se permite empleo áridos con una proporción muy baja de sulfuros 50% medios, se encuentra en el punto P (30, 50, 20) 2.3.1. oxidables.Naturaleza y procedencia de los áridos. En cualquier caso, el suministrador de áridos garantizará documentalmente el cumplimiento de las Asimismo, preparó numerosas mezclas g + m + f, cuyas compacidades determinó preparando condiciones físico-químicas, físico-mecánicas, granulometría y forma del árido.... según EHE-08. Cuando no un diagrama de curvas Las características de de losisocompacidad. áridos deberán permitir alcanzar la adecuada resistencia y durabilidad del se tengan antecedentes sobre la naturaleza de los áridos disponibles, o se vayan a emplear para otras hormigón que con ellos se fabrica, así como cualquier otra exigencia que se requieran a éste en el Pliego aplicaciones distintas de las ya sancionadas por la se realizarán ensayos dede identificación mediante - práctica, Las arenas con un solo tamaño grano son las menos de Prescripciones Técnicas Particulares del proyecto. análisis mineralógicos, petrográficos, físicos o químicos, según interese. compactas. La ausencia de finos conduce a compacidades Los áridos deben ser transportados y acopiados de manera que se evite su segregación y contaminación, escasas. debiendo mantener las características granulométricas de cada una de sus fracciones hasta su incorporación Arena más compacta 60%g + 40%f ^ Q. Compacidad a laPueden mezcla.ser: > 72'5%. 1.3.2.

Designación de los áridos Ampliando lossin ensayos de Feret a áridos delas cualquier Áridos naturales: Cuando proceden de fuentes naturales, más transformación que mecánicas de tamaño, Fuller estableció que la máxima compacidad cribado, lavado... de un árido requiere una composición granulométrica dada por la ecuación: Se clasifican según:

r (%) = 100 [1 - (d/D) % ]

Fracción granulométrica, comprendida entre un mínimo, d, yD el Su composición (en d/D función de la familia petrológica procedencia) ser: tamaño r = (% de del total) peso depueden cada tamaño de diámetro d, siendo d/D - IL - N 0 máximo. un tamaño máximo, D, en mm. graníticos IL Forma de presentación: R, rodado; T, triturado (de machaqueo); M, mezcla. calizos silíceos... Preferentemente, se indicará también la naturaleza del árido (C, calizo; S, silíceo; G, ofita; B, basalto; dolomítico; Q, traquita; I, fonolita; V, varios; A, El proceso mecánicogranito; que han O, experimentado para suD, suministro y uso: artificial; R, reciclado) Esta ecuación es una parábola (Parábola de

/ Gessner) trituración, poseen superficies rugosas y U* - machaqueo (obtenidos por desintegración artificial mediante aristas vivas). V. la curva granulométrica de un árido propuesto ^ En la fase de proyecto, a efectos de la especificación delSihormigón, es necesario únicamente establecer para rodados (Las arenas así como los áridos gruesos procedentes de la desintegración natural de coincide con la de Gessner, sey erosión dice que su WIel -árido su tamaño máximo en mm, (TM) y, en su caso, especificar el empleo de árido reciclado y su las rocas, en general, redondeados con superficies lisas sin aristas) graduación granular es óptima. U Svporcentaje de utilización. Bolomey perfeccionó la curva de Gessner lt teniendo en cuenta tipo de cemento, tipo de fte 2.3.3. Estudio granulométrico de los áridos. ft árido, consistencia...( Parábola de Bolomey.) T Composición granulométrica de un árido cualquiera es el conjunto de porcentajes en peso de los distintos tamañosÁridos de gramos que lo integran en relacióncon conmaterias el peso total del=que mismo. artificiales: Áridos fabricados primas sufren transformación mecánica, 1/2 r(%) a + (100 - a)una ( d/D ) térmica, química... La granulometría de la grava y de la arena se determina por separado y sabiendo la proporción de grava y de hormigón y la granulometría de estos áridos, se puede determinar el árido conjunto. Se clasifican según el proceso de obtención, ya que dependen fundamentalmente de este proceso. En Antecedentes. su designación debe figurar siempre una referencia al proceso de fabricación: El -análisis granulométrico Arcillas expandidas de un árido consiste en determinar la distribución por tamaños de las partículas que- lo forman, en separar(se al árido en diferentes fraccionesque de partículas del mismo tamaño, y hallar el Escoriaso sea, siderurgicas comprobará previamente no contienen silicatos inestables ni porcentaje que entraferrosos). en el árido cada uno de éstos. compuestos

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HORMIGONES. HORMIGONES.INGENIERIA INGENIERIADE DEEDIFICACION. EDIFICACION.

Estudio de un árido mediante curvas granulometricas. Se denomina tamaño máximo D de un árido grueso o fino, la mínima abertura de tamiz UNE EN 933-2 que cumple requisitos ende la tabla 28.3.a, en función del secarse tamaño del Antes delos proceder de generales proceder recogidos al cribado los áridos, estos deben al árido. aire al fin de evitar, especialmente en el caso de las arenas, el que se apelmacen sus granos por efecto de la humedad y queden retenidos por tamices de más abertura que los que corresponden al Se denomina tamaño mínimo d de un árido grueso o fino, la máxima abertura de tamiz UNE EN 933-2 que tamaño real de aquellos. cumple los requisitos generales recogidos en la tabla en masa) función del tipo y del tamaño del árido. Porcentaje que28.3.a, pasa (en

Árido fino

D 11,2 ó D/d > 2 100 98 a 100 90 a 99 0 a 15 0a5 un 1,4. gráfico en el que en las ordenada se Los tamaños de los áridos no deben tener un D/d menor que D < 11,2 o D/d < 2 100 98 a 100 85 acolocan 99 0 a 20escala 0decimal a5 en los porcentajes

2D

85 aque 99 pasan -acumulados - en cada abcisas la abertura de los mismos.

tamiz

y,

en

Una correcta composición de un arido estará representada por una grafica comprendida entre las dos curvas del grafico. Será mejor cuanto mas se parezca a la parábola de Bolomey. a) Como tamices 1,4D y d/2 se tomarán de la serie elegida el siguiente tamaño del tamiz más próximo de la serie. b) El porcentaje en masa que pase por el tamiz D podrá ser superior al 99 %, pero en tales casos el suministrador deberá documentar y

Las curvas granulométricas además de ser los muy útiles para de los áridos distintos, tienen declarar la granulometría representativa, incluyendo tamices D, d, d/2 ylaloscomposición tamices intermedios entre d y D de la serie básica máslala serie 1, de o de la serie básica más larápidamente serie 2. Se podrán excluirtienen los tamices con de unafracciones relación menor a 1,4 veces el siguiente tamiz más ventaja permitir identificar si estos exceso gruesas o finas o la presencia bajo.

de discontinuidades en la distribución por tamaños. Cuando en un árido existen fracciones de todos los tamaños comprendidos entre el más pequeño y el mayor del mismo, se dice que el árido posee una granulometría Continua. Si por el contrario, faltan algunas fracciones, se dice que el árido posee una Granulometría Discontinua.

Granulometrías óptimas. Se denomina garnulometría óptima a la que, para una misma consistencia y relación agua /cemento, le corresponde un consumo mínimo de cemento, dando, además, el mínimo de segregación. En muchas ocasiones, en vez de introducir a la curva dentro de un dominio granulométrico, se opta por adaptar, en lo posible, la granulometría de la mezcla de árido a una curva teórica que se toma por referencia, por ser la optima desde el punto de vista de compacidad o por otras razones.

Tabla 28.3.b. Series de tamices para especificar los tamaños de los áridos (mm) Serie Básica SerieLa Básica + SerieEspañola 1 Seriedefine Básicacomo + Serie 2 fino o arena a la fracción Árido fino y árido grueso. Instrucción de Hormigón, árido del mismo que pasa por el tamiz de 4 mm de luz de malla (tamiz 4 UNE EN 933-2:96), siendo grava o árido 0,063 0,063 grueso la fracción del mismo que queda retenida en este tamiz; y por árido total (o simplemente árido cuando 0,125 no haya lugar a confusiones) 0,125 0,125las proporciones de arena y grava aquel que de por sí o por mezcla, posee 0,250 adecuadas para fabricar el hormigón 0,250 necesario en el caso particular que 0,250 se considere. 0,500 0,500 0,500 1 1 1 Dentro de esta clasificación se puede reconocer otros tamaños y así en las arenas se distinguen arenas 2 2 2 gruesas de tamaño 2 a 4 mm y finas las comprendidas entre 0,08 y 2 mm; denominando finos a la fracción de 4 4 4 tamaño inferior a 0.08 mm. 5,6 (5) 6,3 (6) La arena es el árido de mayor responsabilidad en los hormigones. No es 8 8 8 posible hacer un buen hormigón con 10 para confeccionar hormigones, pues una arena mala. Pueden ser de río - o mina. Las primeras, son muy buenas 11,2 - tener arcilla. Otros tipos de arenas suelen estar lavadas y limpias de(11) impurezas. Las arenas de mina suelen - especifico de análisis químico para 12,5su (12) (mar, duna....) necesitan un estudio utilización en construcción. 14 16 16 16 20 22,4 (22) 31,5 (32) 31,5 (32) 31,5 (32) 40 45 63 63 63 125 125 125 0,063

53 52

HORMIGONES. HORMIGONES. INGENIERIA INGENIERIA DEDE EDIFICACION. EDIFICACION.

Arena Granulometría (ejemplo): de los áridos La granulometría de los áridos, determinada de conformidad con la norma UNE-EN 933-1, debe cumplir los requisitos correspondientes a su tamaño de árido d/D. Condiciones granulométricas del árido fino total La cantidad de finos que pasan por el tamiz 0,063 UNE EN 933-1, expresada en porcentaje del peso de la muestra de árido grueso total o de árido fino total, no excederá los valores de la tabla 28.4.1.a. En caso contrario, deberá comprobarse que se cumple la especificación relativa a la limitación del contenido total de finos en el(11 hormigón en+31.1. Mfa = 1/100 + 38'2 +recogido 72'3 + 96'5 100) = 3'18 TAMIZ (mm)

TANTO POR CIENTO RETENIDO PARCIAL ACUMULADO Cuanto más fino sea el árido, menor será su módulo de finura: Este dato es lo único que nos indica el módulo

11'0 2'380 (D) de finura, pero no dice nada11'0 respecto a la granulometría. 1'190(D/2) 27'2 38'2 0'590 (D/4) 34'1 72'3 0'297 (D/ 8 ) El módulo de finura de un árido 24'2 ajustado a la curva de Fuller cuyo tamaño 96'5 máximo de grano sea D(38'0) vale: 1 00 '0 0'149 (D/16) 3'5 Md = 0 + 29 + 50 +65 + 75 + 82 + 87'5 + 91'2 + 93'8 + 95'6 / 100 = 6'7

grava o árido grueso total

La mezcla de las distintas fracciones de árido grueso que se utilicen.

Un árido posee composición granulométrica tanto más correcta, cuanto más se aproxime a 6’7 el valor de su arena o árido fino total mezcla de las Md, tanto por La defecto como pordistintas exceso. fracciones de árido fino que se utilicen árido total

Aquel que, denos porda sí idea o pordel mezcla, posee lasdel proporciones de arena grava El módulo granulométrico tamaño medio árido empleado en uny hormigón pero, nunca es adecuadas para fabricar el hormigón necesario en el caso que se granulométrico que índice de la granulometría pues pueden existir infinidad de áridos con elparticular mismo módulo (si no hay lugar a confusiones, considere totalmente diferentes; de todas formas, es interesante conocer su valor debido a que, simplemente árido) tengan granulometrías todas las mezclas de áridos que poseen el mismo módulo precisan la misma cantidad de agua para producir hormigones de igual docilidad y resistencia. Tabla 28.4.1.a Contenido máximo de finos en los áridos ÁRIDO

Limitaciones del árido grueso para la fabricación del DE hormigón. TIPOS ÁRIDOS % MÁXIMO QUE PASA POR EL TAMIZ 0,063 mm

Grueso

1,5%

Cualquiera

Fino

6%

- Áridos redondeados - Áridos de machaqueo no calizos para obras sometidas a las clases generales de exposición Illa, IlIb, IlIc, IV o bien a alguna de las clases específicas de exposición Qa, Qb, Qc, E, H y F (1)

El tamaño máximo del árido grueso utilizado para la fabricación del hormigón será menor que: a) 0, 8 veces la distancia horizontal libre entre vainas o armaduras que no formen grupo, o entre un borde de la pieza y una vaina o armadura que forme un ángulo mayor que 45° con la dirección de hormigonado.

b) 1,25 veces la distancia entre un borde de la pieza y una vaina o armadura que forme un ángulo no mayor quesimplificación, 45o con la dirección de hormigonado. NOTA - Por se podrán emplear los tamaños redondeados entre paréntesis para describir el tamaño de los áridos c) 0,25 veces la dimensión mínima de la pieza, excepto en los casos siguientes: ■

Losa superior de los forjados, donde el tamaño máximo del árido será menor que 0,4 veces el espesor mínimo. Módulo granulométrico. denomina módulo a taller) la sumas de loselementos porcentajes retenidos ■ Piezas de ejecuciónSe muy cuidada (caso de granulométrico prefabricación en y aquellos en los que acumulados en los tamices de la seriesea UNEreducido hasta el (forjados de abertura máxima dividida poruna 100.sola cara), en cuyo el efecto pared del encofrado que se encofran por caso será menor que 0,33 veces el espesor mínimo. El módulo granulométrico recibe el nombre de Módulo de Finura cuando se emplea la serie de tamices ASTM El árido se podrá componer como suma de una o varias fracciones granulométricas. Cuando el hormigón deba pasar entre varias capas de armaduras, convendrá emplear un tamaño de árido más pequeño que el que corresponde a los límites a) ó b) si fuese determinante.

55 54

10%

- Áridos de machaqueo calizos para obras sometidas a las clases generales de exposición IIIa, 111 b, IIIc, IV o bien a alguna de las clases específicas de exposición Qa, Qb, Qc, E y F (1) - Áridos de machaqueo no calizos para obras sometidas a las clases generales de exposición I, IIa o IIb y no sometidas a ninguna de las clases específicas de exposición Qa, Qb, Qc, E, H y F(1)

16%

- Áridos de machaqueo calizos para obras sometidas a las clases generales de exposición I, IIa o IIb y no sometidas a ninguna de las clases específicas de exposición Qa, Qb, Qc, E, H y F (1)

Para obras sometidas a clases generales de exposición I, Ila ó llb, que no estén sometidas a ninguna clase específica de exposición

AM

(l)

< 0,6 (f/100)

Para los restantes casos

AM

(l)

< 0,3 (f/100)

(1) Véanse las tablas 8.2.2 y 8.2.3.a.

Calidad de los finos de los áridos No se utilizarán áridos finos cuyo equivalente de arena (SE4), determinado sobre la fracción 0/4, de conformidad con el Anexo A de la norma UNE EN 933-8 sea inferior a: a) 70, para obras sometidas a la clase general de exposición I, Ila ó llb y que no estén sometidas a ninguna clase específica de exposición. b) 75, el resto de los casos. Excepcionalmente, las arenas procedentes del machaqueo de rocas calizas o dolomías (rocas sedimentarias carbonáticas que contienen al menos un 70% de calcita, dolomita o de ambas, que no cumplan la especificación del equivalente de arena), podrán ser aceptadas como válidas si cumplen:

Seco Saturado en sup. Seca Ligeramente húmedos Saturados

Absorben más agua al amasar el hormigón.

Igual.

HORMIGONES. INGENIERIA DE EDIFICACION.

podrá identificar y valorar cualitativamente su presencia en dichos finos mediante el ensayo de difracción de rayos X. Sólo se podrá utilizar el árido fino si las arcillas son del tipo caolinita o illita y si las propiedades mecánicas y de penetración de agua a presión de los hormigones fabricados con esta arena son, al menos, iguales que las de un hormigón fabricado con los mismos componentes, pero utilizando la arena sin finos. El estudio correspondiente deberá ir acompañado de documentación fehaciente que contendrá en todos los casos el análisis mineralógico del árido, y en particular su contenido en arcilla.

Ensayo de azul de metileno. UNE EN 933-9: Ensayo para medir la capacidad de absorción del material Valor de Azul (AM): Cantidad de agua de metileno absorbido por 100 gramos de finos en 200 cm 3 de agua destilada. En agitador de aletas (árido + agua) se introduce disolución de azul de metileno. El valor de azul es: AM = V / f'

V= cm 3 de disolución f= cantidad de finos de la muestra de arena.

Se deposita una gota en papel de filtro. El ensayo es positivo si en la zona húmeda aparece una aureola azul alrededor del depósito central.

2.3.4.

Características de los áridos.

Porosidad y absorción. La porosidad y absorción de los áridos tiene una gran influencia en su adherencia con la pasta de cemento y por tanto, en las resistencias mecánicas del hormigón. Igualmente, influye en el comportamiento frente a los ciclos de hielo - deshielo y en definitiva a su durabilidad. La EHE-08 exige que la absorción de agua por los áridos determinada según las normas UNE 83.133 y UNE 83.134 sea igual o inferior al 5 por 100.

UNE 83.133.: Define método para medir densidades, coeficientes absorción y contenido agua en una muestra árido fino.

el las de de de

Consideraciones sobre la humedad y el entumecimiento

De las cuatro formas en que pueden encontrarse los áridos con respecto al agua: UNE 83.133.

(1)

AM es el valor de azul de metileno, según UNE EN 933-9, expresado en gramos de azul por cada kilogramo de fracción granulométrica 0/2mm y f es el contenido de finos de la fracción 0/2, expresado en g/kg y determinado de acuerdo con UNE EN 933-1. Cuando para la clase de exposición de que se trate, el valor de azul de metileno sea superior al valor límite establecido en el párrafo anterior y se tenga duda sobre la existencia de arcilla en los finos, se

56

Pueden estar además mojados, y cederán agua a los demás componentes del hormigón. Cuanto más fina es la arena, más importante es el aumento de volumen, llegando a un 40% V con un 8% de agua en peso._____________________________________________________________________________________

57

HORMIGONES. HORMIGONES. INGENIERIA INGENIERIA DEDE EDIFICACION. EDIFICACION.

Resistencia a la fragmentación del árido grueso determinada con arreglo al método de ensayo indicado en la UNE EN 1097-2 (ensayo de Los Ángeles)

< 40

Densidad. Cociente entre la masa seca de la muestra de árido y el volumen ocupado por su materia sólida, Absorción de agua por áridos, las determinada con arreglo al método de ensayo indicado en la < 5% Se los cumplirán siguientes limitaciones: comprendiendo los huecos accesibles e inaccesibles contenidos en los granos. UNE EN 1097-6. Por su densidad real se clasifican en: -

Densidad real del grano < 2 Kg/dm 3

Aridos ligeros: 3

-

Aridos normales: 2 Kg/dm < densidad real del grano < 3 Kg/dm 3.

-

Aridos pesados: Densidad real del grano < 3 Kg/dm 3.

Para la fabricación de hormigón en masa o armado, de resistencia característica especificada no superior a 30 2 Resistencias mecánicas. Un gruesos mortero o ununa hormigón no pueden tener más resistencia que N/mm , podrán utilizarse áridos con resistencia a la fragmentación entre 40 y a50compresión en el ensayo dela tienen los áridos 1097-2) que lo forman. Losque Ángeles (UNE-EN si existe experiencia previa en su empleo y hay estudios experimentales específicos que avalen su utilización sin perjuicio de las prestaciones del hormigón. Es difícil determinar las resistencias mecánicas de los áridos aislados y esto obliga a tener que realizar determinaciones bienaauna través de de probetas talladas detengan las queuna proceden (UNE Cuando el hormigón indirectas, esté sometido clase exposición H o de F ylas losrocas áridos absorción de83-111agua 87), bien determinando mediante un ensayo a compresión el ser índice de machacabilidad de de un tratamiento conjunto de superior al 1%, estos deberán presentar una pérdida de peso al sometidos a cinco ciclos introducidos en un molde muy rígido (UNE 83-11289), o bien mediante un será ensayo a compresión de el un conáridos soluciones de sulfato magnésico (método de ensayo UNE EN 1367-2) que no superior al 18% en hormigón con los áridos a estudiar. caso del áridoconfeccionado grueso. Tabla 28.6 Requisitos físico-mecánicos Propiedades del árido

Resistencia a comprensión de rocas empleadas en la fabricación de áridos (UNE 83.111): Cantidad máxima % del peso Probetas 200 x 200 x 2000 mm 3 , desecadas a peso constante con peso yendensidad aparente conocidos. Se de la muestra someten a rotura en prensa hidráulica con una cargatotal y velocidad comprendida entre 0'3 y 0'5 M Pa/s. (MegaPascal/segundo). Árido fino Árido grueso

Absorción de agua %

5% 5% Determinación del índice de machacabilidad (UNE 83.112): El índice de Determinada con arreglo al método de ensayo indicado en UNE EN 1097-6 machacabilidad de un árido es un valor indicativo de la resistencia del mismo a la comprensión. En este ensayo la comprensión está ejercida por la acción de una partícula sobre las contiguas al someter a las mismas a una carga exterior 40 (* ) Resistencia a la fragmentación árido grueso, determinada con de arreglo al aplicada del gradualmente estando éstas dentro un recipiente indeformable. método de ensayo indicado en UNE EN 1097-2 Pérdida de peso % con cinco ciclos de sulfato magnésico

-

18%

Determinada con arreglo al método de ensayo indicado en UNE EN 1367-2 Coeficiente de “Los Angeles” (UNE EN 1097-2): Determina la resistencia a la fragmentación por choque de los áridos gruesos. Consiste en someter a una muestra de 5 Kg de árido, de tamaño inferior a 37.5 mm, a una degradación por abrasión o impacto producida en el interior de un cilindro rotatorio de acero, dentro del cual hay bolas del mismo material y peso, según sea el tamaño del árido a ensaya. Es la relación entre la muestra original (M) y la muestra final (M') después de realizarse el ensayo y de pasar por el tamiz 1'6 mm. M-M' en % masa original.

Determinación del valor de carga correspondiente al 10% de finos (UNE 83.113): Establece el valor de la carga necesaria para producir un 10% de finos en la muestra patrón. Finos: Tamiz 2'5 UNE 7.050 Nota: Se realiza con “Factor patrón” 14/10.

Índice de continuidad. Une 83.117: Aplicable para todo tipo de áridos: naturales y artificiales. Se basa el ensayo en la variación que sufre la velocidad de una onda longitudinal al atravesar una roca debido a las microfisuras, minerales alterados, poros.. IC= V LM / V LC x 100 V LM = velocidad real. V LC = velocidad teórica.

58

(*) 50, en el caso indicado en el Articulado.

Dureza. Cuando los áridos van a utilizarse en obras en las que el hormigón va a estar sometido a desgaste o impacto, por ejemplo, en pavimentos, es importante conocer la tenacidad de estos y su resistencia al impacto, la cual puede determinarse mediante golpeo de un martillo de una masa dada cayendo desde una altura determinada y durante cierto numero de veces sobre una muestra de árido contenida en un recipiente (UNE 83114-89). El conocer la dureza y resistencia al desgaste es también importante en determinados casos. Los ensayos empleados en su determinación pueden ser de abrasión en pista de acero o bien de desgaste por rozamiento de unas partículas de roca contra otras. Uno de los métodos mas empleados es el ensayo de Los Angeles (UNE EN 1097-2), anteriormente definido.

Forma. La forma externa del árido tiene una gran influencia en algunas de las propiedades del hormigón fresco y endurecido, como puede ser entre otras, la docilidad y las resistencias mecánicas respectivamente. La forma del árido grueso se expresará mediante su índice de lajas, entendido como el porcentaje en peso de áridos considerados como lajas según UNE EN 933-3, y su valor debe ser inferior a 35.

59

HORMIGONES. INGENIERIA EDIFICACION. HORMIGONES. INGENIERIA DEDE EDIFICACION.

Consideraciones sobre la forma de los aridos. Tabla 28.7 Requisitos químicos La forma de los áridos tiene una gran influencia en la resistencia de los hormigones: Cuando se trata de aridos rodados se obtendrán hormigones tanto mejores cuanto más se aproximen a la Si se detecta la presencia de de sustancias determinará su efecto se sobre el tiempo de fraguado forma esférica. En el caso aridos de orgánicas, machaqueo,selos mejores hormigones obtendrán cuando la forma y la resistencia a la compresión, los apartados 15.1 y 15.3 de la norma UNE-EN 1744-1. de los áridos difiera pocosegún del cubo. Los hormigones de peor calidad áridos tengan forma laminar o acicular. Producen un El mortero preparadoserán con estos áridos deberácuando cumplirlos que: pocodel manejable, menos de compacidad y por disminuyen sus resistencias mecánicas. a) hormigón El aumento tiempo decon fraguado las muestras de tanto ensayo de mortero será inferior a 120 minutos. b) La disminución de la resistencia a la compresión de las muestras de ensayo de mortero a los 28 días será inferior al 20%. No se emplearán aquellos áridos finos que presenten una proporción de materia orgánica tal que, ensayados con arreglo al método de ensayo indicado en el apartado 15.1 de la UNE-EN 1744-1, produzcan un color más oscuro que el de la pasta al árido. La adherencia de la pasta de cemento al árido depende de su forma, de laAdherencia sustancia patrón. porosidad, naturaleza y especialmente de su estado superficial. En el caso de áridos gruesos, antes de proceder a su ensayo, se procederá a reducir su tamaño mediante machaqueo hasta tamaños inferiores a 4mm La superficie del árido debe ser la adecuada. La presencia en ella de arcilla es nefasta debido a que contribuye a disminuir la resistencia a tracción por falta de adherencia. Su eliminación debe hacerse por lavado. Cantidad máxima en % del peso del hormigón, Reactividad álcali-árido. Los áridos no presentarán reactividad potencial con los compuestos alcalinos total de la muestra ya sean procedentes del cemento o de otros componentes. Para su comprobación se realizará un estudio petrográfico. CONSIDERACIONES SOBRE LA ADHERENCIA Si de este se deduce la posibilidad de que presente reactividad: Árido Fino Árido grueso Alcali-sílice álcali-silicato, se debe realizar el ensayo descrito en la UNEsin 146508 EXhabría (método acelerado en probetas Es básica laoadherencia perfecta entre los áridos y la pasta del cemento, ella no hormigón. 0,50 en la superficie 1,00 de los áridos, y una Material retenido por -Condiciones el 0,063indispensables UNE EN 933-2para y que flota en un de peso detamiz mortero). conseguirla sonlíquido un aspereza mínima específico 2, determinado con alse método ensayo en el apartado 14.2 146507-2 EX. En el caso de mezcla, natural o granarreglo limpieza. Alcali-carbonato, debe de realizar el indicado ensayo descrito en la UNE de UNE EN 1744-1 -No debe existir en la superficie de los granos películas de arcilla Tampocodel polvo, artificial, de áridos calizos y silíceos, este ensayo se realizará sobre olamateria fracciónorgánica. calizo-dolomítica árido.cosa frecuente en los áridos de machaqueo, que se mezcla mal durante el amasado del hormigón. Si el material es potencialmente reactivo, el árido no se podrá utilizar1,00 en condiciones favorables al desarrollo de la -En caso expresados de que existiesen u otras es determinados indispensable lavar el árido para1,00(*) eliminarlas, ya que de lo Compuestos totales de azufre en S yéstas referidos al materias, árido seco, reacción álcali-árido, de acuerdo con el apartado 37.3.8. En otros casos, se podrá emplear el árido calificado a priori contrario se venen perjudicadas todas las características del hormigón, y de un modo especial la con arreglo al método de ensayo indicado el apartado seriamente 11 de UNE EN 1744-1. como potencialmente reactivo sólo si son satisfactorios los resultados del ensayo de reactividad potencial a largo resistencia a la tracción en y laforma fragilidad. En el caso de existan sulfuros hierro oxidables pirrotina, contenido de plazo sobredeprismas de hormigón, segúndeUNE 146509elEX, presentando una expansión al finalizar el ensayo menor o azufre aportado por igual estos,alexpresado en S, será inferior al 0,1%. 0,04%.

0,80(**) de volumen en los Inestabilidad dereferidos los áridos. zonas de baja temperaturas pueden producirse variaciones Sulfatos solubles en ácidos, (SO 3 ) y al En árido seco, determinados según el 0,80 áridos debidas a las alternancias en los ciclos de hielo y deshielo; igualmente, pueden producirse estas método de ensayo indicado en el apartado 12 de UNE EN 1744-1 variaciones por cambios térmicos a temperaturas superiores a 0°C o por cambios de humedad. 0,05 Cloruros (Cl-) y referidos al árido seco, Hormigón armado u hormigón en masa 0,05 Un al árido se considera cuando sus cambios volumétricos pueden afectar a la integridad del determinados con arreglo método de ensayoinestable que contenga armaduras para reducir dando lugar a disgregaciones indicado en el apartado hormigón 7 de UNE EN 1744-1 la fisuración o fisuras. Hormigón 0,03 0,03 de tratamiento con Para apreciar el comportamiento delpretensado árido frente a estos fenómenos se realiza el ensayo sulfatos sódico o magnésico. Este ensayo de una información útil para juzgar sobre la durabilidad de los áridos sujetos a estas acciones atmosféricas.

Estabilidad en medio alcalino. UNE 83.122: Valora la estabilidad dimensional de los áridos en medios alcalinos. Se sumergen las probetas en agua desmineralizada. Sosa y potasa (hidróxido sódico e hidróxido potásico). Probetas de árido (tamiz UNE 3.15 mm.) + CEM I con Na 2 O y K 2 O < 0'6%.

Sustancias perjudiciales. Los áridos empleados en el hormigón pueden tener impurezas orgánicas que interfieran en el proceso de hidratación del cemento, finos que aumenten las exigencias de agua de amasado o disminuyan la adherencia de estos con la pasta de cemento repercutiendo por tanto de forma desfavorable en las resistencias, partículas débiles o alterables que contenidas en el árido lo hagan débil o inestable, o bien, compuestos que puedan reaccionar químicamente con los componentes del cemento. A los áridos pueden acompañarles sustancias que pongan en peligro la estabilidad del acero en el caso de hormigones armados o pretensados

60

HORMIGONES. INGENIERIA DE EDIFICACION.

2.5. Aditivos. EHE-08, (Artículo 2.4. Adiciones. EHE-08, (Artículo 30°)29°) Se entiende por adiciones aquellos materiales inorgánicos, puzolánicos o con hidraulicidad latente que, Se entiende por aditivos aquellas sustancias productos que, hormigón antespropiedades del amasado finamente divididos, pueden ser añadidos al ohormigón con el incorporados fin de mejoraral alguna de sus o (o durantecaracterísticas el mismo o enespeciales. el transcurso de un amasado suplementario) en una proporción no superior al 5% conferirle del peso del cemento, producen la modificación deseada, en estado fresco o endurecido, de alguna de sus Pueden utilizarse como componentes del hormigón siempre que se justifique su idoneidad para su uso, características, de sus propiedades habituales o de su comportamiento. produciendo el efecto deseado sin modificar negativamente las características del hormigón, ni representar peligro para la durabilidad del hormigón, ni para la corrosión de las armaduras. Se permiten dos tipos de - En los hormigones armados o pretensados no podrán utilizarse como aditivos el cloruro cálcico, ni en adiciones al hormigón en el momento de su fabricación. general, productos en cuya composición intervengan cloruros, sulfuros, sulfitos u otros componentes químicos que puedan ocasionar o favorecer la corrosión de las armaduras. -

En los elementos pretensados mediante armaduras ancladas exclusivamente por adherencia, no podrán utilizarse aditivos que tengan carácter de aireantes.

-

En la prefabricación de elementos con armaduras pretesas elaborados con máquinas de fabricación continua, podrán usarse aditivos plastificantes que tengan un efecto secundario de inclusión de aire, siempre que se compruebe que no perjudica sensiblemente la adherencia entre el hormigón y la armadura, afectando al anclaje de ésta. En cualquier caso, la cantidad total de aire ocluido no excederá del 6% en volumen, medido según la UNE EN 12350-7.

Los aditivos tienen una: -

Función principal que se caracteriza por producir una modificación determinada y solamente una, de alguna de las características del hormigón, mortero o pasta.

-

Función secundaria y accesoria de modificar alguna o algunas de las características de estos materiales, independientemente de la que defina la Función Principal.

La acción de estos aditivos son, en general, de naturaleza físico-química y por lo tanto producen alteraciones de las características físicas, químicas o mecánicas de la mezcla. -

Se debe tener en cuenta que algunos aditivos al mejorar alguna característica de una mezcla puede alterar otra.

-

Un aditivo no es paliativo, no tiene por misión conseguir un buen hormigón a partir de una mala dosis o

dedeuna colocación defectuosa que de obra. No esen unlaproducto de sustituir a laspureza reglascon de la técnica Humo sílice. Es un subproducto se origina reduccióncapaz de cuarzo de elevada carbón en correcta. hornos eléctricos de arco para la producción de silicio y ferrosilicio. No podrá contener elementos perjudiciales en cantidades tales que puedan afectar a la durabilidad del hormigón o causar fenómenos de corrosión de las armaduras. Además cumplirá: Óxido de silicio (SO 2 ), según la UNE EN 196-2 ¡Y 85% Cenizas volantes. Son los residuos recogen por precipitación electrostática o por captación Cloruros (Cl-)sólidos según laque UNEse80217 < 0,10% mecánica de los polvos que al acompañan a los gases de combustión de los quemadores de centrales Pérdida fuego, según la UNE EN 196-2 < 5% termoeléctricas alimentadas por carbones pulverizados. Índice de actividad, según la UNE-EN 13263-1 > 100% No podrán contener elementos perjudiciales en cantidades tales que puedan afectar a la durabilidad del hormigón o causar fenómenos de corrosión de las armaduras. Cumplirán, según la UNE EN 450-1: Para utilizar cenizas volantes o humo de sílice deberá emplearse un cemento tipo CEM I. En el caso de la adición de cenizas volantes, el hormigón presentará un nivel de garantía (según art. 81°ladeUNE la EHE-08), de calidad oficialmente reconocido. Anhídrido sulfúrico (SO 3 ), según EN 196-2por ejemplo, un distintivo 85% - valor La especificación expansión sólohorno debe enfriadas tenerse en cuenta 1) (*) Este será del 2% enrelativa el caso adelaescorias de alto al aire . si el contenido en óxido de calcio libre supera el 1% sin sobrepasar 4QQ > 5QQ > 4QQ Alambres lisos de acero soldable. Límite elástico, fy (N/mm )

> 5QQ

> 44Q

> 55Q

> 48Q

> 575

> 14

> 12

> 2Q

> 16

Alargamiento total acero suministrado en > 5,Q barra bajo carga máxima, £máx (%) acero suministrado en > 7,5 rollo (3)

> 5,Q

> 7,5

> 7,5

> 7,5

> 1Q,Q

> 1Q,Q

Relación fs/fy

> 1,Q5

> 1,Q5

1,2Q s fs/fy s 1,35

1,15 s fs/fy s 1,35

-

-

s 1,2Q

s 1,25

Carga unitaria de rotura, fs (N/mm ) Alargamiento de rotura,

Relación fy

eu ,5

(2)

real /

fy

nominal

(%)

2 (1)

72

Composición química de las Barras y rollos de acero corrugado soldable (porcentajes máximos, en masa, por razones de soldabilidad y durabilidad). Análisis

C

S

P

N

Sobre colada

0,22

0,050

0,050

0,012

0,80

0,50

Sobre producto

0,24

0,055

0,055

0,014

0,85

0,52

(1)

(2)

C (3) Cu HORMIGONES. eq INGENIERIA DE EDIFICACION.

1) Para el cálculo de los valores unitarios se utilizará la sección nominal. 2) Relación admisible entre la carga unitaria de rotura y el límite elástico obtenidos en cada ensayo. 3) En el caso de aceros corrugados procedentes de suministros en rollo, los resultados pueden verse afectados por el método de preparación de la muestra para su ensayo, que deberá hacerse conforme a lo indicado en el Anejo 23. Considerando la incertidumbre que puede conllevar dicho procedimiento, pueden aceptarse aceros que presenten valores característicos de Emáx que sean inferiores en un 0,5% a los que recoge la tabla para estos casos.

73

HORMIGONES. INGENIERIA DE EDIFICACION.

A los efectos de esta Instrucción, las armaduras pasivas pueden ser:

Ferralla armada. Es el resultado de aplicar a las armaduras elaboradas los correspondientes procesos de armado, bien mediante atado por alambre o mediante soldadura no resistente. Las especificaciones relativas a los procesos de elaboración, armado y montaje de las armaduras se recogen Se admite elevar el valor límite de C en 0,03%, si C eq se reduce en 0,02%. en admiten el Artículo 69° de esta Instrucción. Se porcentajes mayores de N si existe una cantidad suficiente de elementos fijadores de N. 3) Ceq = (Mn/6) + (Cr + Mo +V)/5 (Ni +formas Cu)/15,o donde los símbolos de los elementos químicos indican su Armadura elaborada, cada una de+ las disposiciones de elementos que resultan de aplicar, en su contenido, en tanto por ciento en masa. caso, los procesos de enderezado, de corte y de doblado a partir de acero corrugado conforme con el apartado 32.2 o, en su caso, a partir de mallas electrosoldadas conformes con 33.1.1. Alambres corrugados y alambres lisos con acero Armadura con acero Armadura con acero de Armadura soldable de ductilidad soldable y características baja ductilidad Se entiende por alambres corrugados que cumplen los requisitos establecidos para la normal o grafilados aquéllos especiales de ductilidad fabricación de mallas electrosoldadas o armaduras básicas electrosoldadas en celosía, de acuerdo con lo Ferralla armada AP400T AP500T AP400S AP500S AP400 SD AP500 SD establecido en UNE EN 10080. Mallas electrosoldadas (*) En el caso de ferralla armada AP400S ó AP500S elaborada a partir de acero soldable con características Se entiende por alambres lisos >aquéllos cumplen los> requisitos establecidos para la fabricación de 5,0 de que > de 5,0 > 7,5corrugados, las armaduras por disposición barras corrugadas alambres longitudinales y Alargamiento total bajoSon carga especiales de formadas ductilidad, el la margen transformación del7,5 aceroo producido en la instalación de ferralla, elementos de conexión en armaduras básicas electrosoldadas en celosía, de acuerdo con lo establecido en conforme al se referirá las especificaciones establecidas dicho acero en layTabla transversales, deapartado diámetro69.3.2, nominal igual oa diferente, que se cruzan entre sí para perpendicularmente cuyos máxima, £ má x (%)(**) UNE EN 10080. 32.2.a. puntos de contacto están unidos mediante soldadura eléctrica, realizada en un proceso de producción en Tipo de acero - de 400las SDclases B 500 SD a laBserie LosLas diámetros nominales de£los los definidos esta norma ajustándose -4 - 4,5 en la (**) especificaciones x alambres de la tabla seBcorresponden de armadura y C definidas B a400 S serán S B Bcon serie en instalación industrial má ajena la obra, que500 sea conforme con lo establecido en UNE-EN 10080. EN- 61992-1-1. en suministrados en 4rollo, 5 - 5,5 - 6,5 - 7 Considerando - 7,5 - 8 - 8,5 -lo 9 expuesto - 9,5 -(*) 10 500SD - 1132.2 - 12 - 14 aceros y 16 mm. Los diámetros y 4,5 pueden mm sóloaceptarse pueden B400SD (*)para En función del tipo de elementos deberán cumplir las especificaciones que les sean valores de £ máx quemalla seanelectrosoldada, inferiores en unsus 0,5%. utilizarse en los casos indicados en 59.2.2. Malla electrosoldada. ME 400 T ME 500 T ME 400S ME 500SD 500S ME ME 400SD de aplicación. Además deberán cumplir que la ME carga de despegue (Fs) de las uniones soldadas: En el caso de estructuras sometidas acciones de acuerdo con lo establecido en la reglamentación ME a400SD 400sísmicas, SD Fs min = 0, 25 fyemplear An sismorresistente en alambres vigor, se(corrugados deberán Tipo de acero para y lisos).armaduras pasivas fabricadas a partir de acero corrugado soldable características especiales de ductilidad (SD). AB ABlímite 500 Telástico AB 500SD donde es 400T el valor del especificado y AnAB es AB400SD la sección transversal nominal del mayor de los Armadura básicafycon AB 400S AB 500S (1) Ensayo de tracción Ensayo de dobladoelectrosoldada en celosía. SD 500 pareados, SD elementos de la unión o de uno deAB los400 elementos según se trate de mallas electrosoldadas simples Designación desdoblado, según o dobles, respectivamente. Relación Límite Carga Alargamiento UNE EN ISO 15630-1 a 2.6.2. Aceros paraelástico armaduras activas. (Artículo 34°) de de rotura sobre unitaria = 90° (5) fs/fy base de 5 fy,( N/mm 2 ) rotura, P = 20° (6) (2) (2) diámetros A ( % de acero para armaduras activas: A los efectos de esta Instrucción, se fs definen los siguientes productos Diámetro de mandril D' ) (N/mm 2 Tipo de armadura

Alambre Barra

fW B 500 T 500 550 1,03 w Producto de sección maciza, liso o grafilado, que normalmente se suministra en rollo.

5d W

Valores característicos inferiores garantizados. Armaduras básicas electrosoldadas en celosía Para la determinación del límite elástico y la carga unitaria se utilizará como divisor de las cargas el valor Producto2)Es de la sección maciza que seformada suministra forma de elementos rectilíneos. estructura espacial porsolamente un cordónen superior y uno o varios cordones inferiores, todos ellos de nominal del área de la sección transversal. acero corrugado, y una serie de elementos transversales, lisos o corrugados, continuos o discontinuos y 3) Además, deberá cumplirse: A % > 20 - 0,02 f yi , donde: A es el alargamiento de rotura y f yi es el límite unidos a los cordones longitudinales mediante soldadura eléctrica, producida en serie en instalación elástico medido en cada ensayo. ajena a la obra, que sean establecido UNE-EN 4)industrial Además, deberá cumplirse: fsi / conforme fyi = 1,05 -con 0,1 lo [ (fyi / fki ) - 1] en donde fyi es10080. el límite elástico medido en cada fsilongitudinales la carga unitaria obtenida en cada ensayo fyk el límite elástico garantizado. Los ensayo, cordones serán fabricados a partir deybarras corrugadas o alambres corrugados, mientras aque Ángulo de doblado. los elementos transversales de conexión se elaborarán a partir de alambres lisos o corrugados. p Ángulo de desdoblado. Además, se cumplirá que la carga de despegue (Fw) de las uniones soldadas, ensayadas según UNE-EN ISO d Diámetro nominal del alambre. 15630-2, sea superior a: Todos los alambres deberán cumplir de composición química y de Fw las MINmismas = 0, 25 fcaracterísticas yL A yL Fw adherencia (en caso de corrugados o grafilados) MIN = 0, 60 f yD que A yDlas definidas para las barras rectas o rollos de acero corrugado soldable. donde: f yL Valor del límite elástico especificado para los cordones longitudinales. A yL Sección transversal nominal del cordón longitudinal. f yD Valor del 2.6.1.1.

límite elástico especificado para las diagonales. Armaduras pasivas. (Artículo 33°) A yD Sección transversal nominal de las diagonales.

Se entiende por armadura pasiva el resultado de montar, en el correspondiente molde o encofrado, el conjunto de armaduras normalizadas, armaduras elaboradas o ferrallas armadas que, convenientemente solapadas y con los recubrimientos adecuados, tienen una función estructural. Las características mecánicas, químicas y de adherencia de las armaduras pasivas serán las de las armaduras normalizadas o, en su caso, las de la ferralla armada que las componen. Los diámetros nominales y geometrías de las armaduras serán las definidas en el correspondiente proyecto.

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HORMIGONES. INGENIERIA DE EDIFICACION.

a) b) c) d) e) f) g) h) i)

Carga unitaria máxima a tracción (fmáx). Límite elástico (fy) Alargamiento bajo carga máxima (£ máx). Módulo de elasticidad (Es). Estricción (n), expresada en porcentaje. Aptitud al doblado alternativo (sólo para alambres). Relajación. Resistencia a la fatiga. Susceptibilidad a la corrosión bajo tensión. j) Resistencia a la tracción desviada (sólo para cordones de diámetro nominal igual o superior a 13 mm).

Los fabricantes deberán garantizar, como mínimo, las características indicadas en a), b), c), d), g), h) e i).

Alambres de pretensazo. Producto de sección maciza, liso o grafilado, que normalmente se suministra en rollo. Sus características mecánicas, obtenidas a partir del ensayo a tracción realizado según la UNE-EN ISO 156303, deberán cumplir las siguientes prescripciones: ■ La carga unitaria máxima fmáx no será inferior a los valores que figuran en la tabla siguiente: Cordón

Producto formado por un número de alambres arrollados helicoidalmente, con el mismo paso y el mismo sentido de torsión, sobre un eje ideal común (UNE 36094). Los cordones se diferencian por el número de alambres, del mismo diámetro nominal y arrollados helicoidalmente sobre un eje ideal común y que pueden ser 2, 3 ó 7 cordones. Los cordones pueden ser lisos o grafilados. Los cordones lisos se fabrican con alambres lisos. Los cordones grafilados se fabrican con alambres grafilados. En este último caso, el alambre central puede ser liso. Los alambres grafilados proporcionan mayor adherencia con el hormigón.

Tendón

Es el conjunto de armaduras paralelas de pretensado que, alojadas dentro de un mismo conducto, ■ El límite elástico fy estará comprendido entre el 0,85 y el 0,95 de la carga unitaria máxima fmáx. Esta se consideran en los cálculos como una sola armadura. relación deberán cumplirla no sólo los valores mínimos garantizados, sino también los correspondientes a En el caso de armaduras el nombre de tendón, cada una de las armaduras cada uno de lospretesas, alambresrecibe ensayados. individuales. ■ El alargamiento bajo carga máxima medido sobre una base de longitud igual o superior a 200 mm no será inferior al 3,5 %. Para los alambres destinados a la fabricación de tubos, dicho alargamiento será igual o superior al 5 %. ■

La estricción a la rotura será igual o superior al 25 % en alambres lisos y visible a simple vista en el caso de alambres grafilados.

El módulo de elasticidad tendrá el valor garantizado por el fabricante con una tolerancia de ±7 %. En los alambres de diámetro > 5 mm o de sección equivalente, la pérdida de resistencia a la tracción después de un doblado-desdoblado (según UNE-EN ISO 15630-3) no será superior al 5 %. El número mínimo de doblados-desdoblados que soportará el alambre en la prueba de doblado alternativo (según UNE-EN ISO 15630-3) no será inferior a: Tipos de alambre de pretensado Designación

Serie de diámetros nominales (mm)

fmáx en N/mm 2 no menor que

Y 1570 C

9,4 - 10,0

1.570

Y 1670 C

7,0 - 7,5 - 8,0

1.670

Y 1770 C

3,0 - 4,0 - 5,0 - 6,0

1.770

Y 1860 C

4,0 - 5,0

1.860

El producto de acero para armaduras activas deberá estar libre de defectos superficiales producidos en cualquier etapa de su fabricación que impidan su adecuada utilización. Salvo una ligera capa de óxido superficial no adherente, no son admisibles alambres o cordones oxidados. Las características mecánicas fundamentales que se utilizan para definir el comportamiento de los aceros para armaduras activas son las siguientes: Producto de acero para armadura activa

Número de doblados y desdoblados

Alambres lisos

4

Alambres grafilados

3

Alambres destinados a obras hidráulicas o sometidos a ambiente corrosivo

7

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Cordones de 2 ó 3 alambres Designación

Serie de diámetros nominales (mm).

fmáx (N/mm 2) no menor que:

Y 1770 S2

5,6 - 6,0

1.770

Y 1860 S3

6,5 - 6,8 - 7,5

1.860

Y 1960 S3

5,2

1.960

Y 2060 S3

5,2

Designación

2 SerieLas de diámetros nominales (mm).de las barras fmáx (N/mm ) no menordeducidas que: características mecánicas de pretensado, a partir del ensayo de tracción realizado cumplir las siguientes prescripciones: 16,0 según la UNE-EN ISO 15630-3 deberán1.770

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2.060 Barras de pretensado. Producto de sección maciza que se suministra solamente en forma de elementos Cordones de 7 alambres rectilíneos.

Y 1770 S7 Y 1860 S7

carga unitaria inferior a 980 N/mm 2. 9,3 -La 13,0 - 15,2 - 16,0 máxima fmáx no será1.860 • El límite elástico fy, estará comprendido entre el 75 y el 90 por 100 de la carga unitaria máxima fmáx. Esta relación deberán cumplirla no sólo los valores mínimos garantizados, sino también los correspondientes a cada una de las barras ensayadas. • El alargamiento bajo carga máxima medido sobre una base de longitud igual o superior a 200 mm no será inferior al 3,5 por 100. • El módulo de elasticidad tendrá el valor garantizado por el fabricante con una tolerancia del ± 7 por 100. Las barras soportarán sin rotura ni agrietamiento el ensayo de doblado especificado en la UNE-EN ISO 156303. La relajación a las 1.000 horas a temperatura de 20° ± 1o C y para una tensión inicial igual al 70 por 100 de la carga unitaria máxima garantizada, no será superior al 3 por 100. (Ensayo según UNE-EN ISO 15630-3).

Cordones de pretensado. Producto formado por un número de alambres arrollados helicoidalmente, con el mismo paso y el mismo sentido de torsión, sobre un eje ideal común. Sus características mecánicas, obtenidas a partir del ensayo a tracción realizado según la UNE-EN ISO 156303, deberán cumplir las siguientes prescripciones: ■

La carga unitaria máxima fmáx no será inferior a los valores a la de los cordones de 2 ó 3 alambres o a la de los cordones de 7 alambres.

La relajación a las 1.000 horas a temperatura de 20o ± 1° C, y para una tensión inicial igual al 70 % de la carga unitaria máxima real no será superior al 2,5 % (alambres enderezados y con tratamiento de estabilización). El valor medio de las tensiones residuales a tracción, deberá ser inferior a 50 N/mm 2, al objeto de garantizar un comportamiento adecuado frente a la corrosión bajo tensión. Los valores del diámetro nominal, en milímetros, de los alambres se ajustarán a la serie -3 - 4 - 5 - 6 - 7 - 7,5 - 8 - 9,4 - 10. Las características geométricas y ponderables de los alambres de pretensado, así como las tolerancias correspondientes, se ajustarán a lo especificado en la UNE 36094.

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2.6.2.1. Armaduras activas. (Artículo 35°) Vainas y accesorios En los elementos estructurales con armaduras postesas es necesario disponer conductos adecuados para Se denominan armaduras activas a las disposiciones de elementos de acero de alta resistencia mediante las alojar dichas armaduras. Para ello, lo más frecuente es utilizar vainas que quedan embebidas en el hormigón cuales se introduce la fuerza del pretensado en la estructura. Pueden estar constituidos a partir de alambres, de la pieza, o se recuperan una vez endurecido éste. barras o cordones. Deben ser: - Resistentes al aplastamiento y al rozamiento de los tendones. En el caso de armaduras activas postesadas, sólo podrán utilizarse los sistemas de pretensado que cumplan Permitir una continuidad suave del trazado del conducto, garantizando una correcta los requisitos establecidos en el documento de idoneidad técnica europeo, elaborado específicamente para estanqueidad en toda su longitud. cada sistema por un organismo autorizado en el ámbito de la Directiva 89/106/CEE y de conformidad con la No superar los coeficientes de rozamiento de proyecto durante el tesado. Guía ETAG 013 elaborada por la European Organisation for Technical Approvals (EOTA). Cumplir con las exigencias de adherencia del proyecto. No causar agresión química al tendón. Todos los aparatos utilizados en las operaciones de tesado deberán estar adaptados a la función, y cumplir: Nunca penetrará en su interior lechada de cemento o mortero durante el hormigonado. Los Cada tipo de anclaje empalmes serán requiere estancos.utilizar un equipo de tesado, (recomendado por el suministrador del sistema). El diámetro interior de la vaina, según el tipo y sección de la armadura que en ella vaya a alojarse, el adecuado para que pueda la inyección Los equipos de será tesado deberán encontrarse en efectuarse buen estado con objetodedeforma que correcta. su funcionamiento sea correcto, proporcionen un tesado continuo, mantengan la presión sin pérdidas y no ofrezcan peligro. -

Los aparatos de medida incorporados al equipo de tesado, permitirán efectuar las correspondientes lecturas con una precisión del 2%. Deberán contrastarse cuando vayan a empezar a utilizarse y, posteriormente, cuantas veces sea necesario, con frecuencia mínima anual.

Se debe garantizar la protección contra la corrosión de los componentes del sistema de pretensado, durante su fabricación, transporte y almacenamiento, colocación y sobre todo durante la vida útil de la estructura.

Vainas obtenidas con flejes metálicos corrugados enrollados helicoidalmente

Son tubos metálicos con resaltos o corrugaciones en su superficie para favorecer su adherencia al hormigón a la lechada de inyección y aumentar su rigidez transversal su Los anclajes deben serycapaces de retener eficazmente los tendones, resistir su cargay unitaria de rotura y flexibilidad transmitir longitudinal. al hormigón una carga al menos igual a la máxima que el correspondiente tendón pueda proporcionar. Presentarán resistencia suficiente al aplastamiento para que no se deformen o abollen durante su manejo en obra, bajo el peso del hormigón fresco, la acción de golpes Para ello deberán siguientes accidentales, etc. cumplir Tambiénlas soportarán el condiciones: contacto con los vibradores interiores, sin riesgo de perforación. a) El coeficiente de eficacia de un tendón anclado será al menos igual a 0,95, tanto en el caso de adherentes como no adherentes. Además de la eficacia se verificarán los criterios de no Son las tendones más frecuentemente utilizadas en pretensado interior para soportar presiones de capacidad de la de ductilidad conforme a ladiámetro Guía ETAG 013. normales,reducción para trazados con radios dearmadura curvaturaysuperiores a 100 veces su interior. En losas o forjados pretensados de pequeño espesor, estefinalizar tipo de vainas b) El deslizamiento entre anclaje y armadura debe cuandosesepueden alcanzautilizar la fuerza máxima de con sección ovalada mejor al disponible. tesado (80% para de laadaptarse carga de rotura delespacio tendón). Para ello: -

Los sistemas de anclaje por cuñas serán capaces de retener los tendones de tal forma que, una vez finalizada la penetración de cuñas, se produzcan deslizamientos respecto Vainas de fleje Las características morfológicas son similares a las no anteriores, con espesores mínimos de 1 al anclaje. Los sistemas de anclaje por adherencia serán capaces de retener los cordones de tal forma que, corrugado de plástico. mm. Las piezas y accesorios de material plástico deberán estar libres de cloruros. una vez finalizado el tesado no se produzcan fisuras o plastificaciones anormales o inestables en la zona de anclaje, c)

■ ■

Para garantizar la resistencia contra las variaciones de tensión, acciones dinámicas y los efectos de la fatiga, el sistema de anclaje deberá resistir 2 millones de ciclos con una variación de tensión de 80 N/mm 2 y una tensión máxima equivalente al 65% de la carga unitaria máxima a tracción del tendón. Además, no se admitirán roturas en las zonas de anclaje, ni roturas de más del 5% de la sección de El límite elástico fy estará comprendido entre el 0,88 y el 0,95 de la carga unitaria máxima fmáx. Esta armadura en su longitud libre. limitación la cumplirán los valores mínimos garantizados y cada uno de los elementos ensayados. d) Las zonasbajo de anclaje deberánmedido resistirsobre 1,1 veces la carga de rotura del oanclaje cona el coeficiente de El alargamiento carga máxima, una base de longitud igual superior 500 mm, no será eficacia en el punto a) del presente artículo. inferior al 3,5 indicado %.

La estricción a la rotura será visible a simple vista. diseñodedeelasticidad las placas y dispositivos de anclaje deberá asegurar la una ausencia de puntos de desviación, ElElmódulo tendrá el valor garantizado por el fabricante, con tolerancia de ± 7 %. y pérdida de ortogonalidad entre tendón placa. ensayos necesarios para la comprobación ■excentricidad La relajación a las 1.000 horas a temperatura de 20°y ±1° C, Los y para una tensión inicial igual al 70 % de la de estas serán que figuran la UNE 41184. cargacaracterísticas unitaria máxima real,los determinada noen será superior al 2,5 %. ■Los El elementos valor medio deconstituyen las tensiones residuales a tracción del alambre centralefectivo deberá yser inferiory afabricarse 50 N/mm 2de al que el anclaje deberán someterse a un control riguroso objeto de garantizar adecuado frentetodas a la corrosión tensión. modo tal, que dentro de un uncomportamiento mismo tipo, sistema y tamaño, las piezasbajo resulten intercambiables. Además deben capaces de absorber, sin su desviada, efectividad, las UNE tolerancias dimensionales El valor ser del coeficiente de desviación D en menoscabo el ensayo depara tracción según EN ISO 15630-3, no será establecidas para las secciones de las armaduras. superior a 28, para los cordones con diámetro nominal igual o superior a 13 mm. Las características geométricas y ponderables, así como las correspondientes tolerancias, de los cordones se ajustarán a lo especificado en la UNE 36094.

Los elementos de empalme de las armaduras activas deberán cumplir las mismas condiciones exigidas a los anclajes en cuanto a resistencia y eficacia de retención.

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Tubos metálicos rígidos.

Los accesorios auxiliares de inyección más utilizados son: Con un espesor mínimo de 2 mm, presentan características resistentes muy superiores a las vainas y se utilizan tanto en pretensado interior como exterior. Debe tenerse en cuenta, en pretensado interior, la escasa adherencia del tubo liso con el hormigón y con la lechada. Admiten por sí solas altas presiones interiores y por lo tanto son recomendadas para conseguir estanqueidad total en estructuras con alturas de inyección considerables. También son apropiadas para trazados con radios de curvatura pequeños.

Tubos de polietileno Tendrán el espesor necesario para resistir una presión nominal interior de 0,63 N/mm 2 en de alta densidad tubos de baja presión, en PE80, y de 1 N/mm 2 para tubos de alta presión en PE80 ó PE100. Se suelen utilizar para la protección de los tendones en pretensado exterior. Tubos de goma hinchables

Deben tener la resistencia adecuada a su función y se recuperan una vez endurecido el hormigón. Para extraerlos, se desinflan y se sacan de la pieza tirando por un extremo. Pueden utilizarse para elementos de gran longitud con tendones de trazado recto, poligonal o curvo. Salvo demostración contraria, no se recomienda este tipo de dispositivo como vaina de protección, ya que desaparece la función pantalla contra la corrosión. Está recomendada en elementos prefabricados con juntas conjugadas, estando en este caso el tubo de goma insertado dentro de las propias vainas de fleje metálico, durante el hormigonado, con el fin de garantizar la continuidad del trazado del tendón en las juntas, evitando puntos de inflexión o pequeños desplazamientos.

Productos de inyección Con el fin de asegurar la protección de las armaduras activas contra la corrosión, en el caso de tendones alojados en conductos o vainas dispuestas en el interior de las piezas, deberá procederse al relleno de tales conductos o vainas, utilizando un producto de inyección adecuado. Los productos de inyección pueden ser adherentes o no. Estarán exentos de cloruros, sulfuros, nitratos, etc., que supongan un peligro para las armaduras, el propio material de inyección o el hormigón de la pieza. Productos de inyección adherentes

Están constituidos por lechadas o morteros de cemento, cuyos componentes deberán cumplir lo especificado en los Artículos 26, 27, 28 y 29 de esta Instrucción. En el caso de pretensado Interior, cuando se desea conseguir un aislamiento eléctrico para los tendones, bajo presiones y con radios de curvatura similares a las de fleje metálico, pueden emplearse: Tubo de purga o purgador

Pequeño segmento de tubo que comunica los conductos de pretensado con el exterior y que se coloca, generalmente, en los puntos altos y bajos de su trazado para facilitar la evacuación del aire y del agua del interior de dichos conductos y para seguir paso a paso el avance de la inyección. También se llama respiradero.

Boquilla de inyección

Pieza que sirve para introducir el producto de inyección en los conductos en los que se alojan las armaduras activas. Para la implantación de las boquillas de inyección y tubos de purga se recurre al empleo de piezas especiales en T.

Separador

Pieza generalmente metálica o de plástico que, en algunos casos, se emplea para distribuir uniformemente dentro de las vainas las distintas armaduras constituyentes del tendón.

Trompeta de empalme

Es una pieza, de forma generalmente troncocónica, que enlaza la placa de reparto con la vaina. En algunos sistemas de pretensado la trompeta está integrada en la placa de reparto.

Tubo matriz

Tubo, generalmente de polietileno, de diámetro exterior algo inferior al interior de la vaina, que se dispone para asegurar la suavidad del trazado.

Cemento

El cemento será Portland, del tipo CEM I. Para poder utilizar otros tipos de cementos será precisa una justificación especial.

Agua

No debe contener más de 300 mg/l de ión cloruro ni más de 200 mg/l de ión sulfato.

Áridos

Los áridos utilizados para la preparación del material de inyección, deberán estar constituidos por granos silíceos o calcáreos, sin iones ácidos ni partículas laminares como mica o pizarra.

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Aditivos

No pueden contener sustancias peligrosas para el acero de pretensado, especialmente tiocianatos, nitratos, formiatos y sulfuros y deben además cumplir los siguientes requisitos: -

contenido < 0,1% Cl- < 1 g/l de aditivo líquido El pH debe estar entre los límites definidos por el fabricante El extracto seco debe estar en un ± 5% del definido por el fabricante

Una pieza de entrevigado es un elemento prefabricado con función aligerante o colaborante destinada a formar parte, junto con las viguetas o nervios, la losa superior hormigonada en obra y las armaduras de obra, del conjunto resistente de un forjado. HORMIGONES. INGENIERIA DE EDIFICACION.

Colaborantes.

Su resistencia a compresión no será menor que la resistencia de proyecto del Pueden ser de cerámica o de hormigón vertido en obra con que se ejecute el forjado. Puede considerarse que los tabiquillos estas piezas adheridas al hormigón forman parte sección del tubo de exudado La cantidad de aguadeexudada después de 3 h debe ser menor que el 2% de en la el ensayo hormigón u otro ■material resistente del forjado. en el rango de temperaturas definido por el fabricante. resistente. ■ La reducción de volumen no excederá del 1%, y la expansión volumétrica eventual será inferior al 5%. Para las lechadas fabricadas con agentes expansivos, no se admite ninguna reducción de volumen. Aligerantes ■ La carga de rotura a flexión para cualquier pieza de entrevigado debe ser mayor ■ La relación agua/cemento deberá ser menor o igual que 0,44. que 1,0 kN determinada según UNE 53981 para las piezas de poliestireno Pueden ser de cerámica, ■ La resistencia a compresión debe ser mayor o igual que 30 N/mm 2 a los 28 días. expandido y según UNE 67037, para piezas de otros materiales. hormigón, poliestireno ■ El fraguado no debe empezar antes de las 3 h en el rango de temperaturas definido por el fabricante. El final expandido u otros del fraguado no debe exceder de las 24 h. materiales ■ La absorción capilar a los 28 días debe ser menor que 1g/cm 2. ■ En piezas de entrevigado cerámicas, el valor medio de la expansión por humedad, suficientemente rígidos. Productos de inyección no adherentes determinado según UNE 67036, no será mayor que 0,55 mm/m, y no debe superarse en ninguna de las mediciones individuales el valor de 0,65 mm/m. Las Estos productos constituidos por grasas, ceras,límite polímeros, productos bituminosos, poliuretano o, en piezas deestán entrevigado que superen el valor de expansión total podrán general,utilizase, cualquierno material adecuado para a lasdearmaduras activas la necesaria protección sin obstante, siempre queproporcionar el valor medio la expansión potencial, que se produzca adherencia éstas y los conductos. según la UNE 67036, entre determinado previamente a su puesta en obra, no sea mayor que 0,55 mm/m. El fabricante debe garantizar la estabilidad física y química del producto seleccionado durante toda la vida útil de la estructura o durante el tiempo de servicio del producto, previsto en el proyecto, en el caso de que éste vaya a ser repuesto periódicamente durante la vida útil de la estructura. El comportamiento de reacción al fuego no de adherentes las piezas que o pudieran quedar Para ■poder utilizar los productos de inyección seráestén preciso que estos aparezcan como parte del expuestas al exterior durante la vida de lade estructura, cumplirán con conformes la clase documento de idoneidad técnico europeo del útil sistema pretensado, y por tanto, con la Guía ETAG de C.4. reacción al fuego que sea exigible. En el caso de edificios, deberá ser 013, Anejo conforme con el apartado 4 de la sección SI.1 del Documento Básico DB SI “Seguridad en caso de incendio” del Código Técnico de la Edificación, en función de la zona en la que esté situado el forjado. Dicha clase deberá esta determinada conforme a la norma UNE EN 13501-1 según las condiciones finales de utilización, esentrevigado decir, con en losforjados. revestimientos 2.7. Piezas de (Artículocon 36°) los que vayan a contar las piezas. Las bovedillas fabricadas con materiales inflamables deberán resguardarse de la exposición al fuego mediante capas protectoras eficaces. La idoneidad de las capas de protección deberá ser justificada empíricamente para el rango de temperaturas y deformaciones previsibles bajo la actuación del fuego de cálculo.

Podrán emplearse otros materiales como productos de inyección adherentes, siempre que se compruebe que no afectan negativamente a la pasividad del acero y cumplan las mismas condiciones que las lechadas y morteros de inyección. Además, las lechadas y morteros de inyección deben tener las siguientes propiedades determinadas mediante UNE-EN 445. ■

La fluidez medida mediante el método del cono de Marsh, de 100 mm de diámetro, debe ser menor que 25 s en el rango de temperaturas especificado por el fabricante, tanto inmediatamente después del amasado como 30 minutos después o hasta terminar la inyección o el tiempo definido por el fabricante o prescrito por el proyectista. En el caso de lechadas tixotrópicas su fluidez se debe medir con un viscosímetro y debe estar comprendida entre 120 g/cm 2 y 200 g/cm 2.

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Dosificación de materiales componentes La dosificación de cemento, áridos, y en su caso, de las adiciones, se realizará en peso, y deberá ajustarse a lo HORMIGONES. INGENIERIA DE EDIFICACION.

especificado para conseguir una adecuada uniformidad entre amasadas. Áridos Los áridos se dosificarán en peso, teniendo en cuenta las correcciones por humedad (la central dispondrá de sistemasDEL automáticos de medición de la humedad superficial). DOSIFICACION HORMIGÓN.

El árido deberá componerse de al menos dos fracciones granulométricas, para tamaños máximos de la un hormigón en determinar mezcla óptima de los distintos áridos iguales El o estudio inferiores a composición 20 mm, y dedetres fraccionesconsiste granulométricas para latamaños máximos disponibles para que el resultante sea lo más compacto posible y envolverlo con la cantidad idónea de mayores. cemento y agua para obtener un material cualidades sean las necesarias para la construcción de una obra o Si se utiliza un árido total suministrado, el fabricante del mismo deberá proporcionar la parte de ella. granulometría y tolerancias de fabricación del mismo, a fin de poder definir un huso granulométrico probable que asegure el control de los áridos de la fórmula de trabajo. La selección primas dosificación del distintas hormigónpara deberá hacerse siempre a la vista de las La tolerancia en pesodedelas losmaterias áridos, tanto si yselautilizan básculas cada fracción de características particulares de laacumulada, obra o parte dedel la ±3%. misma de que se trate, así como de la naturaleza de las árido, como si la dosificación se realiza será acciones o ataques que sean de prever en cada caso.

Cemento

El cemento se dosificará en peso, utilizando básculas y escalas distintas de las utilizadas para los áridos. La tolerancia en peso de cemento será del ±3 por 100.

Adiciones

Cuando se utilicen, las adiciones se dosificarán en peso, empleando básculas y escalas distintas de las utilizadas para los áridos. La tolerancia en peso de adiciones será del ± 3 por 100.

Aditivos

Los aditivos pulverulentos deberán ser medidos en peso, y los aditivos en pasta o líquidos, en peso o en volumen. En ambos casos, la tolerancia será el ±5% del peso o volumen requeridos. La incorporación de aditivos puede realizarse bien en planta bien o en obra. Sin embargo, en algunas ocasiones, para conseguir hormigones de características especiales puede ser conveniente la combinación de ambas situaciones.

Agua

El agua de amasado está constituida, fundamentalmente, por la directamente añadida a la amasada, la procedente de la humedad de los áridos y, en su caso, la aportada por aditivos líquidos. El agua añadida directamente a la amasada se medirá por peso o volumen, con una tolerancia del ±1%. En el caso de amasadoras móviles (camiones hormigonera) se medirá con exactitud cualquier cantidad de agua de lavado retenida en la cuba para su empleo en la siguiente amasada. Si esto es prácticamente imposible, el agua de lavado deberá ser eliminada antes de cargar la siguiente amasada del hormigón. El agua total se determinará con una tolerancia del ±3% de la cantidad total prefijada.

82

HORMIGONES. INGENIERIA DE EDIFICACION.

Tipo de consistencia

Seca(S) Plástica (P) Blanda (B) Fluida (F) Liquida (L)

Valor límite del La consistencia del hormigón se especificará en el Pliego de asentamiento del Prescripciones Técnicas Particulares, definiendo el tipo o el valor cono en cm numérico de su asentamiento en cm. Se respetarán las limitaciones: 3.2. Consistencia del siempre hormigón. 0-2 Salvo en aplicaciones específicas que así lo requieran, se evitará el a) La La docilidad resistencia esmecánica. la facilidad que cantidades dadas áridos, cemento y agua se transforman en hormigón, y empleo con de las consistencias seca ydeplástica. 3-5éste, es manejado, transportado, colocado y compactado, ya sea en moldes o encofrados con la después b) La consistencia. mínima6-9 perdida de homogeneidad, es decir, sin que se produzca segregación y exudación. c) El tipo de ambiente. 10-15 La docilidad del hormigón será la necesaria para que, con los métodos previstos de puesta en obra y d) Máxima relación agua/cemento. (según 37.3.2.). compactación, el hormigón rodee las armaduras con los recubrimientos exigibles y rellene completamente los 16-20 No podrá emplearse la consistencia líquida, salvo que se consiga e) encofrados Mínimo contenido sin quede secemento. produzcan coqueras. mediante el empleo de aditivos superplastificantes. Depende de las características y proporciones de los componentes que forman el hormigón. Requisitos adicionales: f)Cantidad Mínimo de contenido de aire (+ ocluido. agua amasada agua ^ + docilidad). Granulometría (+ arena ^ + dócil). g) Utilización de un cemento resistente a los sulfatos. Tipo árido (+ redondeado ^ + dócil). h) Utilización un cemento resistente al agua de mar. Contenido dede cemento (+ cemento y + fino ^ + dócil). Plastificante. i) Resistencia frente a la erosión. Enj)función del tipo elemento a hormigonar, Resistencia frentedea las reacciones álcali-árido.sus características (tamaño de la sección, distancia entre barras...) y según la forma de compactación prevista se fija la consistencia que ha de tener el hormigón. Para establecer la dosificación se deberá recurrir a ensayos previos en laboratorio, con objeto de conseguir que el hormigón resultante satisfaga las condiciones que se le exigen (Art. 31° y 37°, y las especificadas en el Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares del proyecto). Ensayo de Asentamiento de Abrams). UNE-ENel12350-2. Se podrá prescindir de(Cono ensayos previos cuando constructor pueda justificar documentalmente que, con los materiales, dosificación y proceso de ejecución previstos, es posible conseguir un hormigón que posea la resistencia y condiciones exigidas.

3.1. Determinación de la resistencia media. -

Resistencia característica (íCk o resistencia de proyecto). Es el valor que se adopta en el proyecto para la resistencia a compresión, como base de los cálculos. La resistencia a comprensión simple se determina mediante ensayo de rotura de probetas. Como las probetas proporcionan datos diversos es necesario obtener un valor que defina el resultado del muestreo. Se define como Resistencia Característica del hormigón al valor que presenta un grado de confianza del 95% (existe una probabilidad de 0’95 de que se presenten valores individuales de resistencia de probetas mayores que fCK (N/mm2).

Se coloca el hormigón (siempre que el tamaño máximo del árido sea < 40 mm) en un molde metálico troncocónico de 30 cm. de altura y de 10 y 20 cm. de diámetro, superior e inferior respectivamente. Consistómetro VeBe. UNE 83814. Se humedece el molde si se coloca sobre una bandeja de chapa no absorbente y de forma rectangular también ligeramente Valor mínimo dehumedecida. la resistencia Se llena el molde en tres capas (1/3 V). Cada capa se compacta con una barra compactadora (UNE En los hormigones estructurales, la resistencia de proyecto fck no será inferior a 20 N/mm2 en 83.301) 25 golpes. hormigones en masa, ni a 25 N/mm2 en hormigones armados o pretensados. Compactada la última capa se retira el sobrante con una espátula. Los hormigones no estructurales (hormigones de limpieza, hormigones de relleno, bordillos y aceras), no Se saca el molde levantándolo en sentido vertical. tienen que cumplir este valor mínimo de resistencia ni deben identificarse con el formato de tipificación Se determina el índice de consistencia midiendo diferencia la indicado altura delen molde del hormigón estructural ni les esdel de hormigón aplicaciónfresco el articulado, yalaque se rigenentre por lo el Anejo y el punto más alto de la muestra después del ensayo. n° 18 de la EHE-08.

Resistencia característica real, (f c

real

) , de obra es el valor que corresponde al cuantil del 5 por 100 en la

distribución de resistencia a compresión del hormigón colocado en obra. Resistencia característica estimada (f c est ) o Resistencia media ( fcm ). Es la media aritmética de los valores de rotura de un número finito de probetas. En obra hay que conseguir un hormigón de resistencia tal que supuesto que se ensayase un número de probetas muy grande de dicho hormigón, el 95% darían valores iguales o superiores a fCK.

El hormigón se dosificará para que f cm sea superior a f CK . Se tendrá que tener en cuenta las condiciones previstas en la ejecución de la obra.

85 84 83

È

El vibro-consistómetro VeBe es una variante mecanizada, y ampliada, del tradicional método del cono de Abrams, para hormigones muy secos que darían asientos nulos. Emplea un cono de Abrams, situado en el interior de un recipiente cilindrico que, a su vez, va apoyado sobre una mesa vibratoria de amplitud y frecuencia normalizadas. La masa del hormigón se coloca en el cono por picado con barra y, después de desmoldar, se apoya sobre el material un disco horizontal de plástico de un diámetro ligeramente inferior al del recipiente cilindrico, con libertad de desplazamiento vertical. Cuando se comunica la vibración el disco sigue en su descenso al asentamiento del material, hasta que llega un momento en que se detiene. El tiempo transcurrido en esta operación es función de la consistencia del hormigón.

La consistencia se mide por el número de segundos necesarios para que el tronco de cono formado por el hormigón con el Cono de Abrams experimente, sometido a la vibración en mesa, un asiento determinado.

Tipo de consistencia

TIEMPO VEBE

Extremadamente Seca

30 s. - 18 s.

Muy seca

18 s. - 10 s.

Seca

10 s. - 5 s.

HORMIGONES. INGENIERIA DE EDIFICACION.

Mesa de sacudidas. Este ensayo se fundamenta en medir el escurrimiento o aumento de diámetro que experimenta la base inferior de un tronco de cono de hormigón situado sobre una mesa circular al someterla a 15 sacudidas durante 15 segundos.

3.2.1.

Control de la consistencia del hormigón.

Se determinará su valor: -

Siempre que se fabriquen probetas para controlar la resistencia.

En los casos previstos en la EHE-08 para control reducido. -

Cuando lo ordene la Dirección de Obra.

El ensayo se realiza mediante dos tomas situadas entre 1/4 y 3/4 de la descarga de la cuba. Obtenida la media aritmética de los descensos de las dos tomas, el valor resultante debe estar comprendido dentro del intervalo correspondiente, si la consistencia se ha definido por su tipo y dentro de la tolerancia si se ha definido por su asiento El incumplimiento de

las condiciones anteriores implicará

el rechazo automático de

la amasada

correspondientes.

Factor de compactación. Se utiliza en aquellas mezclas de hormigón de baja trabajabilidad, que prácticamente no presentan asentamiento con el cono de Abrams. El aparato de medida consta de dos tolvas troncocónicas, con una trampilla de cierre cada una, y un molde cilindrico situado en la parte inferior. Estos tres elementos van montados sobre un bastidor de acero, de tal manera que sus ejes son coincidentes. Después de llenar la primera tolva con hormigón, el material pasa a la segunda tolva y después al molde cilindrico, abriendo las correspondientes trampillas. Se enrasa el hormigón (sin compactarlo) en el molde y se pesa (P1). Inmediatamente después se coloca el molde en una mesa vibratoria y se añade hormigón hasta que se considere que no admite más. Se enrasa y pesa de nuevo (P 2 ). El "factor de compactación" se determina como el cociente entre el peso del hormigón colocado en caida libre de la tolva y el peso obtenido por vibración y rellenado del molde, es decir:

87 86

CLASE GENERAL DE EXPOSICION Clase

Subclase

Designación

HORMIGONES. HORMIGONES. INGENIERIA INGENIERIADE DEEDIFICACION. EDIFICACION.

DESCRIPCION

■■:.ii

EJEMPLOS

Tipo de Proceso

3.3. El tipo de ambiente.

No agresiva

i

Ninguno

_ .. . . . _ _

Interiores de edificios no sometidos a

El tipo de ambiente al condensaciones. que está sometido un elemento estructural viene definido por el conjunto de - Interiores de edificios protegidos de la Elementos de hormigón en masa.

condiciones físicas y químicas a las que está expuesto, yintemperie. que puede llegar a provocar su degradación como NORMAL

consecuencia de efectos diferentes a los de las cargas y solicitaciones consideradas en el análisis estructural. II a

Humedad alta

Corrosión diferente cloruros

de origen Interiores sometidos a humedades relativas medias altas (>65%) o a condensaciones. de los Exteriores en ausencia de cloruros y expuestos a lluvia en zonas con precipitación media anual superior a 600 mm. Elementos enterrados o sumergidos.

Sótanos no ventilados. Cimentaciones. -Tableros y pilas de puentes en zonas con precipitación media anual superior a 600 mm, Elementos de hormigón en cubiertas de edificios.

El tipo de ambiente viene definido por la combinación de : - Procesos de corrosión de las

(Clase general de exposición). II barmaduras. Corrosión de origen - Exteriores en ausencia de cloruros,

Humedad media

- Construcciones exteriores protegidas de la

de los a la acción del agua de lluvia, en lluvia, -Procesosdiferente de deterioro del sometidos hormigón diferentes de la corrosión de armaduras. (Clase específica de exposición). cloruros zonas con precipitación media anual inferior a -Tableros y pilas de puentes en zonas de 600 mm.

l i li

•• : ■ • Aérea 'Á■

III a

Todo elemento

MARINA

Sumergida

:

Corrosión por cloruros

III b

Corrosión por cloruros

III c

Corrosión por cloruros

IV

Corrosión por cloruros

precipitación media anual inferior a 600 mm.

Elementos de estructuras marinas, por encima del nivel de pleamar. Elementos exteriores de estructuras situadas en las proximidades de la línea costera (a menos 5 Km). sometido a una única estructuraldeestará

Edificaciones en proximidad de la costa. Puentes en proximidad de la costa. Zonas aéreas de diques, pantaianes y otras obras de defensa litoral. Instalaciones portuarias. general de exposición. clase o subclase

- Elementos de estructuras marinas, sumergidas Zonas sumergidas de diques, pantaianes y otras permanentemente, por debajo del nivel mínimo de obras de defensa litoral, bajamar. Cimentaciones y zonas sumergidas de pilas de puentes en el mar.

i. ' íi : .. .... En zona mareas

de

..... ..

Con cloruros de origen diferente del medio marino.

- Elementos de estructuras marinas, situadas en la zona de carrera de mareas.

- Instalaciones no ¡mpermiabllizadas en contacto Piscinas. con agua que presente un contenido elevado de Pilas de pasos superiores o pasarelas en zonas de cloruros; no relacionados con el ambiente marino. nieve. Superficies expuestas a sales de deshielo no Estaciones de tratamiento de agua. ¡mpermiabllizadas.

CLASE ESPECÍFICA DE EXPOSICION Clase

Subclase

QUIMI CA AGRE SIVA

CON HELA DAS £%'

Designación

DESCRIPCION

EJEMPLOS

• ■ ■ ■ '

:

'

Tipo de Proceso

Débil

Qa

Ataque químico

Media

Qb

Fuerte

Sin sales fundentes

- Zonas situdas en el recorrido de marea de diques, pantaianes y obras de defensa litoral. Zonas de pilas de puentes sobre e! mar, en recorrido de marea.

-

Elementos situados en ambientes con contenidos de sustancias químicas capaces de provocar alteración del hormigón con velocidad lenta (T4).

Instalaciones industriales con sustancias débilmente agresivas (tabla 4), Construcciones próximas a áreas industriales.Agresividad débil (tabla 4).

Ataque químico

Elementos en contacto con agua de mar. Elementos situados en ambientes con contenidos de sustancias químicas capaces de provocar alteración del hormigón con velocidad media (ver tabla 4).

Dolos, bloques y elementos para diques, Estructuras marinas en general. Instalaciones industriales de agresividad media, según tabla 4. Construcciones próximas a áreas industriales, con agresividad media, según tabla 4. Instalaciones de conducción y tratamiento de aguas residuales con sustancias de agresividad media según tabfa 4.

Qc

Ataque químico

-

H

Ataque hielodeshielo

Elementos situados en ambientes con Instalaciones industriales, con sustancias de contenidos de sustancias químicas capaces de agresividad alta de acuerdo con la tabia 4. provocar alteración del hormigón con velocidad Instalaciones de conducción y tratamiento de aguas rápida (ver tabla 4). residuales, con sustancias de agresividad alta (tabla 4).

- Elementos situados en contacto frecuente Construcciones en zonas de alta montaña. con agua, o zonas de humedad relativa media Estaciones invernales. ambiental en invierno, superior al 75%,/ que tengan una probabilidad anual superior af 50% de alcanzar, al menos una vez, temperaturas por debajo de -5°C.

Un elemento puede estar sometido a ninguna, a una o a varias clases específicas de exposición relativas a Con sales fundentes

otros procesos de degradación del hormigón. Por el contrario, un elemento no podrá estar sometido Ataque por sales - Elementos destinados al tráfico de vehículos - Tableros de puentes o pasarelas en zonas de F simultáneamente a más de una de las con subclases definidas cada clase específica de exposición. fundentes o peatones en zonas más de 5 nevadas altapara montaña. anuales o con valor medio de temperatura mínima en los meses invierno inferior a 0°C.

E

EROSION

Abrasión cavitación

Elementos sometidos a desgaste superficial. Pilas de puentes en cauces muy torrenciales. - Elementos de estructuras hidráulicas en las que - Elementos de diques, pantalanes y obras de la cota piezométrica pueda descender por debajo defensa litoral sometidos a fuertes oleajes. de la presión del vapor del agua. Pavimentos de hormigón, -Tuberías de alta presión.

88 R.R-.V

TIPO DE MEDIO AGRESIVO

TIPO DE EXPOSICION

PARAMETROS |

Qa

Qb

Qc

AGUA

Valor del p H C02 Agresivo COi/l)

(mg

ION Agresivo (mg NIU+ /I)

ION Magnesio Mg2+ /I)

(mg

ATAQUE MEDIO

ATAQUE FUERTE

6,5 - 5,5

5,5 - 4,5

< 4.5

15-40

40 - 100

> 100

15 - 30

30 - 60

> 60

300- 1000

> 3000

A

1000 - 3000 200 - 600

600 - 3000

> 3000

75 - ISO

50 - 75

< 50

Grado de acidez Baumann-Gully

> 20

(*)

(*>

ION Sulfato (mg SO 4 2 - /Kg suela

2000 - 3000

3000- 12000

> 12000

ION Sulfato (mg S04 2 - /I)

RESIDUO Seco {MG /I)

SU E L O

ATAQUE DEBIL

seco)

Tipo de hormigón I Máxima relación a/c

Clase de exposición IIa

IIb

IIIa

IIIb

IIIc

IV

Qa

Qb

Qc

H

F

E

masa

0,65

-

-

-

-

-

-

0,50

0,50

0,45

0,55

0,50

0,50

armado

0,65

0,60

0,55

0,50

0,50

0,45

0,50

0,50

0,50

0,45

0,55

0,50

0,50

pretensado

0,60

0,60

0,55

0,50

0,45

0,45

0,45

0,50

0,45

0,45

0,55

0,50

0,50

275

300

HORMIGONES. INGENIERIA DE EDIFICACION.

3.4. Máxima relación contenido 200 agua/cemento - y mínimo - de cemento. 275(según 300 37.3.2.). 327 masa

275 Mínimo contenido de 250 275 300 300 325 350 325 325 350 350 300 325 300 armado Una vez definidas las condiciones de puesta en obra, la consistencia, y teniendo una aproximación de la cemento 275 300 300 300 325 350 325 325 350 350 300 325 pretensado 3 cantidad de agua, se estudia la relación agua/cemento, relacionada además con la durabilidad300 del hormigón (kg/m ) (capacidad de comportarse satisfactoriamente frente a las acciones físicas o químicas agresivas y proteger adecuadamente las armaduras y demás elementos metálicos embebidos en el hormigón durante la vida de servicio de la estructura). Se dosificará el hormigón con arreglo a los métodos que se consideren oportunos respetando siempre las limitaciones siguientes: La cantidad mínima de cemento por metro cúbico de hormigón. -

La cantidad máxima de cemento por metro cúbico de hormigón será de 400 kg. En casos excepcionales, previa justificación experimental y autorización expresa de la Dirección de Obra, se podrá superar dicho límite.

La relación agua/cemento. La cantidad mínima necesaria de cemento por metro cúbico de hormigón depende, en particular, del tamaño de los áridos, debiendo ser más elevada a medida que disminuye dicho tamaño, y más reducida a medida que aumenta el tamaño de éstos.

I.

Según las clases de exposición a las que vaya a estar sometido el hormigón se cumplirán las especificaciones de la tabla 37.3.2.a:

89

CUANDO AUMENTA...

LA TRABAJABILIDAD

LA RESISTENCIA

LA FINURA DE LA ARENA

AUMENTA

DISMINUYE

HORMIGONES. RELACION GRANA/ARENA DISMINUYE AUMENTA INGENIERIA DE EDIFICACION. LA CANTIDAD DE AGUA AUMENTA DISMINUYE TAMAÑO MAXIMO ARIDO DISMINUYE AUMENTA CONTENIDO AIRE OCLUIDO AUMENTA DISMINUYE Humo de sílice. Se tomará un valor de K no superior a 2, excepto en el caso de hormigones con

relación agua/cemento mayor que 0,45 que vayan a estar sometidos a clases de exposición H ó F en cuyo caso para K se tomará un valor igual a 1. IV.

En el caso de utilización de adiciones, los contenidos de cemento no podrán ser inferiores a 200, 250 ó 275 kg/m 3 , según se trate de hormigón en masa, armado o pretensado. 3

El contenido máximo de cemento del hormigón esta limitado a 400 Kg/m , salvo casos excepcionales, previa justificación experimental y autorización expresa de la Dirección de Obra. -

El peligro de emplear mezclas muy ricas en cemento, reside en los fuertes valores que, en tales casos, pueden alcanzar la retracción y el calor de fraguado en las primeras edades.

-

Sin embargo, relaciones agua/cemento bajas, deben ser compatibles con una adecuada trabajabilidad del hormigón que permita su adecuada compactación y minimice los fenómenos de segregación, lo que requerirá, en ocasiones, la utilización de contenidos de cemento superiores a los estrictamente necesarios, o bien el empleo de aditivos reductores de agua.

Una forma de garantizar la durabilidad del hormigón, así como su colaboración a la protección de las armaduras frente a la corrosión, consiste en obtener un hormigón con una permeabilidad reducida. Para obtenerla son decisivas la elección de una relación agua cemento suficientemente baja, la compactación idónea del hormigón, un contenido adecuado de cemento y la hidratación suficiente de éste, conseguida por un cuidadoso curado.

3.5. Correcciones y ensayos. Una vez establecidas las proporciones de la mezcla, deben efectuarse ensayos para comprobar que las hipótesis de partida se cumplen tanto en resistencia como en trabajabilidad.

II.

Si el tipo de ambiente incluye una o más clases específicas de exposición, se fijará para cada parámetro el criterio más exigente de entre los establecidos para las clases en cuestión.

III.

Cuando se utilicen adiciones en la fabricación del hormigón, se podrá tener en cuenta su empleo a los efectos del cálculo del contenido de cemento y de la relación agua/cemento. A tales efectos, se sustituirá para entrar en la tabla 37.3.2.a el contenido de cemento C (kg/m 3 ) por C+KF, así como la relación A/C por A/(C+KF) siendo F(kg/m3) el contenido de adición y K el coeficiente de eficacia de la misma. Cenizas volantes. Se tomará un valor de K no superior a 0,20 si se emplea un cemento CEM I 32,5, ni superior a 0,40 en el caso de cementos CEM I con otras categorías resistentes superiores. La D.F. podrá admitir, bajo su responsabilidad, valores superiores del coeficiente de eficacia pero no mayores de 0,65, siempre que ello se deduzca como una estimación centrada en mediana del valor característico real, definido como el cuantil del 5% de la distribución de valores de K. La estimación referida procederá de un estudio experimental que deberá ser validado previamente por el correspondiente organismo certificador del hormigón y que no sólo tenga en cuenta la resistencia sino también el comportamiento frente a la agresividad específica del ambiente al que va a estar sometida la estructura.

90

Durabilidad del hormigón y de las armaduras (Cap. VII, Artículo 37°) Una estructura durable debe conseguirse con una estrategia capaz de considerar todos los posibles factores HORMIGONES. INGENIERIA DE EDIFICACION.

de degradación y actuar consecuentemente sobre cada una de las fases de proyecto, ejecución y uso de la estructura. Durabilidad en la fase El proyecto de una estructura de hormigón debe incluir las medidas necesarias para de proyecto

que la estructura alcance la duración de la vida útil (según Art. 5), en función de las Condiciones de calidad condiciones de agresividad ambiental a las que pueda estar sometida. Para ello, deberá incluir una estrategia de durabilidad. Las condiciones de calidad exigidas al hormigón se especificarán en el Pliego de Prescripciones Técnicas En el Anejo siendo 9 se especifican los métodos para la vida de una estructura Particulares, siempre necesario indicar lasestimar referentes a suútil resistencia a compresión, su consistencia, mediante la comprobación Estado Límite de durabilidad. tamaño máximo del arido, eldel tipo de ambiente a que va a estar expuesto, y, cuando sea preciso, las referentes proyecto deberá definir a formas y detalles estructurales que faciliten la evacuación aElprescripciones relativas aditivos y adiciones, resistencia a tracción del hormigón, absorción, peso del agua y sean eficaces frentepermeabilidad, a los posibles mecanismos de degradación del específico, compacidad, desgaste, aspecto externo, etc. hormigón. Estas condiciones deberán ser satisfechas por las cantidades de hormigón fabricadas de una vez (amasada o Laefectos agresividad a la que sometidafabricado la estructura identificará por eldeterminado tipo de -a de controltodoestá el hormigón en unseintervalo de tiempo y en las mismas ambiente. En la memoria, se justificará la selección de las clases de exposición condiciones esenciales) componentes del total. consideradas para la estructura. Así mismo, en los planos se reflejará el tipo de ambiente para el que se ha proyectado cada elemento. Losobras elementos de equipamiento, tales como apoyos, juntas, drenajes, etc., pueden Las de hormigón deben proyectarse no solo para que resistan las acciones mecánicas previstas sin que tener unasuvida máslímite cortadeque la de la propia estructura porque lo resistan que, en aquellas su caso, acciones se alcancen estado agotamiento, sino, también, para ambientales de estudiará de medidas de proyecto reduciendo que faciliten mantenimiento tipo físico lao adopción químico que puedan deteriorarlas su elvida de servicio yo exigiendo para su sustitución deundichos la fase de uso. conservación costo elementos importantedurante de mantenimiento o reparación. En la protección frente a los agentes físicos y químicos agresivos, las medidas preventivas suelen ser las más eficaces y menos costosas. Como la durabilidad del hormigón esta muy relacionada con la porosidad del mismo y la permeabilidad, generalmente, un hormigón armado sano y compacto, cuando se encuentra sometido a unas condiciones normales de ambiente y de desgaste, presenta una buena protección frente a la corrosión del acero. Por ello, la durabilidad es una cualidad que debe tenerse en cuenta durante la realización del proyecto, estudiando la naturaleza e intensidad potencial previsible del medio agresivo y seleccionando las formas estructurales, los materiales, las dosificaciones y los procedimientos de puesta en obra más adecuados en cada caso.

Se realizará distintos ensayos y en función de los resultados se retocarán las dosis, teniendo en cuenta: Con áridos de machaqueo conviene aumentar algo el árido más fino. Para hormigón vibrado puede aumentarse algo el árido más grueso. -

En dosis superiores a 300 Kg./m 3 de cemento puede disminuirse algo el árido más fino, al revés dosis

-

En hormigones con aire ocluido debe disminuirse la arena en un volumen igual al del aire ocluido.

-

El aumento de un saco de cemento (50 kg.) por m de hormigón produce un aumento aproximado de

inferiores.

resistencia de 25 kg./cm 2.

3.6. Durabilidad. La durabilidad del hormigón es la capacidad de comportarse satisfactoriamente frente a las acciones físicas o químicas agresivas y proteger adecuadamente las armaduras y demás elementos metálicos embebidos en el hormigón durante la vida de servicio de la estructura.

91

HORMIGONES. INGENIERIA DE EDIFICACION.

Clase de exposición

1 11 a

II b

Para garantizar estos valores mínimos, se prescribirá en el proyecto un valor nominal del La buena calidad de clases la ejecución de exposición. la obra y, especialmente, del Durabilidad en Recubrimiento Tabla 37.2.4.1.c. mínimo (mm) para específicas de recubrimiento r nom , definido como: Tipo de cemento V¡da útil de proyecto proceso de curado, r tiene r una r influencia decisiva para conseguir una la fase de Resistencia nom = mín+ & característica del (tg), (años) durable. ejecución hormigón [N/mmestructura 2 ] 50 100 donde: rnom Recubrimiento nominal Las especificaciones relativas a la durabilidad deberán cumplirse en su totalidad Cualquiera ftí, >25rmín Recubrimiento 15 25 mínimo durante la fase de ejecución. Ar Margen de recubrimiento, según el nivel de control de ejecución, y cuyo valor será 0 CEM 1 25 i íct -=40 15 25 en elementos prefabricados con derivados control intenso ejecución 5 mm No mm se permitirá compensar los efectos por elde incumplimiento de alguna de ftí, > 40 10 20 para elementos in situ con control intenso ejecución 10 mm ellas, salvo que se ejecutados justifique mediante la aplicación, en sudecaso, del cumplimiento del 30los casos en el20Límite resto de Otros tipos de cementos o en 25 < fct Na+), y el Cloro que lo ha ganado se transforma en un ión negativo: (Cl -> Cl"). Ambos se atraerán y formarán la molécula de Cloruro Sódico (Cl Na).

Banda de conducción

Nivel de energía en el cual los electrones están aún más desligados del núcleo, de tal forma que todos los electrones (pertenecientes a esa banda) están compartidos por todos los átomos del sólido, y pueden desplazarse por éste formando una nube electrónica. Cuando un electrón situado en la banda de valencia se le comunica exteriormente energía, bien sea eléctricamente, por temperatura, luz, etc. puede (al ganar energía) saltar a la banda de conducción, quedando en situación de poder desplazarse por el sólido.

1.2. La estructura metálica

Un metal está internamente ordenado en celdas cristalinas como por ejemplo la celda cúbica simple, y otras de mayor complejidad como la celda cúbica centrada en el cuerpo. Cuando el metal fundido solidifica, en varios puntos se comienzan a reunir moléculas y forman un núcleo ordenado que crece en todas direcciones.

4

METALES

Las agrupaciones de celdas que comienzan a solidificar, crecen tridimensionalmente hasta toparse unas con otras, deteniendo el crecimiento. Esto produce zonas en las cuales la red cristalina está ordenada (granos), y zonas denominadas límites de grano o fronteras de grano, en donde no existe orden alguno.

Micrografía obtenida con un microscopio electrónico, donde se aprecian granos y sus fronteras.

Para observar esto en un microscopio, se pule una superficie plana, lo que corta los granos en cualquier dirección. Para mejorar la visualización se aplica sobre la superficie una solución ácida denominada ataque, la cual corroe los granos en mayor o menor grado, dependiendo de su orientación cristalina.

Metalografía con granos de acero ampliada 175 veces.

PROPIEDADES GENERALES. 2.1. Físicas.

2.1.1.

Propiedades Térmicas: Conductividad térmica; coeficiente de dilatación.

Las propiedades térmicas de los materiales están relacionadas con los fenómenos de vibración de los átomos integrantes del material (cristalino o amorfo) al moverse alrededor de sus posiciones de equilibrio según las oscilaciones energéticas a que están sometidos. La transmisión de la energía a través de los materiales tiene lugar por medio de cuantos de energía denominados fonones, similares a los fotones de energía luminosa, y físicamente equivalentes: E= h.v

E es el fonón. h la constante de Plank. v la frecuencia de vibración del oscilador sólido.

El intercambio de calor entre los cuerpos y sustancias puede hacerse por: Conducción. Se realiza directamente, molécula a molécula. En los materiales sólidos, especialmente los cristalinos, la transmisión de ondas de energía al recorrer la red, ponen en vibración los nudos de la malla. Convección. Son desplazamientos de las masas calientes (gases y líquidos) hacia otras zonas al perder densidad por efectos del calentamiento. El espacio liberado es ocupado por masas frías que al calentarse tienden a desplazarse de nuevo, creándose un movimiento continuado y giratorio. Radiación. Es un intercambio energético de un cuerpo a otro (a diferente temperatura) a través de un medio permeable a las radiaciones infrarrojas. La ganancia de calor por radiación depende del coeficiente de absorción, que es función del color (los oscuros absorben más que los claros).

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METALES METALES

2.1.2. 2.1.1.1.

Propiedades Conductividad Eléctricas: Térmica. Resistencia eléctrica.

Conductividad térmica es la capacidad que tiene un material para transmitir a su través el calor. Es cuando una cara de es un la material está de expuesta a una fuente térmica, el calor o frío transmite Ladecir, conductividad eléctrica capacidad conducir la corriente eléctrica cuando se se aplica una a través de él hasta aparecer en la cara opuesta, a una velocidad que depende de la composición y diferencia de potencial. estructura del material. Cada capa electrónica puede tener un número determinado de electrones. En el caso de la última capa, que es la que origina la valencia o conducción, este número es de ocho, y todos los átomos tienden a completar su última consólido ocho electrones. “Capacidad Calorífica”, ( Cv ),capa de un a volumen constante, se define como la derivada de la energía con respecto a la temperatura. Hay sustancias que tienen más electrones en la Banda de Conducción que otras, o que en un mismo material, las condiciones exteriores cambian, se comporta de diferente manera. Cv = (cuando dQ / dt )v Por un de átomo siete electrones última exclusivamente capa, tendrá fuerte tendenciasu a captar El ejemplo, incremento calorque quetenga experimenta el sólidoen selainvierte en aumentar energía uno de algún otro átomo cercano, convirtiéndose en un anión. En cambio, un átomo que tenga sólo interna. un electrón en su última capa, tendrá tendencia a perderlo, quedándose con los ocho de la penúltima “Calor específico” es laen capacidad por unidad de masa. Es necesaria capa, y convirtiéndose un catión.calorífica Estas posibilidades dependen deldecir, tipo la decantidad átomo, es decir delde calor que hay que a una unidadconocidos), de masa para su atemperatura se eleve un grado tipo de sustancia (hay aplicar 103 átomos distintos y danque lugar las combinaciones químicas o a centígrado. la conducción eléctrica. capacidad de materiales de transmitir el calor conducción se mide mediante coeficiente LaLapropiedad quelosposeen algunas sustancias de por tener electrones libres (en la elBanda de de conductividad térmica (w/m. oC): cantidad calor que pasa en la unidad de tiempo a través de la Conducción), capaces de desplazarse, se llamade conductividad. unidad de superficie de una muestra de material de extensión infinita caras plano-paralelas, de Estos materiales capaces, baja caras la acción de fuerzas exteriores, dede "conducir" la electricidad, espesor unidad,serán cuando entre sus se establece una diferencia temperatura de un grado yacentígrado. que existe una carga eléctrica (los electrones) que pueden moverse en su interior.

CONDUCTORES

Son aquellos materiales con gran número de electrones en la Banda de Conducción, es decir, cualquiera que ofrezca poca resistencia al flujo de 2.1.1.2. Efectos térmicos. electricidad. Basándose en el criterio de mayor o menor conductividad, se pueden clasificar los materiales en

tres grupos: La diferencia entre un conductor y un aislante, que es un mal conductor de Al incrementarse de unmás sólido éste aumentará su las volumen o extensión. Esto es electricidad ola detemperatura calor, es de grado que de tipo, ya que todas sustancias debidoconducen a que entre átomos contiguos se medida. producen atractivasde y repulsivas que se electricidad en mayor del o ensólido menor Unfuerzas buen conductor comode la equilibrio, plata o el cobre, puede una conductividad mil millonesAl aplicarle calor y, anulanelectricidad, en la posición para la cualtener es mínima la energía potencial. vecesaumentar superior ael la estado de un buen aislante,de como vidrio o la mica. por lode tanto, vibratorio las elpartículas, se modifica la distancia de equilibrio Todos entre los metales son conductores, unos mejores que otros. Buenos (parámetro) ellas. conductores son: la plata, el cobre, el aluminio, el estaño. Malos conductores son: el hierro, el plomo.

SEMICONDUCTORES

Materiales poco conductores cuyos electrones pueden saltar fácilmente de la Banda de Valencia a la de Conducción al comunicarles energía exterior. El silicio o el germanio tienen un número limitado de electrones libres. Se comportan como semiconductores, y son la materia básica de los transistores.

AISLANTES DIELECTRICOS

Fusión. Si la cantidad de energía alcanza un valor en que se rompe dicha estructura. Depende de las O Son aquellos cuyos electrones están fuertemente ligados al núcleo y por tanto, son fuerzas de enlace y es inversamente proporcional conducir. a su capacidad de dilatación. incapaces de interatómico desplazarse por el interior y, consecuentemente, El aislante perfecto para volumétricas las aplicacionesde eléctricas sería un material al absolutamente Mientras las alteraciones un sólido debidas calor puedan desarrollarse no conductor, pero ese material no existe. Los materiales empleados como libremente, éste se dilatará o contraerá realizando sus fuerzas moleculares trabajos internos, pero aislantes siempre conducen algo la electricidad. tan pronto se oponga un obstáculo a este libre juego, dichas fuerzas originan trabajos externos a aislantes son porde ejemplo: mica, la porcelana, el poliéster, el aire. la estabilidad de veces Buenos considerables, capaces variar lalamorfología de las piezas y comprometer las construcciones de que forman parte. (Ver Tema 1, coeficiente de dilatación térmica).

El aumento de volumen implica movimientos y empujes que pueden alterar el equilibrio de una estructura. Además de ese efecto, hay materiales cuya resistencia experimenta cambios considerables por efecto térmico, el hierro por ejemplo, queda prácticamente desposeído de resistencia en un incendio a 800° C, deformándose y doblándose aparatosamente.

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METALES

2.2. Mecánicas. Definen el comportamiento del material frente a esfuerzos exteriores que actúan sobre él.

2.2.1. Ensayo de tracción. El clásico ensayo de tracción durante mucho tiempo fue el único empleado para juzgar la calidad de los aceros de construcción:

Se somete el material a dos fuerzas con la misma magnitud y dirección, pero con sentidos opuestos. Para ello se coloca la probeta sujeta por ambos extremos por mordazas, una fija y otra móvil. Se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la mordaza móvil.

La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la carga aplicada, las máquinas poseen un plotter que dibuja en un eje el desplazamiento y en el otro eje la carga leída.

Las curvas tienen una primera parte lineal llamada zona elástica, en donde F = F la probeta se comporta como un resorte: si se quita la carga en esa zona, la probeta regresa a su longitud inicial. Gráfico obtenido en un ensayo de tracción para un acero.

En la zona elástica las deformaciones son proporcionales a las cargas : F = K (L - L 0)

F: fuerza K: cte del resorte L: longitud bajo carga Lo: longitud inicial

y se define como: -

Límite elástico teórico: Carga máxima por unidad de sección que al cesar de actuar no produce deformaciones permanentes en el material.

-

Límite de proporcionalidad: Carga máxima por unidad de sección para la cual la carga es proporcional a los alargamientos.

-

Módulo de elasticidad: Relación entre las cargas y deformaciones en el período elástico de proporcionalidad. Es constante en cada material y permite conocer los alargamientos elásticos que experimenta en función de las cargas. También se define como la carga que produciría un alargamiento de un 100% si para esta carga no llegara a romperse la probeta.

78

METALES

Cuando la curva se desvía de la recta inicial, el material alcanza el punto de fluencia, desde aquí el material comienza a adquirir una deformación permanente. A partir de este punto, si se quita la carga la probeta quedaría más larga que al principio. Comienza la zona plástica del ensayo de tracción.

El valor límite entre la zona elástica y la zona plástica es el punto de fluencia y la fuerza que lo produjo se designa como: F = Fyp Luego de la fluencia sigue una parte inestable, que depende de cada acero, para llegar a un máximo en F = F máx. Entre F = F yp y F = F máx la probeta se alarga en forma permanente y repartida, a lo largo de toda su longitud. En F = F máx la probeta muestra su punto débil, concentrando la deformación en una zona en la cual se forma un cuello. La deformación se concentra en la zona del cuello, provocando que la carga deje de subir. Al adelgazarse la probeta la carga queda aplicada en menor área, provocando la ruptura.

Forma de la probeta al inicio, al momento de llegar a la carga máxima y luego de la ruptura.

Para expresar la resistencia (esfuerzo) en términos independientes del tamaño de la probeta, se dividen las cargas por la sección transversal inicial A o , obteniéndose: Resistencia a la fluencia: R e = Fyp / A0 Resistencia a la tracción: R m = Fmáx / A0

(Unidades : Kg/mm )

Considerando una probeta cilíndrica -

Probeta al inicio del ensayo indicando las medidas iniciales necesarias. Ao =

-

Analizando las probetas después de rotas, es posible medir dos parámetros: el alargamiento final Lf y el diámetro final Df, con el que se obtiene el área final Af.

Estos parámetros se expresan como porcentaje de reducción de área %RA (estricción) y porcentaje de alargamiento entre marcas %A L (deformación):

% RA =

x 100

%a

Lf-Lo

l

= — Y~O—

x10

°-

Ambos parámetros son las medidas normalizadas que definen la ductilidad del material, que es la capacidad para alcanzar grandes deformaciones sin romperse. La fragilidad es el concepto contrario de la ductilidad. Un material poco dúctil es frágil.

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METALES

El área bajo la curva fuerza (F) - desplazamiento (AL) representa la cantidad de energía que la probeta alcanzó a resistir. A mayor energía, el material es más tenaz. Gráfico Esfuerzo-Deformación de un acero.

Los diagramas esfuerzo-deformación de un mismo material pueden producir resultados diferentes de acuerdo con la temperatura de la probeta y la velocidad de carga. Sin embargo, es posible distinguir algunas características comunes a los diagramas de varios grupos de materiales y dividirlos en dos amplias categorías: materiales dúctiles y materiales frágiles.

Los metales maleables presentan fuertes estricciones antes de su rotura por tracción, la fundición y otras estructuras cristalinas no permiten deformaciones y la rotura es inmediata. También las estructuras fibrosas rompen bruscamente sin previo aviso. Normativa: Tracción de Aceros............................................................UNE 10002-1 Tracción de Aluminios.............................................UNE 7256-72

Por lo tanto, del ensayo de tracción se pueden obtener medidas de características como: -

Ductilidad, o posibilidad de deformarse, en hilos, sin que se rompa o astille. Cuanto más dúctil es un material, más fino es el alambre o hilo, que podrá ser estirado mediante un troquel para metales, sin riesgo de romperse.

-

Fragilidad, como se ha dicho, concepto contrario a la ductilidad,

-

Tenacidad, concepto que relaciona la energía aplicada con la deformación obtenida.

Sin embargo, un ensayo, también característico para la medida de la tenacidad es el ensayo de resiliencia, mediante el cual las probetas se rompen de un solo golpe y se mide la energía absorbida para producir la rotura. El ensayo Charpy permite calcular cuánta energía logra disipar una probeta al ser golpeada por un pesado péndulo en caída libre. Se mide en Julios y éstos pueden diferir fuertemente a diferentes temperaturas.

La probeta posee un entalle estándar para facilitar el inicio de la fisura. Después de golpear la probeta, el péndulo sigue su camino alcanzando una cierta altura que depende de la cantidad de energía disipada al golpear. Las probetas que fallan en forma frágil se rompen en dos mitades, en cambio aquellas con mayor ductilidad se doblan sin romperse. Este comportamiento depende de la temperatura y la composición química, obligando a realizar el ensayo con probetas a distinta temperatura, para evaluar la existencia de una "temperatura de transición dúctil-frágil".

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METALES METALES

2.2.2. En cuanto Fatiga. a la utilización de metal de aportación se distingue entre: Capacidad de soportar una fuerza o presión continuadas. Soldadura ordinaria o con aportación. Se añade un metal de aportación que se funde y adhiere a las piezas base, por lo que realmente éstas no participan por fusión en la Cuando se sabe que las piezas metálicas trabajarán bajo la acción de esfuerzos intermitentes, soldadura. y como ampliación de los ensayos estáticos de tracción y de los dinámicos de resistencia se Soldadura autógena. Se realiza sin añadir ningún material. realizan ensayos de fatiga. - Según Sirven para determinar la carga máxima que puedeempleado: resistir un material durante un número la temperatura de fusión del metal de aportación indefinido de ciclos sin romperse. Soldadura blanda. Utiliza metales aportación cuyo punto de fusión es a 450 °C. La- rotura por fatiga se produce bajo ladeacción de cargas muy inferiores a lamenor resistencia a la Soldadura dura. Utiliza metales conlímite temperaturas de fusión tracción de un material e inferiores a su elástico. Rompe sinsuperiores. avisar ^ sin deformaciones previas que lo avisen. El tipo de soldadura más adecuado para unir dos piezas de metal depende de las propiedades de consiste los metales, la utilización a la quepor está destinada la pieza y de las instalaciones Elfísicas ensayo en de hacer girar la probeta disponibles. medio de un motor, mientras se le aplica una carga conocida. La probeta queda sometida a una flexión alternada, que se traduce en que un punto cualquiera de la probeta queda sometido a un ciclo de cargas que va de tracción a compresión. Esto produce fisuras que se van propagando lentamente, 2.2.3.I. Algunas observaciones sobre los procesos de soldadura. reduciendo el área hasta un punto tal en que la probeta no pueda resistir la carga aplicada y se rompe. En una soldadura con aportación, para conseguir la unión mediante la fusión de la aleación, hay que ésta licue, fluya al dos metal de tal forma que lo cubra completamente. Laconseguir rotura es que muycuando peculiar, presentando enmojando la fractura zonas: Esta adherencia depende de la limpieza que haya entre la capa externa del metal y la parte de la - aleación Partesfundida oscurasque donde haaexistido cubre éste. frotamiento de una cara contra otra ^ zona dónde comienza a fallar el material. Estructura limpia y cristalina correspondiente a la parte que rompe al final. Para obtener una superficie limpia del metal se pueden emplear fundamentalmente dos métodos: -

La limpieza mecánica. Con cepillos o estropajos metálicos, mediante fricción, se eliminan las impurezas y el óxido de metal de la superficie, dejando a éste libre de cualquier impedimento para que la aleación funda libremente sobre él. Durante este proceso se raya ligeramente la 2.2.3. Soldabilidad. superficie, produciendo surcos microscópicos, lo cual aumenta el área de contacto favoreciendo la adhesión de la aleación sobre el metal. Propiedad que tienen algunos metales las que químicos dos piezas de - La limpieza química consiste en por productos a base de ácidos o productos que los mismos, en contacto, pueden unirse íntimamente formando reaccionan con el óxido del metal, eliminándolo de la superficie del mismo un conjunto rígido. La superficie del metal limpia de impurezas, óxido o residuos, hay que protegerla para que no se Soldadura es el procedimiento por el cual dos o más piezas de forme un nuevo óxido durante el calentamiento. Se aplica un decapante o “flux” que impide la metal se unen por aplicación de calor, presión, o una formación del óxido durante el calentamiento y, por consiguiente, hace que las superficies estén combinación de ambos, con o sin al aporte de otro metal, limpias durante todo el proceso de la soldadura. lili llamado metal de aportación, cuya temperatura de fusión es inferior a la de las piezas que se han de soldar. Es importante no permitir que durante el proceso de la soldadura haya “sobrecalentamiento” que la destrucción decapante flux,resistir por lo que éste nolos podría disolver los óxidos que se Alorigine enfriar, esta unióndelserá capaz o de a todos formasen durante el calentamiento y seguidamente puede ocurrir que el metal movimientos de alargamiento, torsión y doblado,eliminarlos. sin que También se pierda alguna de las durante el proceso produzca alteración de características dicha unión con el tiempo y bajodelassoldadura (el cobre pierde sus propiedades para mecánicas sí es sobrecalentado). condiciones las cuales se ha efectuado la soldadura, presión, temperatura, etc. Para evitar este “sobrecalentamiento” es aconsejable comprobar continuamente si se ha alcanzado la temperatura de fusión de la aleación, acercando la misma a la zona caliente a unir, o bien, utilizar una mezcla de decapante y aleación en polvo. La mayor parte de procesos de soldadura se pueden separar en dos categorías: -

2.2.3.2.

Soldadura por presión. Se realiza sin la aportación de otro material mediante la aplicación de la presión suficiente y normalmente ayudada con calor. Es el procedimiento de soldadura de fragua, practicado durante siglos por herreros y artesanos en el cual los Soldadura ordinariaen o de metales se calientan un aleación. horno y se unen a golpes de martillo.

Soldadura por fusión. Realizada mediante la aplicación de calor a las superficies, que se Es el método utilizado para unir metales con aportación de aleaciones metálicas que se funden. Se funden en la zona de contacto, con o sin aportación de otro metal. suele diferenciar entre soldaduras duras y blandas, según el punto de fusión y resistencia de la aleación utilizada.

1112

METALES

Los metales de aportación de las soldaduras blandas son aleaciones de plomo y estaño y, en ocasiones, pequeñas cantidades de bismuto. En las soldaduras duras se emplean aleaciones de plata, cobre y cinc (soldadura de plata) o de cobre y cinc (latonsoldadura). Para aplicar este tipo de soldadura primeramente se limpian las superficies de los metales (con medios mecánicos) y se recubren, por lo general, con una capa de resina o bórax. Esta limpieza química ayuda a eliminar el óxido de los metales. Posteriormente se calientan las superficies con un soldador o soplete, y cuando alcanzan la temperatura de fusión del metal de aportación se aplica éste, que corre libremente y se endurece cuando se enfría.

2.2.3.3.

Soldadura por fusión o autógena.

Este tipo agrupa muchos procedimientos de soldadura en los que tiene lugar una fusión entre los metales a unir, con o sin la aportación de un metal, por lo general sin aplicar presión y a temperaturas superiores a las que se trabaja en las soldaduras ordinarias. Existen diferentes procedimientos: Soldadura por gas. La soldadura por gas o con soplete utiliza el calor de la combustión de un gas, que se aplica a las superficies de las piezas y a la varilla de metal de aportación. Este sistema tiene la ventaja de ser portátil ya que no necesita conectarse a la corriente eléctrica. Según la mezcla gaseosa utilizada se distingue entre soldadura oxiacetilénica (oxígeno/acetileno) y oxihídrica (oxígeno/hidrógeno), entre otras. Soldadura por arco. Consiste en crear un arco eléctrico entre uno o varios generando el calor suficiente para fundir el metal. Es rápida debido a la alta concentración de calor que se genera. En algunos casos se utilizan electrodos fusibles (metales de aportación), en forma de varillas recubiertas de fundente o desnudas. Uno de los principales problemas en soldadura, es comportamiento de los metales ante la combinación los agentes atmosféricos y los cambios en temperatura. Por esta razón, a veces su utiliza atmósfera de un gas para proteger la fusión del aire la atmósfera.

el de su la de

Según la naturaleza del gas utilizado se distingue entre: Soldadura MIG: Soldadura de metales con gas de protección inerte (argón y Helio). Este procedimiento se usa para la soldadura de aleaciones de cobre, aluminio, y otras aleaciones sensibles a la oxidación... Soldadura MAG: Soldadura de metales con un gas de protección activo (dióxido de carbono). Se usa básicamente para la soldadura de los aceros al carbono, aceros débilmente aleados y aceros inoxidables. Otros tipos comunes de soldadura por arco son: Soldadura TIG: Soldadura con Tungsteno y gas inerte. En el seno de un gas de protección se establece un arco eléctrico entre un electrodo infusible de tungsteno y la pieza a soldar. Este proceso se utiliza cuando se requiere una soldadura de elevadas características, para la soldadura de aparatos de presión, tuberías, contenedores alimentarios, etc.

13

METALES

Soldadura por Arco Eléctrico PLASMA: Es una evolución del proceso de soldadura TIG. Permite la unión de mayores espesores de metal, sin preparación de bordes y con las mismas prestaciones de calidad. Sus principales diferencias con el procedimiento TIG son: la fuerte constricción del arco eléctrico (alta densidad energética) y el uso de dos gases. Es un procedimiento de alto rendimiento utilizado, principalmente, para soldar aceros inoxidables con fuertes espesores en la construcción de tanques, recipientes y tuberías. Soldadura por arco con electrodo recubierto. En este tipo de soldadura el electrodo metálico, que es conductor de electricidad, está recubierto de fundente y conectado a la fuente de corriente. El metal a soldar está conectado al otro borne de la fuente eléctrica. Al tocar con la punta del electrodo la pieza de metal se forma el arco eléctrico. El intenso calor del arco funde las dos partes a unir y la punta del electrodo, que constituye el metal de aportación. Este procedimiento, desarrollado a principios del siglo XX, se utiliza sobre todo para soldar acero. Soldadura por arco con fundente en polvo. Este procedimiento, en vez de utilizar un gas o el recubrimiento fundente del electrodo para proteger la unión del aire, usa un baño de material fundente en polvo donde se sumergen las piezas a soldar. Soldadura aluminotérmica. El calor necesario para este tipo de soldadura se obtiene de la reacción química de una mezcla de óxido de hierro con partículas de aluminio muy finas. El metal líquido resultante constituye el metal de aportación. Se emplea para soldar roturas y cortes en piezas pesadas de hierro y acero.

2.2.3.4.

Soldadura por presión.

Este método agrupa todos los procesos de soldadura en los que se aplica presión sin aportación de metales para realizar la unión. Algunos procedimientos coinciden con los de fusión, como la soldadura con gases por presión, donde se calientan las piezas con una llama, pero difieren en que la unión se hace por presión y sin añadir ningún metal. El proceso más utilizado es el de soldadura por resistencia; otros son la soldadura por fragua, la soldadura por fricción y otros métodos más recientes como la soldadura por ultrasonidos. Soldadura por resistencia. Este tipo de soldadura se realiza por el calentamiento que experimentan los metales debido a su resistencia al flujo de una corriente eléctrica. Los electrodos se aplican a los extremos de las piezas, se colocan juntas a presión y se hace pasar por ellas una corriente eléctrica intensa durante un instante. La zona de unión de las dos piezas, como es la que mayor resistencia eléctrica ofrece, se calienta y funde los metales. Este procedimiento se utiliza mucho en la industria para la fabricación de láminas y alambres de metal, y se adapta muy bien a la automatización.

2.3. Físico - químicas. Los metales tienen valencias positivas en la mayoría de sus compuestos. Esto significa que tienden a ceder electrones a los átomos con los que se enlazan. También tienden a formar óxidos básicos. Por el contrario, elementos no metálicos como el nitrógeno, azufre y cloro tienen valencias negativas en la mayoría de sus compuestos, y tienden a adquirir electrones y a formar óxidos ácidos.

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METALES

Los metales tienen energía de ionización baja: reaccionan con facilidad perdiendo electrones para formar iones positivos o cationes. De este modo, los metales forman sales como cloruros, sulfuros y carbonatos, actuando como agentes reductores (donantes de electrones).

2.4.1.

Oxidación y reducción.

Cuando una sustancia se combina con el oxigeno se dice que se oxida; la reducción ocurre cuando se retira el oxigeno de la sustancia. Existe, sin embargo, un sentido más general en el que es posible utilizar estos elementos. Se dice que existe oxidación de un elemento cuando hay un aumento en su estado de valencia. Fe + 1/2O2 = FeO ; varía de Fe0 a Fe" Donde el hierro y el oxigeno combinados se podrían representar como: Fe = Fe2+ + 2e O2- = 1/2O2 + 2e Por lo que se deduce que si el hierro al aumentar de valencia se oxida, el oxigeno, a su vez, se reduce cuando provoca la oxidación. Podríamos decir que una oxidación libera electrones, mientras que la reducción los consume.

2.4.2.

La corrosión

La corrosión metálica es el desgaste superficial que sucede cuando los metales se exponen a ambientes reactivos. Se originan en dichas superficies unos compuestos químicos similares a las rocas metalíferas que se encuentran en la corteza terrestre. Es decir, las reacciones de corrosión ocasionan que los metales regresen a sus menas originales. 2.4.2.1.

Fundamentos de la corrosión

Es un proceso ELECTRO-QUÍMICO, donde se suceden reacciones de oxidación y reducción, estableciéndose un intercambio de electrones, y consecuentemente el paso de una corriente eléctrica de componente continua entre un ánodo y un cátodo, a través de un medio conductor, como en una pila galvánica. Para entender el proceso de corrosión metálico, y por lo tanto la causa del par galvánico se aclaran los siguientes conceptos: Electrolitos. Son soluciones conductoras de electricidad produciéndose una disociación (se separan en dos iones) de moléculas del cuerpo disuelto. Ejemplo: Cl Na ^ Na+ y Cl - .

Si en esta solución se introducen dos electrodos se formará un campo eléctrico. Si un cuerpo sólido se introduce en un líquido, sus moléculas tienden a pasar al líquido. Este proceso continúa hasta que exista equilibrio entre las moléculas del sólido que pasan al líquido y las del líquido que pasan al sólido.

EQUILIBRIO ^ TENSIÓN DE DISOLUCIÓN = PRESIÓN OSMÓTICA

15

METALES METALES

EnLos el caso de^ los metales, pasan al líquido parte de los componentes de su red pierde procedimientos de aplicación son de suma importancia en cuanto a lacristalina eficacia ^de la protección contra la corrosión, pues tanto el espesor, porosidad, como la naturaleza misma de iones +| ^ queda cargado -. las capas obtenidas son función del procedimiento de aplicación. Si el líquido en el que se introduce un metal contiene electrolitos del mismo metal, pueden ocurrir tres casos:

Disolución con contenido de M+.

alto

Los electrolitos pasan al metal.

Tensión de disolución igual a la presión osmótica.

Tensión de disolución mayor que la presión osmótica. Solución baja en M+.

Equilibrio.

El metal cede iones.

Puede ocurrir que dos metales estén en contacto y exista además un líquido con un electrolito. En ese caso se produce un par galvánico que lleva aparejada una fuerte corrosión (una importante cantidad de iones de uno de ellos se separan de un metal depositándose en el otro). Un ejemplo importante son las instalaciones de fontanería en las que se mezcla hierro y cobre (el hierro pierde iones y por lo tanto masa, que se deposita en el cobre. Lo mismo ocurre con el zinc, que pierde iones en contacto con el hierro). Procedimientos de aplicación Inmersión metal.

en

2.4.2.2. Tipos de corrosión. un Después de una preparación superficial, las piezas a proteger se sumergen en un baño de un metal en fusión. Se utiliza habitualmente para los recubrimientos de cinc

Puede ser de varios tipos: (galvanización en caliente), aluminio (aluminizado), estaño y plomo. Corrosión atmosférica:

Metalización proyección pistola.

El metal está alternativamente mojado y seco, sometido a la luz del variabilidad tiempo y a la presencia de oxígeno. por Consiste en proyectar sobre sol, la superficie del del metal, (preparada por chorreado con con arena o granallado), otro metal en estado de fusión por medio de una pistola. Proceso casi inverso al anterior, donde el oxígeno necesario queda Corrosión bajo el agua: El espesor del recubrimiento puede variar según la naturaleza del metal proyectado y Corrosión por suelo: limitado en cantidad al obtenerse del aire. el resultado que se espera obtener. La mayoría de los metales o aleaciones pueden Corrosión química: aplicarse de esta manera: zinc, aluminio, acero inoxidable, estaño, plomo, níquel, Añade elementos químicos que influyen, como las sales solubles. cobre, etc.

Producida artificialmente por ácidos, bases, soluciones específicas... Electrólisis.

Las piezas a tratar se sumergen en soluciones que contienen sales de los metales a depositar. Bajo la acción de la corriente eléctrica proporcionada por el generador, el metal a proteger se recubre del metal contenido en el baño.

2.4.2.3.

Protección contra la corrosión. Los metales corrientemente depositados por vía electroquímica son: cromo, cobre, níquel, cinc, cadmio y estaño.

Las principales técnicas utilizadas se pueden clasificar en dos grupos: protecciones pasivas Tratamientos También cementación, consisten en colocar las piezas decontrol acero aeléctrico). (basadas enconocidos un controlcomo químico) y protecciones catódicas (basadas en el termoquímicos de tratar en una mezcla de polvo metálico y de enlazante (cemento) en un recinto a alta difusión. temperatura.pasivas. El metal protector (recubrimiento) se difunde superficialmente en el . Protecciones metal base y forma una capa eficaz contra la corrosión. Los metales corrientemente Se entiende por método protección la que implica una separación eléctrica entre ánodos y aplicados por este son el pasiva zinc (sherardización) y el aluminio.

cátodos de las pilas de corrosión.

Los sistemas más empleados se basan en el aislamiento de los elementos constructivos a proteger mediante materiales dieléctricos (pinturas, recubrimientos plásticos, etc), evitándoles entrar en contacto con el medio conductor (agua, suelo, aire húmedo), o protegiéndolo mediante un recubrimiento con otro metal más resistente a la corrosión.

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Placado.

Después de un tratamiento superficial especial, la lámina del metal para aplicar y el metal base se someten a un proceso de colaminación en caliente, obteniéndose al final lámina de acero recubierta del metal aplicado. Este proceso puede efectuarse sobre una o las dos caras de la lámina del acero. El acero inoxidable, níquel y el cobre se aplican comúnmente por esta técnica.

METALES METALES

Corriente impresa Ánodos de sacrificio Consiste en obtener la corriente eléctrica de Cuando dos metales humedecidos se ponen en contacto, forman una pila electroquímica. El metal Fundamentos protección, a partir de una químicamente más activo hace de polo negativo (ánodo) y el menos activo, de polo positivo fuente externa de energía (cátodo). eléctrica, Como consecuencia, el metal más activo se corroe más rápidamente, protegiendo así al menos fotovoltaica o eòlica. activo.

Fundamentos

CORRIENTE IMPRESA Una instalación de protección por corriente impresa consta de: -

Una unidad central de potencia. la corriente en el medio conductor (suelo, agua). No requieren potencia externa. Un lecho de ánodos dispersor Requierede potencia externa. Unos conductores de Voltaje unión para polo positivo del rectificador hasta el lecho de ánodos, y desde el polo Voltaje de aplicación fijo. de aplicación variable. negativo hasta los elementos a proteger. Amperaje limitado. Amperaje variable. Útil en medios de baja resistividad. Aplicables en cualquier medio. para regular la corriente o el voltaje de salida. Las unidades centrales de potencia están preparadas La interferencia con estructuras enterradas es existen Es necesario analizar la posibilidad de interferencia. De esta forma, dos sistemas diferentes: prácticamente nula. Sirve para áreas grandes. Con regulación manual de la salida. Sólo se los utiliza hasta un valor límite de Mantenimiento no simple. Con regulación automática y manual de la corriente y tensión de salida, de acuerdo a valores resistividad eléctrica hasta 5000 ohm-cm. Resistividad eléctrica ilimitada. Costo alto de preestablecidos de potencial natural, que son leídos a través de sondas. Mantenimiento simple. instalación

Tipos de ánodos

Tipos de ánodos

Ventajas Ventajas Desventajas Desventajas

Chatarra de hierro: Aconsejable en terrenos de resistividad elevada. Debe rodearse de un relleno artificial constituido por carbón de coque. Este tipo de protección se llama protección anódica y el metal que hace de ánodo se llama metal de sacrificio. Por ejem: aceroen galvanizado de una capa de cinc). ralle y ose Ferrosilicio: Recomendable terrenos de(hierro mediarecubierto y baja resistividad. Se coloca enAunque el suelose hincado deteriore, al serde el un cinc más de activo quede el coque. hierro y se oxida más rápidamente, actúa de metal de tumbado rodeado relleno carbón sacrificio y protege al hierro de la corrosión. Grafito: Puede utilizarse principalmente en terrenos de resistividad media y se utiliza con relleno de grafito o carbón de coque. Considerando que el flujo de corriente se origina en la diferencia demar, potencial entre el Titanio-Platinado: Especialmente indicado para instalaciones de agua de aunqueexistente sea metal a proteger y el ánodo, éste último deberá ocupar una posición más elevada en la tabla de perfectamente utilizado en agua dulce o incluso en suelo. potencias (serie electroquímica o serie galvánica). Los ánodos galvánicos que con mayor frecuencia se utilizan en la protección catódica son Magnesio, Aluminio y Zinc.altas, para proteger grandes superficies. Se pueden obtener tensiones Pueden controlarse las prestaciones, ajustando la tensión o corriente de salida. Se puede automatizar y controlar su funcionamiento. Funcionan independientemente de una fuente de energía eléctrica. Permiten un mayor control y seguimiento de la protección. Su instalación es simple. Es fácil obtener distribuciones uniformes de potencial en una estructura. Se necesita de una fuente de energía externa. La posibilidad de sobreprotección, y los daños que ésta pueda ocasionar, cuando el sistema está mal Sólo se pueden emplear en medios de bajas resistividades. ajustado. Se necesitan grandes cantidades de ánodos para proteger grandes superficies. En Es difícil obtener una distribución uniforme en elementos de formas complejas. instalaciones enterradas, la sustitución supone elevados costes de obra. Corrosión acelerada si la conexión al elemento a proteger se destruye. Protección catódica de depósitos de agua dulce. Los

Aplicaciones b). Protecciones catódicas. depósitos de agua potable, tanto industriales como prácticas domésticos, también se pueden proteger de la corrosión La protección se basa en la generación de una corriente externa que aplicada en la superficie del . Comparación de los sistemas. mediante protección catódica.a diluirse de los iones metálicos de éste. elemento a proteger, elimina la tendencia La protección catódica requiere una fuente de corriente continua y un electrodo auxiliar o ánodo por donde se inyecta la corriente al medio donde se encuentra la estructura a proteger. Es el complemento más eficaz para la protección de objetos metálicos en ambientes de riesgo importante de corrosión (aunque estén recubiertos con protecciones pasivas): Tanques y tuberías enterradas o sumergidas. Estructuras de hormigón armado con ataque por corrosión exterior, tanto enterradas, sumergidas o aéreas, como en puentes, muelles, edificios,Protección etc. catódica de Elementos enterrados de sistemas eléctricos, como puestas a enterradas. tierra, etc. Todas las tuberías

tuberías enterradas que se utilizan para transportar agua o En función del tipo de fuente de la corriente continua usada para la protección se puedenpor distinguir petróleo están protegidos lo general distintos sistemas: mediante tratamiento catódico, además de determinados revestimientos.

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Combustibles.

Pueden ser de varios tipos: Gaseosos: Butano, propano, acetileno, hidrógeno. Líquidos: Gasolina, keroseno, gas-oil, fuel-oil, aceites vegetales. Sólidos: Carbones, cok.

METALES METALES

Cok o coque. Es el residuo obtenido por la eliminación total o casi total de las materias volátiles de un combustible sólido o líquido. Normalmente se obtiene de carbones bituminosos. 3.2.1. Reducción. 3. PROCESOS DE OBTENCION, ELABORACION Y TRATAMIENTOS. El3.1. cok de fundición esMena duro, ysólido, Minerales. gangaresistente a la abrasión, brillante y en su composición Loscumplir: metales frecuentemente se encuentran en la naturaleza en forma de óxidos, sulfuros, debe azufre < 1%, cenizas > 13%. Los Metales se obtienen la carbonatos, sulfatos y cloruros. de Se denomina proceso de reducción a la transformación del Naturaleza generalmente en forma Metal combinado en Metal Libre. de Minerales (Carbonatos, Sulfuros y Óxidos) con excepción de algunos 3.2.1.1. Termometalurgia: Metales que no se encuentran combinados ejemplo: Platino). Procesos de(por obtención de metales mediante el uso de altas temperaturas y de las reacciones que así Los Procesos Metalúrgicos para la Obtención de Metales son los siguientes: ocurren.

Fundentes.

Su misión es hacer fusible la ganga del mineral y las cenizas del combustible para formar Tratamiento Preliminar: Concentración y eliminación de Impurezas. Las mayores metalesdependerá se producen por una escoria líquida. cantidades La naturaleza de del fundente del tipo de ganga.

Reducción: Transformación del Metal combinado a Metal Libre. operaciones de - fusión, decir,fundente reducción a de altas Ganga es arcillosa: carbonato cal. -temperaturas, Refino: Purificación de para en la cualy/o eladición metal porsustancias lo generalarcilla. se obtener recoge ciertas propiedades en el producto - Ganga siliciosa: Fundente final fundido. en estado - Ganga calcárea: Fundente arcilla.

A El veces se mezclan minerales dees ganga conefectuarse los de ganga y evitarque así elen los sulfuros o proceso de reducción másarcillosa fácil de encalcárea los óxidos uso de fundentes. También existen fundentes neutros que se añaden para fluidificar las carbonatos. Los sulfuros y carbonatos son convertidos primeramente en óxidos por escorias (espato-fluor).

calentamiento (proceso de tostación); posteriormente estos óxidos pueden ser reducidos por el uso de hidrógeno, carbón, monóxido de carbono, por metales más activos o por electricidad.

emplean en revestimientos y en su construcción. Deben cumplir: Refractarios. 3.2.SeProcedimientos generales de dehornos obtención Asociados a estos procesos térmicos aparecen otros materiales:

- Aptitud para resistir y evitar pérdidas de calor. - Aptitud para soportar t° >1500°C, manteniendo sus propiedades físicas y químicas. 3.2.1. Concentración del mineral. - Dureza para resistir la abrasión sin desconcharse. Proceso por el de cual se eliminan impurezas o materiales no adecuados para seleccionar el mineral. - Bajo coeficiente dilatación y de contracción. - Ser inertes a las reacciones químicas que se verifiquen en su presencia.

Mena: Parte apropiada de un mineral metálico.

SeGanga: utilizanDesperdicio como materiales refractarios arcillas (silicatos de aluminio del mineral, una vezdeterminadas extraída la mena del mismo. anhidro), cuarcitas, grafito, cromita. El carbono es la sustancia más refractaria que se conoce y se presenta como grafito, cok, carborundo (carbono siliciado. SiC) etc. Una primera concentración puede ser a mano, seleccionando el mineral bruto que pasa por una

cinta. En minerales con gran cantidad de barro, arcilla, arena... se realiza un lavado previo. La concentración puede ser efectuada por diferentes métodos: -

Por atracción magnética (como por ejemplo el mineral de hierro que contiene óxido de hierro magnético).

-

Flotación. Se basa en la diferencia de densidades y en el mojado selectivo. El uso de una mezcla de flotación (formada por aceite y un surfactante) es efectuado para cada aplicación hasta que el componente deseado (o no deseado) se ha "humedecido" por la mezcla de flotación mientras que los otros componentes se "humedecen" por el agua. La mezcla de flotación y el mineral de interés son agitados con agua, de tal manera que una parte del material flota y otra parte se sedimenta para efectuar una primera separación del material no deseado al remover el material flotante; la porción que es "humedecida" por el agua permanece en la misma.

Celdas de flotación. Son espacios cerrados donde se realiza la concentración del metal mediante el burbujeo de aire en una solución. Se utiliza en metales como el cobre, cuyas partículas son hidrofóbicas y se adhieren a las burbujas de aire, subiendo a la superficie desde donde rebasan a canaletas que se encuentran a los costados.

-

Peletización es utilizar presión con/sin, adición de conglomerantes para 0 muy finos y posteriormente sinterizar a 1200°C aproximadamente.

19 20

METALES

Estos procesos se realizan aplicando calor en hornos: -

Alto Horno. Utilizado principalmente para la reducción del mineral de hierro para obtener arrabio. Por el tragante (parte superior del horno) se cargan por capas los minerales de hierro, la caliza y el coque. La inyección de aire precalentado a 1.000 °C, aproximadamente, facilita la combustión del coque, generando elevadas temperaturas y gases reductores que actúan sobre el mineral y los fundentes.

-

Horno de hogar abierto o crisol. Se le denomina de esta manera porque contiene en el hogar (fondo) una especie de piscina larga y poco profunda (6m de ancho, por 15 m de largo, por 1 m de profundidad, aproximadamente). El horno se carga con los concentrados de minerales metálicos y los fundentes. Se emplea aire precalentado, combustible líquido y gas para la combustión. Largas lenguas de fuego pasan sobre los materiales, fundiéndolos, a la vez que se quema (o se oxida) el exceso de carbono y otras impurezas como el fósforo, silicio y manganeso. El proceso puede acelerarse introduciendo tubos refrigerados por agua (lanzas) que aumentan el flujo de oxígeno sobre la carga.

22 21

METALES

-

Horno de oxigeno básico. Es un horno en forma de pera que se rellena con los minerales metálicos (parte en estado frío y parte fundidos). En su interior se introduce una lanza de oxígeno refrigerada por agua y se fuerza sobre ella un flujo de oxígeno puro a alta velocidad durante 20 minutos. Este actúa como fuente de calor y para la oxidación de las impurezas. Tan pronto como el chorro de oxígeno comienza, se agregan los materiales fundentes. La reacción química resultante desarrolla una temperatura aproximada de 1.650° C. El oxígeno se combina con el exceso de carbono acabando como gas y se combina también con las impurezas para quemarlas rápidamente. Su residuo es absorbido por la capa flotante de escoria. Después de haberse completado la inyección de oxígeno, se analiza la composición química de diversas muestras de la masa fundida. Cuando la composición es correcta, el horno se inclina para verter el metal fundido en una olla de colada.

Horno de arco eléctrico. Es el más versátil de todos los hornos. No solamente puede proporcionar altas temperaturas, hasta 1.930°C, sino que también puede controlarse eléctricamente con un alto grado de precisión.

Debido a que no se emplea combustible alguno, no se introduce ningún tipo de impurezas. El resultado es un metal más limpio. Consecuentemente, puede producir todo tipo de metales y aleaciones. Al aplicarse la corriente eléctrica, la formación del arco entre los electrodos gigantes produce un calor intenso. Cuando la carga se ha derretido completamente, se agregan dentro del horno las cantidades medidas de los elementos de aleación requeridos. La masa fundida resultante se calienta, permitiendo que se quemen las impurezas y que los elementos de aleación se mezclen completamente. Cuando la composición química de la masa fundida cumple con las especificaciones, el horno se inclina para verter el metal fundido dentro de una olla de colada.

23

METALES

3.2.I.2.

Hidrometalurgia.

Procesos de obtención de metales en fase acuosa. Por hidrometalurgia se entiende los procesos de lixiviación selectiva ( disolución ) de los componentes valiosos de las menas y su posterior recuperación de la solución por diferentes métodos. El nombre de hidrometalurgia se refiere al empleo generalizado de soluciones acuosas como agente de disolución. -

Lixiviación. Operación que consiste en hacer pasar un líquido, agua, alcohol, etc., a través de varias capas de una sustancia pulverizada para obtener los principios solubles de estas sustancias. En hidrometalurgia se utiliza la propiedad por la cual los minerales oxidados son fácilmente atacables por los ácidos. Hay tres principales etapas de los procesos hidrometalúrgicos :

a. b. c.

Disolución del componente deseado presente en la fase sólida. Concentración y/o purificación de la solución obtenida. Precipitación del metal deseado o sus compuestos. Los reactivos químicos empleados (agentes lixiviantes) deben reunir diferentes propiedades para poder usarse, por ejemplo : no deben ser muy caros, deben ser fácilmente recuperables y deben ser bastante selectivos para disolver determinados compuestos.

La hidro-electrometalurgia comprende el conjunto de procesos de lixiviación y precipitación por medio de electrólisis, donde los procesos electroquímicos son precedidos por los procesos hidrometalúrgicos.

3.2.I.3.

Electrometalurgia.

Procesos mediante los cuales se depositan metales sobre otra superficie metálica por medio de la aplicación de corriente eléctrica en un medio electrolítico. Un proceso electrolítico consta electrolítica, la cual esta formada por: -

de

una

celda

Una solución de un electrolito. Dos electrodos (ánodo y cátodo). Una fuente de corriente directa.

Los electrodos en algunos casos son sustancias químicamente inertes (generalmente platino o grafito) para que no reaccionen con los iones en solución o con las sustancias que se liberan en los electrodos. Una batería eléctrica suministra en forma continua electrones al electrodo cargado negativamente (el cátodo) y a la vez recibe continuamente electrones del electrodo cargado positivamente (ánodo). Los iones con carga positiva, son atraídos hacia el ánodo donde liberan su exceso de electrones y se descargan. El cátodo es la terminal en la que tiene lugar la reducción y el ánodo es la terminal en que tiene lugar la oxidación.

24

METALES METALES

En esta categoría se encuentran los procesos de refinación electrolítica, electro-obtención y la 4. ALEACIONES. amplia gama de procesos de recubrimiento metálico electrolítico bajo el nombre genérico de galvanotecnia. 4.1. Conceptos básicos. Muchos metales como el cobre, la plata y el oro se refinan mediante procesos electrolíticos; uno de los procesos electrolíticos más conocidos es el de galvanoplastia, en éste el metal se deposita en Antes de estudiar los distintos metales interesa diferenciar: forma de una película delgada y lustrosa sobre la base, normalmente de un metal más barato, protegiendo de esta manera al metal base contra la corrosión y embelleciéndolo al mismo tiempo. 4.1.1.

Fase.

Es aquella parte o región de un material que es distinta a otra región en estructura y/o composición. 3.2.3. Procedimientos de afino Ejemplos: - Agua y hielo: Estas dos fases pueden coexistir, y aunque tienen una misma Después de ser producido en cualquiera de los hornos de fabricación, los metales se someten a composición, el hielo es un sólido cristalino con red hexagonal, mientras que el procesos para aumentar su pureza y homogeneidad, o bien, para obtener aleaciones más precisas. agua es líquida. Plástico reforzado con fibra de vidrio Proceso -de Hormigón vacío (desgasificación). La eliminación de los gases (oxígeno, hidrógeno y reforzado con fibras (de acero, polipropileno, u otras). nitrógeno) en el metal derretido que fueron absorbidos o formados durante el proceso de fabricación, a cabo exponiéndolo al vacío. La presión reducida como sobreen la Las dos fases de se un lleva material dado presentan diferencias bien clarasenormemente tanto en composición superficie del líquido permite que los gases escapen. estructura. Si los gases no se remueven antes que el metal solidifique, su presencia o sus reacciones con Frontera Fase: Representa una DISCONTINUIDAD en la estructura y/oinclusiones composición de un otrosde elementos en producto final puede producir defectos tales como: (partículas material. Están representadas por las líneas que dividen cada sector del diagrama de fase. sólidas de óxido), sopladuras (bolsas de gas), descascarillamiento (grietas internas) y fragilidad (pérdida de ductibilidad).

4.1.2.

Mezcla. DESGASIFICACION POR FLUJO

este proceso, el fase. metal Los fundido se vierte desde la olla depero colada dentro se de disuelve una lingotera, cual está MaterialEn con más de una componentes se mezclan ninguno en ellaotro. completamente encerrada en una cámara de vacío. Mientras, el flujo de metal fundido cae dentro del vacío,

se separa enuna gotitas. Debido a (patrón la reducida presión sobre líquido, los gases disueltos revientan y se extraen Contienen más de estructura estructural) Ej: el arena y agua. de la cámara por medio de bomba de vacío. Lasfuera propiedades resultantes nouna corresponden a las de las fases componentes individuales Ej. Libre yaarmado de gases en la lingotera, éste se solidifica en un metal de alta pureza. hormigón

DESGASIFICACION EN LA OLLA DE COLADA. En este proceso, el metal derretido se desgasifica en la olla de colada. Se hace descender un recipiente de

4.1.3.

Combinación vacío calentadoquímica. de modo que su boquilla de absorción quede por debajo del nivel líquido del metal fundido. La presión atmosférica impulsa al metal fundido hacia arriba dentro de la cámara de vacío, en donde los

Intervienen reacciones atómicas, formándose un compuesto de propiedades distintas a gases revientan y se extraen mediante la bomba de vacío. La elevación del recipiente de vacío permite que el las de sus componentes. (Metal + Oxígeno = Oxido metálico). metal fundido fluya de vuelta, por la fuerza de gravedad, dentro de la olla de colada. Este ciclo se repite varias veces hasta que la totalidad del material fundido en la olla se ha desgasificado.

4.1.4.

Solución.

Mezcla que llega a la interpolación molecular, (Agua + sal). Puede ser sólida o líquida. También se puede definir como una sola fase con más de un componente, en la que los componentes se unen 3.3. formando Productosuno obtenidos. nuevo. En una solución puede cualquiera los siguientes casos: Fundición en arena. Esocurrir el modelado de unde metal "vertiendo" metal fundido en un molde. La arena es un material especialmente bueno para hacer moldes. Puede resistir a temperaturas muy altas y se Un átomo puede ser substituido por otro, en sitios de la red pertenecientes a la estructura de la puede moldear en formas complejas. Entre los metales de fundición más corrientes están el hierro fase. colado, acero, aleaciones de aluminio y latón. Los bloques del motor de automóviles, soportes para Los átomos pueden colocarse en intersticios de la estructura. maquinaria pesada, tapas de registro... son ejemplos de productos fundidos en arena. El soluto no modifica la estructura del solvente. Fundición a presión. El metal fundido es forzado a entrar en la cavidad que hay entre los troqueles a Las soluciones tienen propiedades diferentes a las de los materiales solutos. una presión elevada. Después de que se ha inyectado el metal, la presión se mantiene mientras el metal se solidifica. Entonces los portatroqueles se abren y la pieza fundida es expulsada automáticamente. La fundición a presión se limita a metales no ferrosos cuyas temperaturas de fusión no dañan los troqueles.

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METALES METALES

4.2. Aleación. 4.3.1. Diagrama de fases de Cuando sustancias Soluciones y solubilidad. se puras. empiezan a combinar materiales distintos -como al agregar elementos de aleación a un metal-, se producen soluciones. Es importante conocer la cantidad de

Una sustancia pura como el agua puede existir compuesto en las fasesdesólido, líquido y gas, uno dependiendo de Producto homogéneo propiedades 2 o más de losdecuales cada material que se de puede combinar metálicas sin producir una fase adicional, eselementos, decir, la solubilidad un las condiciones de temperatura y presión. Un ejemplo típico de dos fases de una sustancia pura en otro. ser un metal , sin que haya combinación química entre ellos. También se podría almaterial menosendebe equilibrio es un vaso de agua con cubos de hielo. En este caso el agua, sólida y líquida, da lugar a definir como solución en la que uno de sus componentes es un metal. dos fases distintas separadas por una fase límite, la superficie de los cubos de hielo. Durante la Solubilidad ilimitada: ebullición del en agua, agua líquida agua vapor fasescomponentes, en equilibrio.por separado son una Se mezclan un el recipiente agua y y el alcohol. Cada son uno dos de estos

TEMPERATU RA

fase distinta. Al uno en otro y revolver, solamente se producirá una fase. El recipiente contendrá una Latónde= cobre zinc. con estructura, Bronce = cobre + yestaño. Acero hierro solución agua y+ alcohol, propiedades composición únicas. El = agua y el+ carbono. alcohol son solubles entre sí. Tienen una solubilidad ilimitada, e independientemente de la relación de cada uno de ellos, al mezclarlos sólo se produce unaEn fase.el diagrama de fases presión-temperatura (PT) del agua 4

3b

Is

a

existe un punto triple a baja presión (4579 torr) y baja Por medio de las aleaciones se les dan a los metales características que no poseen por si mismos: temperatura donde las fases sólida, líquida y De igual forma, si se mezcla cualquier cantidad (0,0098 de cobre°C) líquido y de níquel líquido, sólo se obtendrá una sola fase líquida. Las La aleación de gaseosa coexisten. fases líquida y gaseosa existen a lo líquido tendrá la misma composición, propiedades y estructura en todasy las fases líquida y sólida largo de la línea de vaporización - ambos Mayor resistencia y dureza. partes, porque componentes tienen solubilidad ilimitada. a lo largo delíquida la línea de congelación. Estas líneas son líneas Mayor resistencia a los impactos. de equilibrio entre dos fases. c Si la aleación - líquida Aumento de la resistencia al desgaste. cobre-níquel se solidifica y se enfría a temperatura Aumento de la resistencia la ambiente, sólo se produce una faseDiagrama sólida. a Después de la de solidificación, decorrosión. equilibrio fases aproximado presión-temperatura los átomos -de cobre y de níquel no separa separan, Mejoramiento de maquinabilidad (PT) el aguasino pura.que se sitúan de manera aleatoria en los puntos de la red. En el interior de la fase sólida, la estructura, propiedades y composición son uniformes y no existe interfase alguna entre los átomos de cobre y de níquel. Por tanto, el TIEMPO cobre y el níquel también tienen solubilidad sólida ilimitada. La fase Existen varios tipos de aleaciones entre ellas se encuentran sólida es una solución sólida.

Los metales en sólida estadosustitucional sólido, como: anteriormente seatómicos ha explicado, tienen estructura Disolución Los volúmenes de 2 elementos se parecen y se cristalina . Una solución sólida no es una mezcla. Las mezclas contienen más de un tipo de fase y sus componentes cristalizan en un mismo sistema. conservan sus propiedades individuales. Los componentes de una solución sólida se disuelven uno en el otro y no

El paso del estado sólido al líquido exige una gran cantidad de energía calorífica (necesaria sus características - retienen Disolución sólida conpropias. compuesto intersticial : Los pequeños átomos de uno de los para romper la red cristalina). elementos se colocan entre la red de átomos del otro metal formando una aleación intersticial. En el estado líquido (t a > fusión) existen preagrupaciones semejantes al estado sólido que se denominan gérmenes (agrupaciones atómicas en el seno de la masa líquida con una estructura limitada: -Solubilidad Compuesto intermetálico : Formado por 2 elementos con punto de fusión definido y que no cristalina iguallaaley la del metal sólido o alenlaces menos son compatible sus planos cristalinos). cumplen con de la valencia , los entre el con metálico y el covalente. se agrega una pequeña cantidad de Azúcar (primera fase) a unla energía calorífica absorbida). -Cuando El paso del proceso líquido al sólido es inverso (desprende vaso con agua (una segunda fase) y se revuelve, el Azúcar se disuelve totalmente en el agua. Se obtendrá sólo una fase: agua azucarada. Sin embargo, si al agua se le agrega demasiada Azúcar, el exceso se hundirá en el fondo del vaso. Ahora se tienen dos fases, agua saturada con azúcar, más la sólida excedente: el Azúcar tiene solubilidad limitada en el agua.

A

4.3. Diagramas de fases METAL

ALEACION

Curva de enfriamiento del metal en función del tiempo.

Curva de enfriamiento de una aleación entre dos metales

(Mipresentes + M 2) en función tiempo. de materiales a varias Son representaciones gráficas de las fases que están en undel sistema Si al cobre líquido se le agrega una pequeña cantidad de zinc presiones y composiciones. C temperaturas, líquido, se producirá una sola solución líquida. Cuando dicha solución de cobre y zinc se enfría y se solidifica, da como resultado < D una solución sólida con los átomos de cobre y de zinc localizados tr de manera aleatoria en los puntos normales dediagramas la red. Sin embargo, < Información que podemos obtener de los de fase: tr si la solución líquida contiene más de un 30 por ciento de zinc,

- algunos Conocer queátomos fases están a diferentes composiciones y temperaturas bajo de los de zincpresentes excedentes se combinarán con condiciones de enfriamiento algunos de los átomos de cobre, paralento formar(equilibrio). un compuesto Cu-Zn. -

Averiguar la solubilidad, en el estado sólido y en el equilibrio, de un elemento (o compuesto) en otro.

Ahora coexisten dos fases sólidas: una solución sólida de cobre saturado, con aproximadamente 30 % de zinc, y un compuesto Cu-Zn. La solubilidad del zinc en Determinar la temperatura a la cual una aleación enfriada bajo condiciones de equilibrio el cobre es limitada.

comienza a solidificar y la temperatura a la cual ocurre la solidificación.

La figura muestra una porción del diagrama de fases Cu-Zn ilustrando la del la zinc en el cobre aa la bajas Lafundirse solubilidad aumenta al -solubilidad Conocer temperatura cualtemperaturas. comienzan a diferentes fases. incrementarse la temperatura. AB ^Enfriamiento del metal fundido. Desprende gran cantidad de calor específico. ts ^ Temperatura de En el caso extremo, pudiera no existir prácticamente nada de solubilidad entre un solidificación. material y otro. Esto es cierto para el aceite y el agua, o para aleaciones de cobre ^ Rellano de solidificación. yBC plomo. CD ^ Enfriamiento del metal en estado sólido.

27 28

METALES

4.3.1.1.

Regla de las Fases de Gibbs.

Un sistema está en equilibrio cuando no se producen en él transformaciones en función del tiempo. La regla de las fases de Gibbs es una ecuación que permite calcular el número de fases que pueden coexistir en equilibrio en cualquier sistema:

V+F=C+2

V= (Varianza) número de fases que pueden coexistir en el sistema elegido C = número de componentes en el sistema (elemento, compuesto o solución) F= grados de libertad (número de variables: presión, temperatura y composición)

En metalurgia

V+F=C+1

4.3.2.

En los metales la presión no influye, puesto que en estado líquido son incomprensibles, y por lo tanto sólo depende de la concentración y la temperatura.

Solubilidad Sólida Completa (Diagrama isomorfo).

Un diagrama de fases muestra las fases y sus composiciones para cualquier combinación de temperatura y composición de la aleación. Cuando en la aleación sólo están presentes dos elementos, se puede elaborar un diagrama de fases binario, en los que sólo se forma una fase sólida; los dos componentes del sistema presentan solubilidad sólida ilimitada. Si consideramos dos metales que pueden formar diferentes aleaciones en función de sus porcentajes y dibujamos sus gráficas de enfriamiento obtenemos.

Uniendo los puntos que para cada composición definen los intervalos de solidificación, obtenemos dos nuevas curvas, una superior que define la fase liquida de las diferentes aleaciones, y otra inferior, que define la fase sólida.

La curva superior limita la totalmente homogénea líquida

fase

V= C-F+1 = 2-1+1= 2 Variantes. La curva inferior homogénea sólida

limita la TIEMPO

fase

V= C-F+1= 2-1+1= 2 Variantes AB ^ Fase líquida. Ti ^ Comienza la solidificación del metal M 1. BC ^ zona intermedia limita coexistencia Intervalo de La solidificación T2 ^ Solidificación total. CD ^ Enfriamiento. de dos fases V= C-F+1= 2-2+1= 1 Variante

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METALES

4.3.3.

Temperaturas de líquidus y de sólidus.

La curva superior en el diagrama es la temperatura de líquidus. Se debe calentar una aleación por encima de líquidus para producir una aleación totalmente líquida que pueda ser colocada para obtener un producto útil. La aleación líquida empezará a solidificarse cuando la temperatura se enfríe hasta la temperatura de líquidus. La temperatura de sólidus es la curva inferior. Una aleación de este tipo, no estará totalmente sólida hasta que el metal se enfríe por debajo de la temperatura de sólidus. Si se utiliza una aleación cobreníquel a altas temperaturas, deberá quedar seguro que la temperatura durante el servicio permanecerá por debajo de la temperatura de sólidus, de manera que no ocurra fusión. Las aleaciones se funden y se solidifican dentro de un rango de temperatura, entre el líquidus y el sólidus. La diferencia de temperatura entre líquidus y sólidus se denomina rango de solidificación de la aleación. Dentro de este rango, coexistirán dos fases: una líquida y una sólida. El sólido es una solución de átomos de los compuestos involucrados; a las fases sólidas generalmente se les designa mediante una letra minúscula griega, como a^nXa.

4.3.3.I.

Fases presentes.

A menudo, en una aleación a una temperatura en particular interesa saber qué fases están presentes. Si se planea fabricar una pieza por fundición, debe quedar seguro que inicialmente todo el metal esté líquido; si se planea efectuar un tratamiento térmico de un componente, se debe procurar que durante el proceso no se forme líquido. El diagrama de fases puede ser tratado como un mapa de carreteras; si se sabe cuáles son las coordenadas, temperatura y composición de la aleación, se podrán determinar las fases presentes.

4.4. Tipos de aleaciones.

Las Aleaciones suelen dividirse en dos categorías: ferrosas y no ferrosas. -

En las Aleaciones No Ferrosas intervienen metales diferentes al Hierro. Aleaciones de Aluminio Aleaciones de Magnesio Aleaciones de Cobre Aleaciones de Cobalto y Níquel Aleaciones de Titanio -

Las Aleaciones Ferrosas están basadas en el Hierro como el constituyente principal. Aceros Simples Aceros Inoxidables Hierros Fundidos

4.4.1. Aleaciones No Ferrosas. Aleaciones de Aluminio El Aluminio es un Metal ligero, con una densidad de 2.70 g/cm , o sea, con un tercio de la densidad del acero. Aunque las aleaciones de aluminio tienen propiedades a la tensión relativamente bajas comparadas con las del acero, su relación resistencia-peso es excelente. El Aluminio se utiliza cuando el peso es un factor importante, como ocurre en las aplicaciones aeronáuticas y de automotores.

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METALES

5. TRATAMIENTOS: TÉRMICOS, MECÁNICOS Y QUÍMICOS. Aleaciones de Magnesio Son procesosesamás los ligero que seque somete los metales y aleaciones ya 1.74 sea g/cm para 3modificar su Aleaciones estructura, El Magnesio el Aluminio, con una densidad de . Aunque las cambiar la forma y tamaño de sus granos o bien por transformación de sus constituyentes. de Magnesio no son tan resistentes como las de Aluminio, sus relaciones resistencia-peso son comparables. En consecuencia, las aleaciones de Magnesio se utilizan en aplicaciones El objeto de los tratamientos mejorar ylas propiedades mecánicas, aeroespaciales, maquinaria de altaesvelocidad, equipo de transporte y manejoodeadaptarlas, materiales. dándole características especiales a las aplicaciones que se le van a dar la las piezas de esta manera se obtiene un aumento Aleaciones de Cobrede dureza y resistencia mecánica, así como mayor plasticidad o maquinabilidad para facilitar su conformación. Las Aleaciones de Cobre son más pesadas que el Hierro pero tienen mayor resistencia a la fatiga y al desgaste abrasivo que las aleaciones de Aluminio y de Magnesio; presentan excelente Los tratamientos pueden serligeras mecánicos, térmicos o consistir en la aportación de algúnuna elemento a la ductilidad,de resistencia superficie la pieza. a la corrosión, conductividades eléctrica y térmica. Las aleaciones de Cobre son únicas en cuanto a que pueden seleccionarse para producir un valor decorativo apropiado. El Cobre puro es rojizo. Las adiciones de Zinc producen un color amarillo dorado y el Níquel un color plateado. Aleaciones de Níquel y Cobalto 5.1. Tratamientos térmicos. Las Aleaciones de Níquel y Cobalto se usan para obtener protección contra la corrosión y para Significa aplicar calor hacer el ametal más maquinable, transformándolo en más lograr resistencia a la para deformación temperaturas elevadas, aprovechando sus altosblando, puntosmás de dúctil, su resistencias constituciónmecánicas. y propiedades físicas... regulando los constituyentes y el tamaño de fusión cambiar y elevadas grano. Aleaciones de Titanio Es un fenómeno reversible ^ cuando se calienta un material con el fin de trabajarlo puede dar lugar a El Titanio proporciona excelente resistencia a la corrosión, alta relación resistencia-peso y efectos perjudiciales. propiedades favorables a temperaturas altas. Para que un tratamiento térmico sea beneficioso se tiene que controlar: Uniformidad de material: Mismo material ^ composición entre los límites fijados. Homogeneidad del material ^ sin inclusión, grietas. Consiste en calentar un metal y enfriarlo lentamente. Uniformidad de tratamiento: Instalación adecuada (hornos, baños.). Calentamiento y enfriamiento en todas las direcciones: longitud, Sirve para: - Eliminar tensiones internas. 4.4.2. Aleaciones -Ferrosas Aceros sección.homogénea. Lograr una estructura Temple.

Recocido.

Revenido.

Si estas condiciones se cumplen se obtienen resultados uniformes. Simples o deelBajo Carbono Se calienta metal y se enfría rápidamente. En este proceso, el carbono pasa de su estado elemental o no combinado carbono combinado, imprimiendo Los Aceros suelen clasificarse mediante al lasde Euronormas y los sistemas AISI y SAE los cuales usan dureza al metal. una cantidad de cuatro o cinco dígitos. Los dos primeros se refieren a los dos elementos de aleación Aumenta la dureza, elástico a tracción. más importantes y límite los dos o tresy resistencia últimos números indican el porcentaje de Carbono. Un acero Disminuye la tenacidad y el alargamiento. EN1040 es un Acero con 0.40 % de Carbono, sin otros elementos aleantes. Igualmente un acero EN10120 es un Acero que contiene 1.20 % de Carbono. Un acero EN 4340 es un acero aleado que contiene 0.40 % de Carbono. El 43 indica la presencia de otros elementos aleantes. Se ablanda el metal para eliminar tensiones internas producidas por tratamientos mecánicos (es común recocer los alambres posteriormente al trefilado). El Hierros Fundidos enfriamiento es más lento que en el temple y se obtiene mayor dureza. Las fundiciones o Hierros Fundidos son aleaciones Hierro-Carbono-Silicio que por lo general contienen entre 2 y 4 % de C, y entre 0.5 y 3 % de Si. Tratamiento térmico ta < ta crítica posterior al temple, y enfriamiento al aire o aceite.Inoxidables Aceros Tiene como fin eliminar las tensiones de temple y reducir la dureza y resistencia Los Aceros Inoxidables seyutilizan por su excelente resistencia a la Corrosión. Todos los verdaderos aumentando la ductilidad disminuyendo la fragilidad. Aceros Inoxidables contienen un mínimo de 12 % de Cromo, lo que permite la formación de una delgada capa protectora de Oxido de Cromo cuando el Acero se expone al Oxígeno. Algunos contienen Níquel en una proporción menor.

32

33

METALES

5.2.Tratamientos mecánicos. Se somete al metal (en estado frío o caliente) a deformaciones para mejorar sus propiedades mecánicas y además darle formas determinadas. En los tratamientos mecánicos, la masa metálica sufre cambios de dimensiones más o menos bruscos y está sometida a tensiones unas veces uniformes y dirigidas en todos los sentidos, y otras veces en sentidos diferenciados, es decir, sus granos (y las impurezas y defectos) son deformados alargándose en el sentido de la deformación. Los tratamientos mecánicos: -

Forja.

Tratamientos mecánicos caliente

Aumentan la resistencia a la tracción, la dureza y el límite elástico. Disminuyen el alargamiento porcentual y la tenacidad.

en

Es la operación de trabajar un metal o cambiar su forma golpeándolo con golpes secos, generalmente en caliente, por medio de un martillo u otro instrumento adecuado. Sirve para dar cohesión, reducir la fragilidad inicial debida a una estructura cristalina basta (se reduce el volumen). La forja que ha alcanzado la temperatura especificada aumenta la plasticidad del metal, y disminuye las fuerzas necesarias para trabajarlo.

Se puede realizar: - Martillo (forja a martillo o martillado). Curvar o doblar es formar el metal en caliente o en frío de tal modo que varíe su forma primitiva recta. Estirar es el proceso de alargar una pieza de metal en una o más direcciones, ya sea martilleándolo o prensándolo. El término significa siempre una disminución del área de la sección transversal, con el correspondiente aumento en la longitud o en anchura. Conformar se llama el procedimiento de dar forma o contornó determinado a una pieza de metal por medio del martillado. - Estampación. Es la formación de un componente con una barra metálica o palanquilla entre dos medios troqueles. El metal caliente se coloca en el troquel inferior y el golpe de un martillo mecánico la fuerza a entrar en la cavidad entre el troquel superior y el inferior. Entre los metales utilizados en la forja de estampación están el acero bajo en carbono y el acero medio de carbono, el aluminio y las aleaciones de cobre.

34

METALES

Laminación en caliente. . Laminador Consiste en hacer pasar una cilindros que giran en sentido de la pieza modificando sus veces la forma. P lan c h onQ s

pieza entre dos contrario al avance dimensiones y a

Se emplea para:

Calentamiento

Modificar las propiedades físicas (resistencia al corte, desgaste, rayado, tenacidad). Cuando se requiere una extremada precisión en cuanto a dimensiones. Para obtener superficies muy lisas. Para producir secciones complicadas y delgadas. La laminación en caliente ^ semiproductos ^ laminación en frío ^ productos. Se fabrica: chapas, láminas, tubos (con soldadura y sin soldadura) perfiles... Uso importante en las estructuras metálicas, tubos.

Las palanquillas, después de ser recalentadas, se procesan en un laminador de barras en pasos sucesivos y se transforman en barras redondas lisas o con resaltes para hormigón, barras cuadradas; todos ellos, productos terminados ampliamente utilizados como materiales de construcción y en la manufactura de alambres, clavos, tornillos, bolas para molinos, pernos, etc. Trefilado. Cuando el alambre tiene que tener una sección determinada, calibrada, o pequeño 0 se aplica este sistema. Consiste en el estirado del alambre (fabricado por laminación) , haciéndole pasar por tracción a través de una hilera (especie de embudo) del diámetro requerido, recogiéndose finalmente el material en una bobina, para servirlo en rollos.

Extrusión por percusión-extrusión hacia delante. Este proceso consiste en conseguir hacer entrar un cilindro caliente de metal en un troquel de extrusión empleando un ariete hidráulico. De esta forma se puede producir un número casi infinito de secciones transversales sólidas. Entre los productos fabricados con perfiles extraídos están: marcos de puertas y ventanas, componentes para cerraduras, cintas para cantos, etc. El mayor número de secciones producidas se fabrican con aluminio y latón.

35

METALES

5.2.2. Tratamientos Mecanizado. mecánicos en frío. 5.2.1. Proceso el cual la pieza porla fundición, forja... se reduce a sus correctas Son los mediante tratamientos realizados porobtenida debajo de temperatura de recristalización. Pueden ser dimensiones herramientas de corte. profundos o mediante superficiales. Se consigue: Aumento de la dureza y la resistencia a la tracción. Se disminuye la plasticidad y tenacidad del metal. Cambio en la estructura: deformación de granos y tensiones originadas, se dice entonces que el metal tiene acritud (cuanto más deformación, mas dureza) Fragilidad en el sentido contrario a la deformación (falta de homogeneidad en la deformación iguales tensiones en las diferentes capas del metal) Cuando el metal tiene acritud, solo debe usarse cuando no importe su fragilidad o cuando los esfuerzos solo actúen en la dirección de la deformación TRABAJO TORNO

CON La rotación es la operación más básica que se lleva a cabo en un torno. La herramienta se puede mover de un lado a otro, a lo largo y en ángulo con la pieza Laminación que se trabajaen enfrío. la máquina. Entre otras operaciones del torno están: taladrado y roscado El torno central es solamente adecuado para "producción de piezas distintas cada Consiste envez". hacer pasar una pieza “fría” entre dos cilindros que giran en sentido contrario al pieza modificando sus dimensiones ESTAMPACIÓN Esavance uno dede loslaprocedimientos de prensa más sencillo. Se usa una perforadora y a vecespara la forma. endurecida acuñar el metal laminado a través de un troquel.

TROQUELADO

FRESADO

TALADRO

Este proceso es normalmente complemento del laminado en caliente. Se suele complementar Es el modelado de componentes del metal laminado entre una perforadora y un con un recocido. troquel. Los componentes fabricados de esta forma tienen medidas muy exactas y el endurecimiento por medios mecánicos le proporcionan resistencia y rigidez. Laminación en frío ^ productos. Se fabrican por este método chapas, láminas, El fresado es el empleo de una cortadora giratoria que da forma a la pieza metálica tubos... que se trabaja en la maquina. La pieza esta sujeta a una mesa que se puede mover con relación a la fresa. Encabezamiento en frío. Taladrar un agujero circular es una de las operaciones más corrientes de cortes de metales. La herramienta cortante suele ser una barra espiral. En industrias son Es el proceso de convertir barras de metal frío o alambres en componentes "apretando" el metal corrientes las cavidad taladradoras pluricabezales. contra una del troquel. El latón, el acero inoxidable, el acero bajo en carbono y el de contenido medio de carbono son los materiales más usados por lo general en este proceso. El uso más conocido de este proceso es el de la fabricación de pernos, tornillos, remaches y clavos.

Laminador de roscas. Es un método de aplicar una rosca a pernos hechos a máquina producido por encabezamiento en frío. Las acanaladuras y los engranajes helicoidales son algunas de las formas que se pueden hacer formando perfiles con rodillos.

Rectificado. Es el proceso de eliminación por medio del contacto autolimpiador de un material abrasivo como el carborundo. A diferencia del corte profundo con una herramienta metálica, el rectificado aplica sólo una fuerza diminuta a la pieza que se trabaja en la máquina.

36

METALES

-

Cementación líquida o cianuración: Calentamiento del metal en un baño de cianuro sódico + (dos sales inertes: cloruro, carbonato sódico). La capa cementada contiene carbono y nitrógeno y aun siendo menos profundidad que en otros procesos posee mayor dureza. Es un método peligroso por la utilización de productos muy venenosos.

-

5.3.2.

Cementación gaseosa: Los metales pueden cementarse con gases inestables que aporten carbono. Para ello se calientan en contacto con hidrocarburos (metano, propano, gas natural...), que se descomponen principalmente en carbono e hidrógeno

Nitruración.

Es el proceso de endurecimiento superficial de aleaciones férreas mediante el cual se consigue la formación de una capa dura por absorción y difusión de nitrógeno, sin necesidad de tratamiento térmico alguno. Dureza por nitruración ^ 1.000 ud. Vikers. Dureza por cementación ^ 700 ud. Vikers.

5.3.3.

Encalado.

Se introduce el metal en una cuba de agua e hidróxido de cal, calentándolo con vapor de agua. Adquiere así al material una ligera capa lubricante para posteriores operaciones de trefilado, estampado...

5.3.4.

Fosfatado.

Consiste en introducir el metal en una cuba con agua y fosfato de cinc (calentado a partir de vapor 5.3. Tratamientos químicos. de agua) 5.3.1. Cementación. El material adquiere una capa protectora antioxidante y lubricante para procesos posteriores más Tratamiento mediante el cual se impregna superficialmente un metal con carbono a una temperatura complejos (más que el encalado). inferior a la de su punto de fusión. Con este procedimiento se aumenta su dureza superficial sin que el metal pierda su tenacidad (el temple aumenta la dureza pero disminuye la tenacidad). 5.3.5.El proceso Decapado. se realiza en dos etapas: una de aportación del carbono en la que es importante controlar la cantidad y penetración y otrade deóxido distribución. Operación que consiste ensuperficial, limpiar la capa o calamina del hierro o acero, sumergiendo el material en una cuba de ácido sulfúrico, rebajado en agua y calentado con vapor de Después de la cementación se deben tratar térmicamente las piezas (temple sencillo, temple + agua. revenido.). Posteriormente, se realiza el enjuague, sumergiendo el material en una cuba de agua corriente, para eliminar los restos de ácido. -

Cementación sólida: Se rellenan cajas con materiales cementantes y piezas metálicas y se introduce en un horno a temperatura adecuada el tiempo necesario para alcanzar la profundidad necesaria. Este proceso necesita un enfriamiento lento por lo que es difícil controlar la profundidad y homogeneidad de la cementación. El método tradicional es usar como “cemento” carbón nuevo mezclado con carbón usado (cenizas de huesos, astas.). 2 CO = C + CO 2

38 37

Símbolo

Al

Número Atómico

13

Punto de Fusión

660,32 °C

Punto de Ebullición Densidad Color

2519°C

5. EL ALUMINIO 2,70 g/cm3 a 20 °C Plateado-blanco. El aluminio es tercer elemento más abundante de la tierra. Constituye aproximadamente el 8% de su corteza. Sólo el silicio y el oxígeno son más abundantes. Sólo existe en la naturaleza en combinación con otros materiales - silicatos y óxidos- muy estables, que dificultaron el desarrollo de métodos para obtener el aluminio en un estado razonablemente puro. Como metal su uso común es muy reciente. Las primeras civilizaciones utilizaban adobes ricos en aluminio para crear cerámica y sales de aluminio para hacer medicinas y colorantes. En 1808, Sir Humphrey Davy de Gran Bretaña, estableció la existencia del aluminio y le dio su nombre. En 1821, Pierre Vertier encuentra en Provenza una piedra dura, rojiza y parecida a la arcilla, que contenia un 52% de óxido de aluminio, a la que denominó Bauxita. El aluminio no fue aislado como tal hasta 1825. El primer lingote de aluminio se presentó al mundo en 1855 en la Exposición Universal. 30 años más tarde, en 1886 simultáneamente el francés Paul Heroult y el americano Charles Martin Hall hallarían el procedimiento industrial para la obtención del aluminio a partir de la electrólisis. La presencia de este metal en la arquitectura se remonta a 1897 con la construcción de la cúpula de la iglesia de Sant Joaquino con aluminio impuro.

5.1. Propiedades.

Entre estas combinaciones naturales destacan: ortosa o feldespato potásico [KAlSi 3O8], albita o feldespato sódico [NaAlSi 3O8], anortita o feldespato cálcico [CaAl 2Si3O8], moscovita o mica de potasio [KAl 2(AlSi3O10)(OH,F)2], caolín o caolinita [Al 4(Si 4Oio)(OH)8], corindón [Al 2O3] y arcillas (mezclas de productos de descomposición de silicatos de aluminio (granito, gneis, feldespatos) por acción del agua, dióxido de carbono, calor, etc).

La bauxita [Al 2O3.xH2O], óxido de aluminio hidratado impuro, es la fuente comercial de aluminio y de sus compuestos.

5.3. Obtención El procedimiento de extracción consta de dos fases: Extracción del óxido de aluminio puro Al 2O3 (alúmina) de la bauxita. La alúmina se obtiene a partir del método químico desarrollado por K. J. Bayer consistente en una serie de reacciones químicas desencadenadas cíclicamente que comienzan mezclando bauxita triturada con soda cáustica liquida y calentada a baja presión obteniendo así hidróxido de aluminio. Este se separa del residuo insoluble (lodo rojo) por precipitación. Por calcinación del hidróxido se obtiene la alúmina con apariencia de un polvo blanco como la sal de cocina.

Reducción electrolítica del óxido de aluminio. En 1886 Charles Martin Hall en los Estados Unidos y Paul L. T. Héroult en Francia descubrieron por separado y casi simultáneamente que el óxido de aluminio o alúmina (P.F. 2050°C) se disuelve en criolita (Na 3AlF) fundida (a 950°C) en una mezcla de densidad inferior a la del aluminio, con lo que éste sedimenta, evitándose su oxidación con el oxígeno atmosférico, pudiendo ser descompuesta electrolíticamente en una cuba que actúa de cátodo con electrodos de carbón que actúan de ánodo. En el cátodo se deposita aluminio líquido, ya que el baño se encuentra a una temperatura superior a la de su punto de fusión, que cae por gravedad al fondo de la cuba electrolítica de 5.3.6. se retira. Metal muy electropositivo y extremamente reactivo. donde 5.3.7. Al contacto con el aire se cubre rápidamente con una capa dura y transparente de De este proceso sale, elresiste aluminio un 93.3Esto y 99.8 % de Paraa producir unapero tonelada de óxido de aluminio a lacon corrosión. hace quepureza. sea inerte los ácidos, no a los aluminio se requieren de cinco toneladas de bauxita para dos toneladas de alúmina con un alcalís. consumo de 13000 5.3.8. Es un Kw/H. metal ligero. 5.3.9. Es un buen conductor de electricidad, sólo superado por el cobre. El aluminio obtenido se denomina y no es utilizado en esta forma sino con otros 5.3.10. El aluminio puro tieneprimario unas propiedades mecánicas reducidas pero aleado sus aleaciones metales que le puntos aumentan cualidades y propiedades como resistencia a la corrosión y consiguen muy sus elevados. características mecánicas y deconductibidad elasticidad. Las aleaciones del aluminio se presentan en forma de 5.3.11. Tiene una buena térmica. tochos placas para laminación y lingotes para mecánica. fundiciones y son materia prima 5.3.12. para extrusión, Es maleable y dúctil pero tiene escasa resistencia para las industrias transformadoras. 5.2.Minerales El consumo energético del proceso es muy grande. Actualmente, el mineral criolita ha sido reemplazado una mezclaen de forma fluoruros de sodio, método más moderno es Se encuentra por normalmente de silicato dealuminio aluminioy calcio. puro o Otro mezclado con otros metales la electrólisis del AlClhierro, El reciclado requiere de un libre. 5% del consumo 3 , sin fundente. como sodio, potasio, calcio y magnesio, pero nuncamenos como metal Los silicatoseléctrico no son gastadoútiles, para obtener la misma cantidaddifícil de aluminio de la bauxita. menas porque es extremamente y caro extraer el aluminio de ellas.

1 2

5.3.1. Manufacturas del aluminio. El proceso productivo se inicia con la fundición del aluminio primario (con una riqueza del 99.7%), aleándolo con diferentes elementos como el magnesio, silicio, cobre, manganeso, entre otros, que le proporcionan diferentes propiedades físicas y mecánicas, dependiendo de su uso final. La planta de fundición provee de materia prima a la planta de extrusión con lingotes, a la planta de laminación con placas en gran variedad de anchos y longitudes. Con el fín de asegurar la uniformidad en propiedades y composición de las placas y lingotes, estos se introducen en hornos de homogeneizado, donde se consigue una composición homogénea y la liberación de tensiones internas que puedan haberse creado durante el colado del metal.

5.3.1.1.

Extrusión.

El proceso de extrusión consiste en hacer pasar a una gran presión un lingote cilíndrico precalentado, por el orificio de una matriz que configura la forma del perfil de aluminio. Este perfil puede ser tubular y sólido dependiendo de la necesidad. Una vez esta barra está fría se corta en piezas más pequeñas y cada una de esta se alarga de las puntas para que queden completamente rectas. Por ser un proceso de trabajo en caliente, la mayoría de los perfiles se deben tratar térmicamente para aumentar su resistencia.

5.3.1.2.

Laminación.

El proceso de laminación consiste en hacer pasar una placa de aluminio a través de dos rodillos, los cuales ejercen una presión determinada que aplasta dicha placa hasta lograr el calibre deseado. De esta manera se producen láminas lisas y en rollos, discos.......

5.3.1.3. Templado. Las deformaciones a que se someten los productos de aluminio durante su elaboración, ocasionan que sus propiedades mecánicas varien en relación directa a la magnitud de dichas deformaciones. Algunas aleaciones de alumino pueden aumentar o disminuir sus propiedades mecánicas mediante tratamientos térmicos, mientras que otras sólo pueden ablandarse por este medio; las primeras se denominan aleaciones tratables térmicamente, y las otras, aleaciones no tratables térmicamente. El sistema de designación de temples está basado en las secuencias de los tratamientos básicos utilizados. Posteriormente a la designación de la aleación, separada por un guión entre las dos aparecen las letras F,T,H y O.

3

F:

de fabricación - Se aplica a productos obtenidos por procesos de deformación en los que no se tiene especial control de las condiciones térmicas ni de endurecimiento por deformación.

O:

recocido - Se aplica a productos trabajados mecánicamente que han sido recocidos con el objeto de obtener el estado de más baja resistencia.

H:

endurecimiento por deformación - Se aplica a productos obtenidos por trabajo mecánico que han sido reconocidos con el objeto de obtener estados intermedios de resistencia.

T:

Previamente tratado térmicamente - Se aplica a productos tratados para obtener temples estables, con o sin endurecimiento por trabajo mecánico.

Aluminio de 99,00%mínimo de pureza

1xxx

Grupo de aleaciones de aluminio según el elemento de aleación principal Cobre

2xxx

Manganeso

3xxx

Silicio

4xxx

Magnesio

5.4 Acabados de superficie y estructuras

Magnesio y Silicio

6xxx Para un mejor acabado, las barras de aluminio siguen un proceso de acabado: anodizado o lacado. 7xxx

Zinc

Otros elementos5.4.1.

Anodizado.

5xxx

8xxx

Seriales no usados El anodizado es un proceso por el que se se transforma la superficie 9xxxdel aluminio en óxido de aluminio. Este óxido constituye una excelente protección y ofrece una alta resistencia a la corrosión en cualquier ambiente al que se exponga. 5.4.2.

Lacado.

El lacado es el proceso por el cual se añade un revestimiento de color al aluminio. Es preciso calentar el aluminio a la temperatura justa para conseguir la adherencia del pigmento de color (que es en polvo).

5.5. Aleaciones El aluminio es un metal con unas propiedades metálicas muy reducidas, por lo que para su utilización se alea con otros metáles como el magnesio, silicio, cobre, manganeso, entre otros, que le proporcionan diferentes propiedades físicas y mecánicas, dependiendo de su uso final. Para designar tanto el aluminio como sus diferentes aleaciones se utiliza un sistema numérico de cuatro dígitos. (norma ANSIH35.1)

El segundo dígito indica modificaciones de la aleación original o de límites de impurezas. Los dos últimos dígitos identifican la aleación de aluminio o indican la pureza del aluminio.

4

5.6.Aplicaciones productos perecederos. Unido a su poco peso, facilidad de moldeado y a su compatibilidad con comidas y bebidas, el aluminio se usa mucho en contenedores, envoltorios flexibles, y botellas y latas de fácil apertura. Uno de los aspectos más importantes del uso del aluminio es su reciclaje total, de esta manera se disminuye considerablemente los gastos para producir este metal. -

Por su alta resistencia a la corrosión, las magníficas propiedades estructurales, la calidad de fabricación y su coste relativamente bajo, en arquitectura e industria. Se puede utilizar en puertas, ventanas, contraventanas, muros...

-

Por su resistencia a la corrosión al agua del mar, se utiliza para fabricar cascos de barco y otros mecanismos acuáticos.

-

Por su elevada reflexión para la luz visible y el calor radiante, el aluminio evaporado al vacío, forma una capa óxido que no se deteriora como las de plata. Se usan para la construcción de espejos de telescopios, papeles decorativos, empaquetado, juguetes, etc. La alúmina se usa en la fabricación de vidrios y material refractario y como catalizador.

-

El sulfato se usa en la fabricación de colas, curtientes... en la industria papelera se emplea para coagular fibras de celulosa y obtener una superficie dura e impermeable.

El perfil de aluminio con puente térmico está compuesto por dos partes de aluminio unidas poliamidas tipo PA66, cargadas con un 25% de fibra de vidrio (para dar rigidez). 5.7.mediante Compatibilidad con otros materiales. 5.7.1. Aluminio - otros metales. La ventaja del perfil de aluminio con puente térmico respecto al normal es el aislamiento entre la El acero no protegido se oxida y los por arrastres del asegura óxido simplemente manchan aluminio. En parte interna y la externa del perfil; lo tanto, el aislamiento muchoelmejor ya sea presencia de un electrolito, tal como el agua de mar o las condensaciones de humedad en desde el punto térmico como en el acústico, evitando además problemas de condensación. atmósfera industrial se pueden producir ataques locales. Es conveniente evitar el contacto directo efectuando sobre el acero tratamientos como: el cincado, pintura pigmentada al cinc, pintura bituminosa; o aislando el aluminio del acero por la interposición de una banda plástica de neopreno. -

El contacto del cobre y sus aleaciones (latón, bronce, bronce al aluminio) es peligroso para el aluminio y deben aislarse convenientemente los dos metales.

-

Aunque el plomo es más electropositivo que el aluminio, existen numerosos ejemplos de contactos aluminio-plomo que se comportan perfectamente bien. No se aconseja en particular, la utilización de pinturas al óxido de plomo (minio de plomo).

5.7.2.

Aluminio - yeso / cemento.

El polvo de yeso o de cemento en presencia de humedad y las salpicaduras de yeso o de cemento un ataque superficial al (un metal, dejando de manchas blancas de limpiado, - fresco Por provocan su proporción resistencia-peso volumen aluminio pesa después menos que 1/3 del incluso sobre aluminio manchas tienen prácticamente influencia sobre la mismo volumen de anodizado. acero. Los Estas únicos metalesnomás ligeros son el litio, el berilio y el resistencia misma del producto pero afectan subicicletas, aspecto superficial. El ataque el aluminio magnesio), se utiliza para construir aviones, automóviles... y otrassobre aplicaciones en se detiene cuando el yeso o el cemento han fraguado. las prima la movilidad y la conservación de energía. ser fácilmente evitables mediante algunas precauciones s de protección - Estos Porinconvenientes su elevada pueden conductividad del calor, el aluminio se emplea en tales como la aplicación de bandas adhesivas, lacas pelables u otras alternativas. radiadores, utensilios de cocina y en pistones de motores de combustión interna. 5.7.3. Aluminio - madera. - La Por buena relación conductividad eléctrica-peso (si el bien es unNo obstante, ciertas mayorsuparte de las maderas secas no ejercen acción sobre aluminio. 63% menos conductor que el cobre, para un mismo volumen, pesa de la humedad. Por maderas tales como el roble y el castaño sufren una reacción ácida en presencia menos de la mitad). El peso tiene mucha importancia en la transmisión lo tanto es conveniente pintar o barnizar estas maderas antes de ponerlas en contacto con el de electricidad de alto voltaje a larga distancia, y actualmente se usan aluminio. conductores de aluminio en tendidos eléctricos. -

Por su alta resistencia sometido a bajas temperaturas. El papel de aluminio de 0,018 cm de espesor, actualmente muy utilizado en usos domésticos, protege los alimentos y otros

5 6

Símbolo

Cu

Número Atómico

29

Punto de Fusión

1.083 °C

Punto de Ebullición

2.567 °C

Densidad

8,90 g/cm3 a 20 °C

Color

6. COBRE

Pardo-rojizo.

Ocupa el lugar 25 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. Puede encontrarse en estado puro, pero es más frecuente encontrarlo agregado con otros metales como el oro, plata, bismuto y plomo, apareciendo en pequeñas partículas en rocas. Ya era conocido en épocas prehistóricas, y las primeras herramientas y enseres fabricados probablemente fueran de cobre. Se han encontrado objetos de este metal en las ruinas de muchas civilizaciones antiguas, como en Egipto, Asia Menor, China, sureste de Europa, Chipre (de donde proviene la palabra cobre), Creta y América del Sur. A lo largo de la historia, el cobre se ha utilizado para acuñar monedas y confeccionar útiles de cocina, tinajas y objetos ornamentales. También se emplea el cobre en muchos pigmentos, en insecticidas o en fungicidas.

6.1. Propiedades.

6.2. Minerales. 6.2.1.

Cuprita. (Cu +20).

Derivado del latín "cuprum" cobre. Contiene 88.8% de cobre y generalmente algo de hierro. Se presenta generalmente en cristales octaédricos, aunque no son raros los cristales cúbicos o dodecaédricos. En ocasiones en cristales fibrosos de intenso color rojo (Calcotriquitá). También masivo y compacto de grano fino. Cobre 63,546 2 -8 -1 8 - 1

Color: Brillo: Dureza: Densidad: Óptica:

Rojo rubí cuando es pura. De metálico a adiamantino. De 3.5 a 4 6 g/cm Opaco, de color gris azulado, reflexiones internas rojas.

Yacimientos en España: "La Cruz", de Linares (Jaén), El Pedroso (Sevilla) con malaquita y cobre nativo, con el cobre gris de Hinojosa del Duque y Santa María de Trasierra (Córdoba), Ríotinto con malaquita fibrosa.

6.3. Obtención La metalurgia del cobre varía según la composición de la mena (son rentables con un contenido 6.2. Es blando, maleable y dúctil, y puede ser estirado en hilos de diámetros muy pequeños superior al 0,4% de cobre). (hasta 0.03 mm). Los minerales que contienen cobre nativo se trituran, se lavan y se separa el cobre para 6.3. fundirlo El es el ymejor conductor del calor y de la electricidad entre todos los metales de menor prepararlo en barras. costo, (sólo superado por la plata). 6.4. Alta resistencia a la corrosión. El aire seco no altera el metal, pero en presencia de la Extracción pirometalúrgica. humedad atmosférica y del CO2 su superficie se oxida lentamente a Cu2O, rojo, lo que evita la oxidación posterior. En zonas húmedas se forma una capa protectora de color verde de Si la mena consiste en óxido o carbonato de cobre, se tritura y se trata con ácido sulfúrico carbonato básico de cobre (Cu(OH) 2CO3) en las ciudades, de sulfato básico de cobre diluido para producir sulfato de cobre disuelto del que se obtiene el metal por electrólisis o, (CuSO4.Cu(OH)2) en los centros industriales y de cloruro básico (CuCl 2.3Cu(OH)2) en las utilizando chatarra, por desplazamiento con el hierro: zonas costeras. Cu SO + Fe = Cu + FeSO 4 6.5. El HNO3 caliente o frío, diluído o 4 concentrado, disuelve al metal rápidamente formando nitrato cúprico y desprendiendo óxido de nitrógeno. Los óxidos y los carbonatos también se reducen con carbón cuando los minerales tienen riquezaque en contienen cobre. 6.6. bastante Las sustancias azufre lo corroen. 6.7. Si El cobre forma de sales, cúpricas entre (+2), yel cuprosas (+1), de pudiendo de unas la mena es dos rica series en sulfuros (contienen 1 y el 12% cobre) pasar se muele y sea otras por oxidación o reducción. Las sales cúpricas hidratadas son azules o verdeazuladas; concentran por flotación. Los concentrados se reducen (tostación) en un horno eléctrico o las reverbero, cuprosas son incoloras. de quedando cobre metálico crudo, llamado blíster, aproximadamente del 98% de pureza. Posteriormente se realiza el afino electrolítico utilizando las placas de cobre cocido como ánodo sumergidas en una disolución sulfúrica de sulfato de cobre; como cátodo se usa cobre puro. El cobre del ánodo pasa a la disolución y en el cátodo se deposita cobre puro (pureza del 99,99%).

7 8

Extracción hidrometalúrgica. Consiste en la reducción por H 2 del Cu 2+ de sus minerales en disolución acuosa. El material de partida contiene CuO o CuS que se disuelve con ácido sulfúrico y se hace burbujear hidrógeno en la disolución obtenida.

6.4. Aplicaciones

6.5. Por su resistencia a la corrosión se usa para construir calderas, alambiques, monedas, cubiertas...

-

Algunas soluciones de cobre tienen la propiedad de disolver la celulosa, por lo que se utiliza en la fabricación de plásticos.

-

Por su alta conductividad eléctrica se utiliza tanto en cables y líneas de alta tensión exteriores como en el cableado eléctrico en interiores, cables de lámparas y maquinaria eléctrica en general: generadores, motores, reguladores, equipos de señalización, aparatos electromagnéticos y sistemas de comunicaciones.

-

El sulfato de cobre (II) es la sal más importante. Utilizado como veneno agrícola (fungicida) y como algicida en la purificación de aguas. Es producto de partida de numerosos colorantes.

-

El Cu2O (amarillo a rojo) se emplea como pigmento de pinturas anticorrosión, en desinsectación, como catalizador y para la obtención de vidrios y esmaltes rojos.

-

El CuO (marrón negruzco a negro) se emplea para obtener vidrios y esmaltes negros, verdes y azules, como catalizador, en vidrios ópticos y como abono.

El cobre se emplea para producir gran número de aleaciones. Las dos aleaciones más importantes son el latón, una aleación con cinc, y el bronce, una aleación con estaño. A menudo, tanto el cinc como el estaño se funden en una misma aleación, haciendo difícil una diferenciación precisa entre el latón y el bronce. Ambos se emplean en grandes cantidades. También se usa el cobre en aleaciones con oro, plata y níquel, y es un componente importante en aleaciones como el monel, el bronce de cañón y la plata alemana o alpaca.

9

6.4.1. Bronce. Aleación de cobre y estaño. La proporción de cobre en la aleación nunca es inferior al 75 por ciento. La de estaño no debe de pasar del 10 ó 12 por ciento si se desea evitar un alto coeficiente de fragilidad. En general la aleación constituye un material mucho mas duro que sus principales componentes por separado. El cobre proporciona al bronce la dureza y resistencia, en tanto el estaño le proporciona ligereza y trabajabilidad, al fluidificar el cobre y permitirle acceder a los extremos más difíciles del molde, al tiempo que retarda el enfriamiento de la pieza, evitando agrietamiento o tensiones excesivas en su superficie. En ocasiones, a esta aleación se le adiciona una pequeña proporción de plomo, para mejorar su comportamiento frente al agua, al tiempo que se facilita el trabajo para cincelarlo en frío. -

El bronce estatuario suele contener entre un 80 y un 90 por ciento de cobre, y el utilizado en monedas y metales se compone generalmente de unas 95 partes de cobre, cuatro de estaño y una de cinc.

-

El bronce que contiene un 5 por ciento de estaño es blanco y puede trabajarse en frío.

-

El que contiene un 10 por ciento es muy adecuado para la fabricación de herramientas, (el antiguo bronce de cañón contenía por lo común un diez u ocho por ciento de estaño).

-

El bronce de campana utiliza hasta el 25 por ciento de estaño, con lo que aumentan sus cualidades tonales si bien es muy quebradizo.

-

Cuando la proporción de cinc es del 15 por ciento o más, el bronce se vuelve duro, convirtiéndose en un material adecuado para la fundición de figuras.

-

Los Bronces al Aluminio son aleaciones a base de Cobre con adiciones de Aluminio hasta 14%. Industrialmente, son de importancia porque poseen alta resistencia mecánica y excepcional resistencia a la corrosión y oxidación a altas temperaturas. Además, retienen una considerable proporción de su resistencia mecánica a temperaturas moderadamente elevadas. El bronce es atacado por la acción combinada de la humedad y la contaminación atmosférica, que producen fenómenos de ataque electroquímico. Los daños más frecuentes son la oxidación del cobre, que produce manchas de color rojizo o negro, y la formación de carbonatos, que crean capas en la superficie de color verde o azulado, tan características en las figuras o cubiertas de cobre. Pero el ataque más peligroso para el bronce es la combinación del agua y la sal, por lo que en ambientes costeros o próximos a terrenos salinos se forman cloruros de cobre, que facilita su transformación en ácido clorhídrico, tremendamente corrosivo para el bronce. En estos casos, la solución consiste en un tratamiento a base de pulverizaciones de óxido de plata para evitar la corrosión, y mantener su durabilidad.

10

La maleabilidad 6.4.2. Latón. del latón depende de su concentración en cinc. No se puede trabajar el latón que contiene más de 45 % de cinc. Este tipo de latón se llama "latón blanco", y es de poca importancia industrial. Los latones que contienen menos que 40remotos, % de cinc maleables y se llaman crear latón "alpha", y se utilizan para preciosos, fabricar tornillos, puntas, En tiempos al son intentar los alquimistas artificialmente metales obtuvieron cartuchos, pernos, tuercas, etc. El latón "beta" esta compuesto de 40 hasta 45 % de cinc y su trabajo se hace bajo un metal amarillo que se supuso era oro. Por casualidad habían fundido juntos cobre y cinc en las calor. Esta aleación es suficientemente fuerte para fabricar canillas, cabezas de extintor, artefactos para ventanas y proporciones adecuadas para formar lo que hoy conocemos como latón. El latón es mas resistente, puertas, etc.

mas duro y mas barato que el cobre. Posee las propiedades para moldearse con facilidad y para resistir el desgaste y la corrosión.

Si se funden juntos cobre y cinc en proporciones variables, entre un 55 y un 63 por ciento de cobre y un 45 y un 37 por ciento de cinc, respectivamente, la aleación que se produce es la que llamamos latón. Algunas veces se agregan pequeñas cantidades de estaño, hierro o níquel para producir diferentes clases de latón, que se conocen bajo diversos nombres, tales como latón comercial, naval, rojo, metal Muntz, etc.

CuZn36Pb3

CuZn38Pb1,5

Piezas mecanizadas en tornos de alta velocidad que deformaciones en frío. Tuercas, tornillos, cojinetes, clavos...

deben

sufrir Piezas forjadas o prensadas, piezas de relojería.

CuZn39Pb3

CuZn36Pb1,5

Todo tipo de piezas mecanizadas. Cerrajería y decoletaje.

Piezas que necesiten una importante deformación en frío. Piñones, ruedas, piezas de relojería ....

El latón tiene una excelente maquinabilidad y dócil comportamiento en la deformación a diversas temperaturas. Además de un fácil y uniforme mecanizado y alta ductilidad, en frío y en caliente, es muy resistente a la corrosión en ambientes agresivos. Es importante también su resistencia al desgaste. Estas características se pueden modificar y mejorar ajustando las proporciones relativas de sus componentes y con pequeñas adiciones de otros elementos. Los procesos de fusión, colada y extrusión, bajo estricto control, producen las distintas calidades, ligadas íntima y homogéneamente, que demanda cada mercado y aplicación específica. De esta forma, se obtienen latones especialmente aptos para la mecanización con fácil desprendimiento de viruta, otros idóneos para estampación en caliente o para la deformación en frío, en mayor o menor grado, etc.

El tipo de aleación debe ser estudiado en cada caso, siendo los criterios básicos de elección:

11

7.2.2. 7. ESTAÑO Estanita. (Cu 2 FeSnS 4 ).

S n

El nombre hace alusión al estaño contenido en el mineral. Contiene 29.8% de estaño, 29.6% de Etimología : delde latín stannum cobre, 27.6% de hierro y el resto azufre con pequeñas cantidades de zinc. Soluble en ácido nítrico. Suele presentarse en forma de cristales pseudotetraédricos o pseudododecaédricos, En la antigüedad se confundía con el plomo. Los romanos ya los distinguían generalmente estriados. También son comunes formas masivas granulares. y utilizaban. Al plomo le llamaban plumbum nigrum y al estaño plumbum Estañ o 1 1

Número Atómico Punto de Fusión

candidum.

Sn

50 El estaño ocupa el lugar 49 entre los elementos de la corteza terrestre. 232 °C

Punto de Ebullición 7.1. Propiedades. Densidad

2.260 °C

Color

Gris.

7,28 g/cm3 a 20 °C

CuZn39Pb2/CuZn40Pb2 Piezas forjadas en caliente y prensadas, que necesiten un alto gradode precisión en el mecanizado posterior. Valvulería accesorios, decoración, llaves ....

El estaño es muy dúctil y maleable a 100 °C de temperatura. -

Funde a baja temperatura y tiene gran fluidez cuando se funde. Posee un punto de ebullición alto. '

-

^ El estaño reacciona tanto con ácidos fuertes como con bases fuertes, pero es relativamente resistente a soluciones casi neutras.

-

En presencia de aire se forma una fina película invisible de óxido de estaño(IV) [SnO 2] que impide una posterior oxidación. Este hecho se utiliza con frecuencia para recubrir con estaño superficies de hierro, acero y cobre y evitar la corrosión de las mismas.

-

-

j

r

-

A temperatura ambiente es estable frente al aire y el agua. Si se calienta fuertemente arde con llama blanquecina, produciendo SnO 2.

7.2. Minerales 7.2.1.

Casiterita. (SnO2).

De la palabra griega "kassiteros". Contiene el 78.6% de estaño y el 21.4% de oxígeno, con algo de hierro, niobio y tántalo sustituyendo al estaño. Infusible e insoluble. Se puede presentar en forma de cristales de hábito prismático o bipiramidal o en forma masiva o granular, en formas reniformes o fibroso radiadas. (estaño leñoso).

Color: Brillo: Dureza: Densidad: Óptica:

De negro a blanco pasando por pardo que es el más corriente. Adamantino craso, resinoso. De 6 a 7. 7 g/cm 3 Opaco, pule muy mal. Color gris mate, con reflexiones internas pardo amarillentas.

13 12

1

i

-

El paso de estaño blanco a estaño gris que era conocido antiguamente como la "peste o enfermedad del estaño" ha dado lugar a situaciones curiosas. Se cuenta que en el frío invierno del año 1851 los tubos de estaño del órgano de una iglesia se desmoronaron y se convirtieron en polvo. Lo mismo le sucedió en 1868 a un cargamento de estaño que se encontraba almacenado en la aduana de San Petersburgo.

-

Estaño gris, pulvurento, ligero, con estructura cúbica tipo diamante, con una densidad relativa de 5,75 y con pocas aplicaciones). Por encima de 13,2 °C el estaño gris se convierte en estaño blanco.

El estaño comercial contiene ciertas impurezas aleadas que evitan las transformaciones de una variedad de estaño en otra.

7.5. Aplicaciones Color: Gris a negro de acero, en ocasiones con tonos azulados. Brillo: es un metal Metálico opaco. en múltiples procesos industriales: El estaño utilizado Dureza: 4. Densidad: En forma pura4.4. tiene pocas aplicaciones: ánodos, condensadores y tapones. Óptica: Mineral opaco. Debido a su estabilidad y su falta de toxicidad se utiliza como recubrimiento de metales, como capa protectora para recipientes para conservar alimentos y bebidas. Se llama hojalata a la 7.3. Obtención lámina de acero de bajo carbono (metal base) recubierta en ambas caras por una capa delgada de estaño mediante un procesoseelectrolítico. Como el estaño se adhiere firmemente al metal Las rocas (principalmente casiterita) muelen, lavan y mediante flotación se eliminan las impurezas base, la hojalata puede ser prensada, estampada, troquelada y doblada hasta darle obteniendo un material rico en SnO 2, que se tuesta para oxidar los sulfuros de hierro y cobre. formas complejas, sin que se desprenda la capa de estaño. Esto consume aproximadamente el 40% del estaño. Seguidamente se somete a un segundo lavado para eliminar los restos de sulfato de cobre producidos durante la tostación y se reduce con carbón a 1200°C en un horno eléctrico o de reverbero. (SnO2 + 2C = Sn + 2CO) El estaño fundido se recoge en la parte inferior y se moldea en bloques conocidos como estaño en lingotes. Los lingotes se afinan por electrólisis o refundiéndolos a temperatura moderada para separar el estaño de las impurezas, que permanecen sin fundir. Es importante en las aleaciones comunes de bronce (estaño y cobre). Aproximadamente la cuarta parte del estaño consumido procede de la recuperación del que En soldaduras estaño, 36% plomo, puntoendepresencia fusión 181°C). En electrónica, el contienen las latas. (aleaciones Para ello se64% disuelve con lejías alcalinas de nitratos para formar sistema más utilizado garantizar la electrólisis. circulación de corriente entre los diferentes estannato de sodio, del cual separa extrae el metal por componentes de un circuito, es la soldadura con estaño. Se consiguen uniones muy fiables y permiten además los componentes en obtienen su sitio yentonces soportan la bastante Otro definitivas, método es que la electrólisis directa sujetar del material de partida (se esponjabien de los golpes y las vibraciones. estaño).

7.4. Variedades Existen dos formas alotrópicas del estaño: estaño blanco y estaño gris. -

Estaño blanco. Metal brillante, maleable, dúctil, muy blando y tiene estructura cristalina tetragonal: debido a la rotura de estos cristales, se oye el grito del estaño cuando se dobla una barra del metal. -

-

La mayor parte del vidrio de ventanas se produce actualmente añadiendo vidrio fundido sobre Es muy delicado que adquiere poros y grietas con facilidad; si se corroe aparecen en su estaño fundido en el cual flota, para producir una superficie lisa. superficie marcas como de escarcha. A temperaturas inferiores a 13,2 °C se transforma lentamente en estaño es la peste del estaño. Las sales de estaño gris: pulverizadas sobre vidrio se utilizan para producir capas conductoras que se usan en paneles luminosos y calefacción de cristales de coches.

14 15

-

Se usa aleado con titanio en la industria aerospacial.

-

Como ingrediente de algunos insecticidas.

-

El sulfuro estaño (IV), conocido también como oro musivo, se usa en forma de polvo para broncear artículos de madera.

-

El óxido estanoso, SnO es un producto cristalino de color negro-azul, soluble en los ácidos comunes y en bases fuertes. Se emplea para fabricar sales estanosas en galvanoplastia y en manufactura de vidrio.

-

El óxido estánico, SnO 2, es un polvo blanco, insoluble en ácidos y álcalis. Es un excelente opacador de brillo y componente de colorantes cerámicos rosas, amarillos y marrones y de cuerpos refractarios y dieléctricos. Es un importante agente pulidor del mármol y de las piedras decorativas.

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Símbolo

Zn

Número Atómico

30

Punto de Fusión

419,53 °C

Punto de Ebullición

907 °C

Densidad

7,28 g/cm3 a 20 °C

8. ZINC

Color

Blanco azulado. Conocido en aleación con el cobre en la antigua Grecia. Fue ampliamente descrito en tratados de alquimia, pero su obtención industrial no se inició en Europa hasta el s. XVIII. Ocupa el lugar 24 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. No existe libre en la naturaleza, sino que se encuentra combinado como óxido, silicato, carbonato... 8.1. Propiedades.

8.2.2.

Esfalerita (Zn,Fe)S).

La palabra deriva del término griego que significa "traidor", el otro término de este mineral blenda proviene del alemán "blenden" que significa ofuscar pues pese a su parecido con la galena no daba plomo. Principal mena del zinc, y una de las principales fuentes de cadmio, indio, galio y germanio.Contiene el 67% de zinc y el 33% de azufre. El contenido en hierro (por sustitución del zinc) puede llegar al 36.5%, constituyendo la variedad mineral llamada Marmatita de color negro. El magnesio y el cadmio confieren coloraciones rojas (Esfalerita Rubí) o amarillenta (Esfalerita Acaramelada). Los cristales son generalmente dodecaédricos y cubos, en maclas. También se encuentra en masas exfoliables de aspecto espático (acaramelado) o granudo.

-

Pierde su brillo original, al formarse una capa superficial e incolora de carbonato y óxido, cuando está en contacto con el aire. De esta forma queda protegido, ya que se adhiere bien y tiene el mismo coeficiente de dilatación que el metal. Es estable frente al agua dulce y salada debido a esta capa.

-

En caliente, el cinc reacciona activamente con el oxígeno y con el agua, en ambos casos formando el correspondiente óxido (ZnO), y con esta última con desprendimiento de hidrógeno. Color: Castaño, negro e incluso verde y amarillo. Brillo: Resinoso. Insoluble en agua caliente y fría, y soluble en alcohol, en los ácidos y en los álcalis. Dureza: 3.5 a 4 Densidad: 4 g/cm 3 Es extremadamente a temperaturas ordinarias, pero se vuelve maleable entre los 120 y los Óptica: Traslúcido frágil e incluso transparente. Con luz reflejada aparece de color gris y reflexiones internas 150 °C, y se lamina fácilmente al pasarlo entre rodillos calientes. amarillas, pardas o rojizas, dependiendo del contenido en hierro. Es un buen conductor de la electricidad y del calor (27% de las del cobre). Los yacimientos más importantes en España son los que se encuentran en Reocín, Cantabria, donde aparecen esfaleritas ferríferas que contienen además pequeñas proporciones de indio, germanio y galio. 8.2. Minerales. 8.2.1. Flankinita. ((Zn,Mn2+,Fe2+)(Fe3+,Mn3+)2O4). 8.3. Obtención Debe su nombre a la localidad de Franklin, New Yersey (EEUU) donde fue descubierto. Contiene aproximadamente 66% de hierro, 17% de zinc y 16% de manganeso. Se presenta en forma de cristales octaédricos.

Color: Negro pardo. Trituración. Raya: Castaña rojiza. Brillo: Los mineralesMetálico. extraidos de la mina son triturados (normalmente hasta alcanzar un tamaño inferior a Dureza: 6. 80 mm), y transportados hasta la planta de flotación, donde se vuelve a triturar para reducirlo al Densidad: 5.15. tamaño máximo de 15mm. Otras: Ligeramente magnética al calentarse con llama reductora. Yacimientos en España: Barruecopardo y Vitigudino (Salamanca).

17 18

Flotación. La galena se introduce en un circuito de celdas de flotación para el desbaste, lavado y eliminación de impurezas. El concentrado obtenido pasa a un tanque espesador.

Tostación y depuración de gases. Los concentrados de sulfuro de zinc se introducen en hornos para su tostación con aire, formándose óxido de zinc (ZnO), denominado calcine, y dióxido de azufre gaseoso (SO 2), que posteriormente se transforma en ácido sulfúrico (H 2SO4) una vez enfriado y purificado el gas que sale de los hornos de tostación.

Lixiviación El zinc y los otros metales contenidos en la calcine se disuelven en ácido sulfúrico diluido, en dos etapas de lixiviación: lixiviación neutra y lixiviación ácida. -

Lixiviación neutra. Se disuelve la calcine, excepto el óxido de hierro y zinc en ella contenido que se separa para someterlos a otro proceso. La disolución clarificada se envía a la etapa de purificación.

-

Lixiviación ácida. Los sólidos no disueltos en el proceso anterior se someten a una temperatura próxima a la de ebullición. De esta forma, se disuelven todos los metales excepto los que forman compuestos insolubles en medio sulfúrico, como el plomo, calcio y sílice.

Purificación La disolución de sulfato de etapa de lixiviación neutra se metales disueltos, como el cobalto. Estos metáles subproductos.

zinc procedente de la trata para eliminar otros cobre, el cadmio o el se recuperan como

Electrólisis En esta fase del proceso, se produce el paso de una corriente eléctrica a través de la disolución purificada de sulfato de zinc, originándose el zinc metálico puro.

Fusión y colada Las láminas de zinc producidas por electrólisis (junto con otros metales para alear), se funden en hornos de inducción eléctrica para, por colada, producir las diversas formas comerciales de lingote que requiere el mercado.

19

Otro método de obtención del cinc está basado en la tostación de sus minerales. Los óxidos son reducidos por el carbón en un horno eléctrico y el cinc hierve y destila en la retorta en que tiene lugar la reducción. El cinc que contiene cantidades pequeñas de hierro, arsénico, cadmio y plomo, es conocido en metalurgia como peltre. El cinc es un metal reciclable, sin que pierda por ello sus propiedades físicas o químicas. El cinc reciclado alcanza alrededor del 40 % de la producción mundial del dicho metal.

8.4. Aplicaciones -

Las propiedades mecánicas del Zinc no son lo suficientemente elevadas como para poder ser utilizado en construcción como elemento resistente. -

Como latón.

Su resistencia a la corrosión y su bajo punto de fusión lo hacen adecuado como elemento protector, bien en forma de chapa (tejados, canalones...), bien depositado sobre otro metal.

componente

de

distintas

aleaciones,

especialmente

del

También se utiliza en las placas de las pilas (baterías) eléctricas secas (el ánodo de las pilas alcalinas del tipo MnO2/Zn se fabrica con polvo de cinc o de sus aleaciones.). -

El óxido de cinc, conocido como cinc blanco, se usa como pigmento en pintura, relleno de materiales de caucho, cosméticos, productos farmacéuticos, recubrimiento de suelos, plásticos, tintas, jabones, baterías, productos textiles, equipos eléctricos...

-

El cloruro de cinc se usa para preservar la madera.

-

El sulfuro de cinc es útil en aplicaciones relacionadas con la electroluminescencia, la fotoconductividad, la semiconductividad y otros usos electrónicos; se utiliza en los tubos de las pantallas de televisión y en los recubrimientos fluorescentes.

-

El sulfato de cinc se utiliza como fertilizante y en la industria papelera.

-

El litopón es un pigmento blanco, mezcla de sulfuro de cinc y sulfato de bario, usado en pintura.

-

El cinc es un nutriente esencial para humanos y animales (animales deficientes en cinc requieren un 50% más de alimento que el control normal, para ganar el mismo peso).

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Símbolo

Pb

Número Atómico

82

Punto de Fusión

327,46 °C

Punto de Ebullición

1749°C

Densidad

11,35 g/cm3 a 20 °C

9. PLOMO

Color

Gris azulado. Conocido y utilizado en construcción desde la más remota antigüedad. Su nombre proviene del latín (plumbum).

9.1. Propiedades.

9.3. Obtención. La obtención del plomo metálico se realiza en diversas fases. -

El metal se obtiene a partir de los sulfuros minerales, los cuales se enriquecen mediante trituración, flotación y desecación.

-

El concentrado se tuesta y sinteriza en un horno para eliminar el azufre siempre presente, pasando una parte del sulfuro a óxido (2PbS + 3O 2 = 2PbO + SO2 ) y otra a sulfato (PbS + 4SO3 = PbSO4 + 4SO2). En esta fase del proceso se obtiene PbO y SO 2, que se utiliza en la obtención de ácido sulfúrico.

-

Posteriormente se lleva a cabo una fusión reductora en hornos de cuba donde la temperatura es más elevada y no hay entrada de aire, por lo que el propio mineral actúa como reductor del óxido (PbS + 2PbO = 3Pb + SO 2) y del sulfato (PbS + PbSO 4 = 2Pb + 2SO 2) formados anteriormente.

El plomo fundido obtenido se calienta al aire para oxidar las impurezas de arsénico , cobre 9.2. Es un metal muy pesado,una dúctil, maleable, denso y extraordinariamente blando. y antimonio que forman escoria que semuy separa fácilmente. 9.3. Puede endurecerse por adición de pequeñas cantidades de antimonio u otros metales. Finalmente se procede al afino para librarlo del resto de impurezas(cobre, estaño y 9.4. Tiene arsénico, un bajo principalmente). punto de fusión. 9.5. Pobre conductor de la electricidad y el calor. 9.6. Finamente dividido se inflama espontáneamente al aire. 9.7. Al aire forma rápidamente una capa protectora de color gris de carbonato básico que impide La recuperación de la plata y el oro es tan importante económicamente como la propia recuperación la corrosión posterior. del plomo y suele realizarse añadiendo una pequeña cantidad de cinc al plomo fundido que disuelve los metales preciosos. aleación fundida de se oxígeno; queda ensin la superficie delaguas plomoduras y se forman retira con 9.8. El agua ataca alEsta plomo en presencia embargo las un facilidadrecubrimiento para separar el cinc por destilación. de carbonato básico insoluble. El ácido sulfúrico concentrado, nítrico diluido, clorhídrico, ácidos orgánicos y las bases en caliente atacan el plomo. La recuperación y reciclaje del plomo, principalmente de las baterías, constituye hoy una importante fuente de plomo. 9.9. Minerales Con menas ricas en PbS se sigue un procedimiento distinto: después de la concentración, se tuesta sólo parcialmente y el PbO se hace reaccionar con PbS en ausencia de aire, lo que produce plomo 9.2.1. bruto. Galena. (PbS). Su nombre deriva del término italiano "galena" aplicable en un principio a todas las menas de plomo. Contiene el 86.6% de plomo con pequeñas cantidades de cadmio, antimonio, bismuto y cobre. Puede tener abundante plata (Galena Argentífera), o estaño (Plumboestannina). 9.4. Aplicaciones La forma más corriente de presentarse es el cubo, el cual aparece con aristas biseladas o vértices truncados, llegando a la forma octaédrica. Venenoso para el hombre (como la mayoría de los metales pesados): la ingestión crónica de pequeñas cantidades de plomo (en forma de vapor, humo o polvo) provoca saturnismo. Su uso está muy reducido por su peligrosidad. Anteriormente fue muy utilizado para fabricar tuberías para conducción de agua, pero, debido en parte a su toxicidad, ha sido sustituido ventajosamente por el cobre y los materiales plásticos. Es muy efectivo en la absorción de sonido y vibraciones (insonorización de máquinas) y se emplea como blindaje para la radiación en reactores nucleares y en equipos de rayos X. Color: y pilas Gris Baterías (seplomo. emplea el metal y su óxido). Brillo: Metálico. Dureza: 2.5 Densidad: Municiones y pirotecnia (nitrato de plomo). 7.5 g/cm3 Recubrimiento de cables. Los yacimientos más importantes de España por su producción y calidad, se encuentran en Linares y La Carolina (Jaén).

22 21

- Sus aleaciones se emplean en soldadura (Pb-Sn), caracteres de imprenta (Pb-Sn-Sb) y varios metales antifricción. - Existen tres óxidos: el monóxido (PbO), denominado litargirio, el dióxido (PbO2) u óxido pulga, de color pardo, muy oxidante, y el óxido salino (Pb3O4) o minio, de color anaranjado. Todos ellos tienen aplicaciones diversas: fabricación de pinturas anticorrosivas (minio mezclado con aceite de linaza), acumuladores, cristales con alto poder de reflexión, tubos de televisión, el barniz de loza y en blanco de plomo.

- El cromato de plomo [PbCrO 4] (amarillo cromo), se usa como pigmento en pinturas. El sulfato se usa como diluyente del cromato de plomo y como sustrato en barnices. - Los sulfatos básicos de plomo, [como por ejemplo, 3PbO.PbSO 4.H2O], son estabilizantes térmicos de resinas vinílicas. - El arseniato de plomo [Pb 3(AsO4)2] se ha usado como insecticida. - Fabricación de plomo tetraetilo (aditivo antidetonante de la gasolinas con plomo), si bien tiende a ser sustituido por problemas medioambientales.

23

10. OTROS METALES.

Existen 80 metales, llamandose el resto de los elementos, no metales. Entre los metales se distinguen varios grupos o familias: -

metales alcalinos. metales normales. metales de transición. tierras raras (o metales de doble transición). metales ferroaleables. metales no ferrosos. metaes preciosos. metales nucleares

El oro. El oro es un metal de color amarillo cuando se halla en bloque, verdoso por transparencia y negro o rojo en estado pulverulento. -

-

Símbolo es Au. Número atómico 79 y masa atómica 196,97. Tiene una elevada densidad. Es un metal blando, el más dúctil y maleable (con él se pueden preparar hojas de grosor inferior a la milésima de milímetro -panes de oro). Buen conductor del calor y de la electricidad. Químicamente muy estable. Unicamente es atacado por el mercurio, con el que forma amalgama, y por el vapor de un halógeno; el agua regia lo disuelve por el cloro naciente que desprende. Existe un solo isótopo estable, de masa 197, y otros 10 isótopos radiactivos. Actúa con valencia +1 y +3 y forma óxidos, hidróxidos, haluros y cianuros, todos ellos poco estables.

Por el hecho de encontrarse en estado nativo y presentar una adecuada maleabilidad, el oro fue uno de los metales más utilizados ya desde la más remota antigüedad. En yacimientos Neolílicos se han encontrado joyas y figuras de este metal, y ya en el s. II a.C. se utilizaba como patrón de intercambio, en forma de lingotes y discos sellados. Diversos factores contribuyeron a convertir el oro, durante siglos, no sólo en la más adecuada mercancía de intercambio sino incluso en el patrón internacional y en la reserva oficial de cobertura de la emisión de papel moneda. En los yacimientos primarios, el oro nativo se encuentra en filones, cristalizado en el sistema regular, formando octaedros y rombododecaedros, o en forma de granos, acompañado de cuarzo, pirita o baritina, principalmente. A causa de los fenómenos de meteorización de los yacimientos primarios, y por transporte y sedimentación posteriores, el oro se encuentra también en yacimientos secundarios (arenas de los ríos), asociado a otros minerales como el granate y el corindón, en forma de pepitas. El proceso consiste en la trituración y molienda de los minerales auríferos y el enriquecimiento del producto por métodos de flotación. Posteriormente, se provoca una amalgama con mercurio, de la que se separará el oro por destilación. Los minerales de muy bajo contenido y los residuos de la amalgamación siguen otro proceso, consistente en tratar con cianuro sódico la pulpa concentrada del mineral, de modo que se forma aurocianuro de sodio, del cual se desplaza el metal tratándolo con cinc y eliminando luego las trazas de éste con ácido sulfúrico. La plata se encuentra casi siempre presente en el oro no purificado, por lo que éste debe someterse a un proceso electrolítico para alcanzar una mayor pureza. La excesiva blandura del oro obliga a usarlo en aleación con otros metales, en una proporción que depende de su finalidad. Así, la aleación de acuñación contiene un 90 % de oro y un 10 % de cobre; en el oro

24

de 18 quilates, éste está presente en una proporción del 75 %, junto con la plata (del 10 al 20 %) y el cobre (del 15 al 5 %). En joyería se utilizan diversas aleaciones, entre ellas el llamado oro blanco, que contiene un 50 % de oro y un 50 % de plata, platino o níquel.

La plata. Conocida desde muy antiguo y utilizada siempre en joyería y como artículo de intercambio o moneda, la plata es un metal blanco, muy brillante, sonoro, pesado (densidad 10,5), dúctil y maleable, que se encuentra nativo y combinado en diversos minerales. -

-

Símbolo Ag. Número atómico 47 y masa atómica 107,87. Es el elemento mejor conductor del calor y de la electricidad. Se mantiene estable ante el aire puro y el agua, aunque ennegrece por pequeñas impurezas de sulfuros. Escasamente oxidable. Es atacado por el ácido nítrico, el ácido sulfúrico en caliente. Presenta valencia +1. Alguno de sus compuestos más usuales son el nitrato de plata (AgNO3), el sulfuro (Ag2S) y los haluros.

El proceso metalúrgico de obtención es principalmente el de cianuración, y también el antiguo procedimiento de copelación; el método de amalgamación ha caído en desuso. Se utiliza en joyería, en contactos eléctricos de aparatos de precisión, en recubrimientos electrolíticos y en la fabricación de espejos.

El platino. El platino, conocido desde antiguo, es el más preciado de los metales usados en joyería. Se encuentra nativo, en forma de gránulos o escamas, aleado con el iridio, el osmio y el cobre en depósitos aluviales, y como componente de diversos minerales, por lo general en forma de arseniuro. Es un metal blanco, brillante, dúctil y maleable, muy pesado (densidad 21,4) y buen conductor del calor y de la electricidad. -

Símbolo Pt. Número atómico 78 y su masa atómica 195,09. Inatacable por los ácidos. Reacciona con los halógenos, los sulfuros y los cianuros. Tiene la propiedad de adsorber los gases y retenerlos, cualidad que se utiliza para usarlo como catalizador en ciertas reacciones, finamente dividido o en forma de esponja.

Además de su clásica aplicación en joyería, se emplea en electrotecnia y en la industria electrónica para fabricar resistencias, contactos eléctricos y termopares.

El mercurio. -

Símbolo Hg. Su número atómico 80 y su masa atómica 200,59. Unico elemento, además del bromo, que se mantiene líquido a temperatura ordinaria. Elevada densidad. Buena conductividad térmica y eléctrica. Elevada tensión superficial. Reacciona con el oxígeno a elevada temperatura y con los halógenos, el azufre y el fósforo. Se encuentra ocasionalmente nativo y con mayor frecuencia formando el sulfuro rojo o cinabrio, del que se extrae por tostación al aire.

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Es un metal muy tóxico, incluso por absorción cutánea o por inhalación de sus vapores. Con los metales forma las aleaciones denominadas amalgamas, y con los compuestos carbonados, compuestos organometálicos. Se utiliza en la fabricación de termómetros y barómetros, en electrotecnia y en la fabricación de las lámparas de vapor de mercurio.

El magnesio. Aislado en 1808 por Davy, el magnesio es un metal blanco argénteo, ligero, maleable. -

Símbolo Mg. Número atómico 12 y masa atómica 24,312. Bajo punto de fusión (650 oC). Presenta valencia +2 Reductor activo, su comportamiento químico le asemeja al cinc y al cadmio. Se halla presente en las aguas minerales y sus sales son frecuentes en la naturaleza. Es, además, imprescindible para la vida animal y vegetal.

Se utiliza en metalurgia, en pirotecnia y en la industria nuclear para la obtención del uranio.

Manganeso. El manganeso fue aislado por primera vez por J.G. Gahn, en 1774, por reducción de la pirolusita (MnO2). Es un metal brillante, de color gris acerado, duro y quebradizo y parecido al hierro. -

Símbolo Mn. Número atómico 25 y su masa atómica 54,938. Por la acción del calor se combina con casi todos los no metales. Presenta todas las valencias del 1 al 7.

Se obtiene a partir de sus óxidos y carbonatos y se utiliza principalmente en aleación con el hierro (aceros al manganeso) y con el cobre (cupromanganesos).

El titanio. El titanio fue descubierto en 1791 por W. Gregor. Es un metal de color blanco grisáceo, brillante, de elevado punto de fusión y muy duro. -

Símbolo Ti. Número atómico 22 y masa atómica 47,90. Oxidable. Reacciona en caliente con los halógenos y es atacado por el ácido nítrico y el clorhídrico.

Es muy abundante en la naturaleza, encontrándose principalmente en la ilmenita y el rutilo. Se utiliza en aleaciones, a las que confiere gran dureza y resistencia, y como elemento estructural en construcciones aeronáuticas.

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- El cromo. El primer mineral de cromo se descubrió en 1765, pero hasta principios del s. XX no se inició su obtención industrial. El cromo es un metal pesado, muy duro, de brillo metálico y difícilmente oxidable. -

Símbolo Cr. Número atómico 24 y masa atómica 51,99. Elevado punto de fusión (1.890 o C). Presenta valencias positivas +2, +3 y +6. Es atacado por los ácidos clorhídrico y sulfúrico diluidos.

Se obtiene por electrólisis, por reducción de la cromita o por aluminotermia. Se utiliza para conferir resistencia a otros metales (cromado, cromatación y cromización) y para conseguir acero inoxidable y aleaciones de gran resistencia (cromoníquel). Las sales, profusamente coloreadas, se emplean en tintorería y en la fabricación de pigmentos y pinturas.

El niquel. Descubierto en 1751, T.O. Bergman obtuvo el níquel en estado puro en 1775. Es un metal duro, de color blanco metálico, dúctil, maleable, buen conductor del calor y de la electricidad, y presenta propiedades ferromagnéticas. Se encuentra en la naturaleza en minerales que contienen también hierro y magnesio, y en estado libre en algunos meteoritos. Químicamente tiene valencia +2 y +3, es atacado por los ácidos diluidos y reacciona con numerosos no metales para formar compuestos binarios, muchos de los cuales tienen color verde. El níquel entra en la composición de numerosas aleaciones (alnico, constantán, invar, entre otras) muy utilizadas en metalurgia y, en particular, en la fabricación de aceros especiales

Volframio. El volframio (también llamado wolframio o tungsteno) fue descubierto en 1871. Se encuentra en la naturaleza combinado en la volframita, la scheelita y, en menor proporción, en otros minerales. Es un metal duro, pesado y dúctil. -

Símbolo W. Número atómico 74 y masa atómica 183,4. Densidad 19,3. Elevado punto de fusión (3.370 oC). Color blanco grisáceo. Resistente a la acción de los ácidos y muy refractario.

El proceso de obtención pasa sucesivamente por la formación de un volframato metálico alcalino, ácido volfrámico y trióxido de volframio; sometiendo este último a reducción con hidrógeno se obtiene un polvo negruzco que, por tratamientos metalúrgicos diversos, permite conseguir el metal puro. Se utiliza principalmente en aleaciones con hierro y con acero, a las que confiere gran dureza, y para la fabricación de hilos de lámparas de incandescencia

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- El antimonio. El antimonio abunda en la naturaleza, en forma de trisulfuro (estibina y antimonita), y presenta tres estados alotrópicos, en los que varía el carácter metálico o no metálico. Reacciona con los metales más electronegativos, con el oxígeno y con los halógenos. -

Símbolo Sb. Número atómico 51 y masa atómica 121,76.

Se obtiene por tostación de la estibina y se utiliza para conseguir aleaciones de gran dureza y resistencia.

El molibdeno. Descubierto en 1778, el molibdeno es un metal de color plomizo, denso, dúctil y de elevado punto de fusión. -

Símbolo Mo. Número atómico 43 y masa atómica 95,94.

Se obtiene de la molibdenita (MoS 2). Muy estable a temperatura ambiente, forma numerosos compuestos a causa de sus diversos grados de oxidación. Se utiliza principalmente en aleación con aceros y fundiciones, con objeto de mejorar sus cualidades mecánicas.

El cobalto. Las sales de cobalto eran conocidas desde hace milenios por la coloración azul que dan a los vidrios, pero el elemento no fue identificado como tal hasta el s. XVIII. El cobalto es un metal dúctil, maleable, denso, duro y ferromagnético. -

Símbolo Co. Número atómico 27 y masa atómica 58,93.

A temperatura ambiente no se oxida en contacto con el aire ni es atacado por el agua, pero reacciona con facilidad con el arsénico, el antimonio y el fósforo. El cobalto se utiliza principalmente en aleaciones con el acero y el cromo, y sus isótopos radiactivos tienen numerosas aplicaciones en investigación y en medicina nuclear (el Co-58 como trazador metabólico y el Co-60 en el tratamiento del cáncer), mientras que sus sales se emplean como pigmentos.

El calcio. El calcio es un metal alcalinotérreo, blanco, dúctil, maleable y de bajo punto de fusión. Elemento muy abundante en la naturaleza, en forma de carbonato, sulfato o fosfato, fue aislado por Davy en 1808, si bien su producción masiva no tuvo lugar hasta 1902, por electrólisis del cloruro cálcico con espato flúor (método Rathenau). -

Símbolo Ca. Número atómico 20 y masa atómica 40,08. Comportamiento químico es semejante al de los metales alcalinos. Reductor. Presenta valencia +2.

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Reacciona con los halógenos, con el oxígeno (para formar el óxido cálcico o cal viva), con el azufre y, en caliente, con el nitrógeno; es atacado por los ácidos con desprendimiento de hidrógeno. El hidróxido cálcico (cal apagada) es un sólido blanco, poco soluble, que con el agua forma la llamada lechada de cal. El calcio se utiliza para reducir óxidos metálicos y en aleaciones antifricción. El nitrato y los fosfatos de calcio tienen amplia aplicación en agricultura como abonos. El sodio. El sodio, descubierto en 1807 por Davy, es un metal alcalino monovalente, muy electropositivo, de color y brillo argentinos, que se empaña rápidamente en contacto con el aire. -

Símbolo es Na. Número atómico 11 y su masa atómica 22,997. Blando como la cera, puede extenderse en hilos y es muy ligero. Se oxida rápidamente en contacto con el aire húmedo. Con el agua reacciona enérgicamente, con desarrollo de calor, dando lugar a hidróxido de sodio e hidrógeno.

No se halla libre en la naturaleza, pero es muy abundante en forma de combinación. Así, se encuentra en las aguas marinas en forma de halogenuro, en los yacimientos de sal gema en forma de cloruro, en algunas rocas en forma de silicato, y entra en la composición de la materia viviente. Se utiliza como reductor en algunas industrias metalúrgicas, como refrigerante en los reactores nucleares, en la fabricación de lámparas de vapor de sodio,etc.

El potasio. Obtenido por primera vez por H. Davy en 1807, el potasio se encuentra en la naturaleza en diversos minerales, como la carnalita, la silvina y la ortosa. Es un metal alcalino muy blando, de color blanco plateado, muy ligero. -

Símbolo es K. Número atómico 19 y masa atómica 39,102. Funde a menos de 64 oC. Reacciona violentamente con el agua desprendiendo hidrógeno. Químicamente muy activo y reductor. Presenta siempre valencia +1

El método de obtención más utilizado consiste en la electrólisis del hidróxido potásico fundido. De entre los numerosos compuestos que forma, cabe destacar el hidróxido (KOH) o potasa cáustica, el cloruro (KCl), el nitrato (KNO3) o salitre y el clorato (KClO3), este último empleado en la fabricación de pólvoras y explosivos. El cromato (KCrO4), el dicromato (K2Cr2O7) y el permanganato (KMnO4) se utilizan como reactivos, mientras que el sulfato, los fosfatos y el nitrato encuentran aplicación como abonos o fertilizantes. El uranio. El uranio es el elemento natural más pesado del sistema periódico. Descubierto su óxido en 1789, el metal no fue aislado hasta 1841. -

Símbolo U. Número atómico 92 y masa atómica 238,03. Metal radiactivo. Color gris.

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-

-

No se encuentra nunca como metal libre o nativo en la corteza de la Tierra, sino que es un mineral primario o secundario asociado a menas en rocas ígneas, o en pizarras, calizas y areniscas. Elevada actividad química. Se oxida con facilidad. Es atacado por los ácidos.

Tiene especial importancia por su radiactividad y su capacidad de fisión. Presenta tres isótopos naturales: el U-238, que es el más abundante y da lugar, por desintegración radiactiva, a la familia del radio; el U-235, que es fisionable, y el U-234, que sólo se encuentra en una proporción del 0,006 %. Existen además diversos isótopos artificiales, de los cuales el más importantes es el de masa 239. La desintegración de los isótopos de uranio se utiliza en la datación de las rocas (geocronología) y en la producción de energía nuclear.

El berilio. El berilio es el primer elemento del grupo de los alcalinotérreos. Su óxido fue descubierto por N. L. Vauquelin en 1797 y se obtuvo en forma metálica en 1828 (F. Wohler y A. Bussy). Antiguamente se denominó glucinio debido al sabor dulce de sus compuestos. -

Símbolo Be. Número atómico 4 y su masa atómica 9,01. Color blanquecino grisáceo. Funde a elevada temperatura (1.277 oC). Resistente a la oxidación. Actúa como un reductor enérgico, pero presenta escasa actividad química.

Se encuentra en la naturaleza en forma de silicato (berilo), del cual se obtiene por métodos de reducción o bien electrolíticos. Se utiliza en aleaciones, en la industria nuclear como moderador de neutrones y como pieza cerámica en ciertos reactores.

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11. BIBLIOGRAFIA. Instrucción del Hormigón Estructural EHE. Artículos dedicados a las barras de acero. NBE-MV-102-75. Aceros laminados para estructuras de edificación Norma UNE 36-080-90. Productos laminados en caliente de acero no aleado para construcciones metálicas de uso general. Condiciones técnicas de suministro Norma UNE 36-068-88. Barras corrugadas, de acero soldable, para armaduras de hormigón armado. Fichas informativas para productos certificados. “Productos de acero para hormigón”. AENOR. -

Arredondo, Francisco. “Estudio de materiales”. Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Instituto Eduardo Torroja de la Construcción y del Cemento. Madrid 1972.

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Camuñas y Paredes, Antonio. “Materiales de Construcción”. Guadiana de Publicaciones. Madrid, 1974.

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COSIMET, Departamento técnico. “Aceros, productos y derivados”. Comercial Siderometalúrgica Velasco, S.A. Bilbao 1968.

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ENSIDESA. Manual para cálculo de estructuras metálicas. Tomo II, 6 a edición (1.982).

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Esselborn, Carlos. “Tratado General de Construcción”. 4 tomos. Gustavo Gili, Barcelona1928.

-

West, John M. “Corrosión y oxidación, Fundamentos”. Ed. Limusa, México 1986.

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LOS PLÁSTICOS. 1. DEFINICIÓN. 2. CARACTERÍSTICAS GENERALES. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4.

Estructura y composición Monómeros y polímeros Polimerización y poliadición Carboplastos, carboxiplastos y siliconas

3. ELEMENTOS BÁSICOS DE UN PLASTICO. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5.

Modificantes. Catalizadores. Plastificantes. Estabilizadores. Cargas y pigmentos. 3.7. Armaduras y refuerzos.

4. TIPOS DE PLASTICOS. 4.1. Polímeros lineales y ramificados 4.2. Termoplásticos y termoestables 4.2.1. Polímeros termoplásticos 4.2.1.1. Poliolefinas. 4.2.1.2. Polimerizados del estireno. 4.2.1.3. Homopolímeros. 4.2.1.4. Ésteres de polivinilo y polimetacrilo. 4.2.1.5. Óxidos, sulfonas y similares. 4.2.2. termoestables 4.2.2.1. Fenoplastos 4.2.2.2. Aminoplasto 4.2.2.3. Otras resinas. 4.2.2.4. Poliuretanos y similares. 4.2.2.5. Polímeros silicónicos 4.3. Elastómeros: Cauchos y gomas. 4.4. Los plásticos reforzados 5. ELABORACION. 5.1 Moldeo. 5.1.1. Presión. 5.1.2. Inyección. 5.1.3. Extrusión. 6. PROPIEDADES. 6.1. Propiedades mecánicas. 6.1.1. Resistencia a compresión. 6.1.2. Resistencia a tracción. 6.1.3. Deformabilidad. 6.2. Propiedades físicas 6.2.1. Densidad. 6.2.2. Propiedades eléctricas. 6.2.3. Propiedades térmicas. 6.2.4. Durabilidad. 6.3. Propiedades químicas 7. APLICACIONES 8. BIBLIOGRAFIA.

1

LOS PLÁSTICOS.

DEFINICIÓN. “Plástico” proviene de PLASTIKOS palabra griega que significa susceptible de ser modelado o moldeado. Quizá la mejor manera de caracterizar los plásticos es describir un número de cualidades que tienen en común, eliminando de esta forma los materiales que no las tienen: -

Los plásticos se llaman así porque en alguna etapa de su fabricación o de su utilización tienen propiedades plásticas. Pueden ser plásticos- sólo una vez, o pueden ser tantas veces como se quiera. Sin embargo, esta propiedad no basta para distinguir a los plásticos de otros materiales. El vidrio y el hormigón pueden tener, un comportamiento análogo, pero no son, plásticos.

-

Los plásticos son materiales orgánicos: esto es, están basados en la química del carbono. Esto elimina materiales como el hormigón y el cristal, pero no excluye el asfalto, que no está clasificado como plástico.

-

Los plásticos son materiales sintéticos, productos de la Industria qulmlca, que convierte materias primas en formas nuevas y radicalmente diferentes. Esto elimina materiales naturales tales como el asfalto y la laca, pero no excluye las ceras sintéticas.

-

Los plásticos son polímeros de elevado peso molecular; esto es, son moléculas gigantes formadas por numerosas unidades repetidas combinadas en agregados muy grandes.

Los primeros plásticos, como el celuloide o la galalita, partían de polímeros a los que se añadían sustancias plastificantes. El proceso que condujo a los plásticos modernos fue la sintetización: partir de monómeros o moléculas sencillas para obtener polímeros mediante una reacción química polimerizante. Los resultados alcanzados por los primeros plásticos incentivaron a los químicos y a la industria a buscar otras moléculas sencillas que pudieran enlazarse para crear polímeros. En la década de los 30, químicos ingleses descubrieron que el gas etileno polimerizaba bajo la acción del calor y la presión, formando un termoplástico al que llamaron polietileno (PE). Al reemplazar en el etileno un átomo de hidrógeno por uno de cloruro se produjo el cloruro de polivinilo (PVC), un plástico duro y resistente al fuego. Al agregarles diversos aditivos se logra un material más blando, sustitutivo del caucho, comúnmente usado para ropa impermeable, manteles, cortinas y juguetes. Un plástico parecido al PVC es el politetrafluoretileno (PTFE), conocido popularmente como teflón y usado para rodillos y sartenes antiadherentes. Otro de los plásticos desarrollados en los años 30 en Alemania fue el poliestireno (PS). También en esta época se crea la primera fibra artificial, el nylon. Su primer uso fue la fabricación de paracaídas para las fuerzas armadas estadounidenses durante la Segunda Guerra Mundial, extendiéndose rápidamente a la industria textil en la fabricación de medias y otros tejidos combinados con algodón o lana. Nacen en 1942 las melaminas, las resinas epoxi, el poliuretano y en 1952 el policarbonato. La evolución ha sido muy rápida, hoy tenemos unos 50 materiales que con sus tipos, subtipos, mezclas, etc. pueden llegar a ser unos 2000.

2

2. CARACTERÍSTICAS GENERALES. 2.1. Monómeros y polímeros. La materia esta formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o moléculas gigantes llamadas polímeros.

La unidad de bajo peso molecular es el monómero: Molécula, generalmente de la química orgánica, capaz de combinarse con moléculas de su misma naturaleza para formar un producto de peso melecular muy elevado, denominado polímero. Los polímeros (del griego poly, muchos; meros, parte, segmento), se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas (monómeros) que forman enormes cadenas de diferentes formas. Pueden pertenecer a la química inorgánica (cemento, porcelana, vidrio, etc.) o a la química orgánica (proteínas, grasas, propilenos, etc.)

Si el polímero es rigurosamente uniforme en peso molecular y estructura molecular, su grado de polimerización es indicado por un numeral griego, según el número de unidades de monómero que contiene; así, hablamos de dímeros, trímeros, tetrámero, pentámero y sucesivos. El término polímero designa una combinación de un número no especificado de unidades. De este modo, el trióximetileno, es el trímero del formaldehído, por ejemplo. Si el número de unidades es muy grande, se usa también la expresión gran polímero. Por su origen se dividen en: Naturales: cuando se encuentran en la naturaleza (celulosa, caucho, resinas vegetales, etc.). Ambar. Es una resina fósil de plantas coníferas. Conocida desde la más remota antigüedad se utilizaba para la producción de objetos de ornamento con la técnica de grabado o de estampado a presión. Una de las primeras utilizaciones de la Baquelita ha sido la imitación del ámbar.

Celulosa. La celulosa es uno de los muchos polímeros encontrados en la naturaleza. La madera, el . . . . .. . cáñamo están constituidas de celulosa fibrosa. La celulosa está formada por unidades repetidas del monómero glucosa.

Q

|n ---r--- CH^ algodón y la cuerda de \ \

\ OH

Ocupa un lugar importante en la historia de los polímeros porque fue utilizada para hacer algunos de los primeros polímeros sintéticos, tales como el nitrato de celulosa, acetato de celulosa y rayón.

Cuerno. Es un material orgánico compuesto de queratina (aprox. el 80%). Es termoplástico y se trabaja después de calentarlo en seco o por inmersión en agua hirviendo o con soluciones alcalinas. Después de haberlo ablandado se puede prensar, obteniendo objetos y láminas (cajas, botones, peines...).

Marfil. Se obtiene de los colmillos de los animales y está constituido esencialmente por sales de calcio y otras substancias orgánicas. Se utilizaba antes de la invención de las materias plásticas para la fabricación de las teclas de los piano, mangos de los cuchillos, peines, bolas de billar...

3

]

Caseina. CS. La caseína es una proteina que se encuentra en la leche. NoEbonita. es soluble en agua, pero si lo es en álcalis (amoniaco, bórax, aminas...). La ebonita es un material obtenido en el siglo pasado sometiendo la goma a un proceso de vulcanización. Algunos artículos fabricados con este material se expusieron en el 1851 en el Cristal Palace de Londres. Se trata de un compuesto a mitad de camino entre las materias plásticas autenticas y la goma natural.

Artificiales o semisintéticos. Obtenidos por transformación química de polímeros naturales.

Durante el proceso de vulcanización se introduce en la masa azufre (30-50%), obteniendo un compuesto que posee gran poder dieléctrico, buena resistencia a los productos químicos, una cierta dureza y rigidez hasta Nitrato de celulosa. CN. Termoplástico. temperaturas de 50 °C y con un aspecto brillante. Se utilizó en separadores de baterías eléctricas, plumas estilográficas, boquillas de pipas, de

Celuloide. Es la primera de la materia plásticas artificiales, inventadas por J.W. Hyatt mezclando nitrato de celulosa y alcanfor. Tiene multiples usos por su facil elaboración y coloración y por su gran resistencia y resiliencia. Se puede cortar, laminar, plegar, perforar, estirar, tornear, estampar a presión, modelar calentándola con agua o aire caliente; se puede encolar y decorar en superficie. En cambio no se puede someter a inyección ni a compresión ni tampoco trabajarla con el extrusor, ya que se descompone.

MATT

En 1909 el químico L. H. Baekeland sintetizó un polímero a partir de moléculas de fenol y formaldehído. Este producto

PUOTAS

-

TENIS

podía moldearse a medida que a separtir formaba y resultaba duro al solidificar. No conducía electricidad, era resistente al Sintéticos: Obtenidos químicamente de sustancias de bajo peso molecular para la formar MESA aguay ylalos disolventes,polimerización pero fácilmentedemecanizable. Se bautizó con el nombre monómeros subsiguiente éstos (polietileno, poliésteres, etc.). de baquelita, el primer plástico totalmente sintético de la historia.

Baquelita.

TA B L E T E N N I S B A L L S

Termoplástico. CARACTERISTICAS: Excelente resistencia mecánica. Termoplástico. Acetato de celulosa. CA. Buenas propiedades eléctricas, elevado poder aislante y gran resistencia a la humedad. Resistente al alcohol, tetracloruro de carbono, hidrocarburos o aromáticos y petróleo. Difícilmente inflamable. 110 C. la modificación química de un polímero natural: la celulosa Como la Celuloide se Soporta obtiene los mediante que es una de las substancias orgánicas más comunes en la naturaleza. El acetato de celulosa es la primera materia plástica estampada a inyección.

USOS Y APLICACIONES: Tiene el aspecto de un polvo blanco y debido a su aspecto agradablemotores se utiliza principalmente para la fabricación de objetos Aislante eléctrico (maquinarias, eléctricos, radio ...) Aislamiento de alta tensión para transparentes, translúcidos y opacos como las teclas para las transformadores. Soportes para carretes. máquinas de escribir y calculadoras, pulsadores, revestimiento de volantes para automóviles, empuñadura de cuchillos, pantallas, vidrios de relojes, partes de máscaras de protección, plumas, mangos de paraguas, juguetes etc...

Galatita.

Termoplástico.

Uno de los primeros plásticos fue la galalita. Es una materia plástica natural de origen proteica obtenida de substancias orgánicas como la leche (caseina), cuerno o de productos vegetales como semillas de soja. Fue obtenida en 1897 por Adolph Spitteler y W. Kirsche partiendo del suero de la leche al que se le añadían plastificantes y que luego se endurecía con formaldehido. Conocida con el nombre comercial Galalith (Galalite en Italia y Erinoid en el Reino Unido) se presentaba con un aspecto similar al de la Celuloide o bien al marfil o al cuerno artificial.

4

Tipo de enlace

Kcal / mol

Van der Waals en CH 4

2,4

Dipolos permanentes

3a5

Enlaces hidrógeno Iónicos

- Fuerzas de Atracción dipolo-dipolo.

5 a 12

Debidas a dipolos permanentes, como en el caso de los poliésteres. Estas atracciones son mucho mayores a 100 más potentes y a ellas se debe la gran resistencia a tracción de las fibras de los poliésteres. - Enlaces de Hidrógeno Estas interacciones son tan fuertes, que una fibra obtenida con estas poliamidas (nylon) tiene resistencia a tracción mayor que la de una fibra de acero de igual masa. - Enlaces iónicos. Hay atracciones de tipo iónico que son las más intensas. Se llaman ionómeros y se usan, por ejemplo, para hacer películas transparentes de alta resistencia.

Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituidos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas. En general, los polímeros tienen buenas resistencias mecánicas debido a la atracción entre sus grandes cadenas poliméricas. Estas fuerzas intermoleculares dependen de la composición química del polímero y pueden ser: Fuerzas de Van der Waals (fuerzas de dispersión). Existen en moléculas de muy baja polaridad, generalmente en los hidrocarburos. Provienen de dipolos transitorios (como resultado de los movimientos de electrones, en cierto instante una porción de la molécula se vuelve ligeramente negativa, mientras que en otra región aparece una carga positiva equivalente). Estos dipolos producen atracciones electrostáticas muy débiles en moléculas de tamaño normal, pero en los polímeros, formados por miles de estas pequeñas moléculas, las fuerzas de atracción se multiplican llegando a ser enormes.

5

Los polímeros vinílicos más sofisticados se obtienen a partir de monómeros en los cuales uno o más de los átomos de hidrógeno del etileno han sido reemplazados por otro átomo o grupo atómico. Polipropileno

Poliestireno

Poli(cloruro de vinilo)

Reemplazando dos átomos de hidrógeno, sobre el mismo átomo de carbono, podemos obtener 2.2. Procedimientos de formación de las macromoleculas. poliisobutileno, que es un tipo de caucho. CH Existen diversos procesos para unir TT moléculas™ pequeñas con otras para formar ? moléculas 11 CHj r , estructuras monómeras grandes. Su clasificación se basa enV.el/ mecanismo por el cual se unen —^ o en las condiciones experimentales^=c, de reacción.

11CI1

2.1.1.

*

H CH3

Polimerización por adicción.

En las reacciones de adición, varias unidades monoméricas se unen, en presencia de un catalizador, como de la reorganización de los enlaces C=C de cada una de ellas. Poli (metacrilato de resultado metilo) -

Adición de moléculas pequeñas de un mismo tipo unas a otras por apertura del doble enlace sin eliminación de ninguna parte de la molécula (polimerización de tipo vinilo). Adición de pequeñas moléculas de un mismo tipo unas a otras por apertura de un anillo sin eliminación de ninguna parte de la molécula (polimerización tipo epóxido). Adición de pequeñas moléculas de un mismo tipo unas a otras por apertura de un doble enlace con eliminación de una parte de la molécula (polimerización alifática del tipo diazo).

-

Adición de pequeñas moléculas unas a otras por ruptura del anillo con eliminación de una parte de la molécula (polimerización del se tipohayan aminocarboxianhidro). No muchos monómeros en los cuales reemplazado los átomos de hidrógeno en ambos átomos de carbono son capaces de polimerizar. Pero un polímero que se obtiene a partir de un Adición de birradicales formados por deshidrogenación (polimerización tipo p-xileno). monómero sustituido en ambos átomos de carbono es el politetrafluoroetileno, denominado Teflon.

F F

Los polímeros vinílicos son polímeros F, ,F obtenidos a partir de monómeros vinílicos; es decir, :c=c; pequeñas moléculas conteniendo dobles enlaces carbono-carbono. -

F

F F

El polietileno se obtiene a partir del monómero etileno. Cuando polimeriza, las moléculas de etileno se unen por medio de sus dobles enlaces, formando una larga cadena de varios miles de átomos de carbono conteniendo sólo enlaces simples entre sí.

Los polímeros isómeros son polímeros que tienen esencialmente la misma composición de porcentaje, pero difieren en la colocación de los átomos o grupos de átomos en las moléculas.

7 6

2.1.2. Polimerización por condensación. En la reacción de condensación, los monómeros se combinan con la formación y pérdida de moléculas pequeñas, como agua, alcohol, etc. -

Formación de poliésteres, poliamidas, poliéteres, polianhidros, etc., por eliminación de agua o alcoholes, con moléculas bifuncionales, como ácidos o glicoles, diaminas, diésteres...

-

Formación de polihidrocarburos, por eliminación de halógenos o haluros de hidrógeno, con ayuda de catalizadores metálicos o de haluros metálicos.

-

Formación de polisulfuros o poli-polisulfuros, por eliminación de cloruro de sodio, con haluros bifuncionales de alquilo o arilo y sulfuros alcalinos o polisulfuros alcalinos.

1 -

-

Homopolímeros y Copolímeros

Homopolimeros: son polimeros que contienen una sola unidad estructural (polietileno, polipropileno). Además, contienen cantidades menores de irregularidades en los extremos de la cadena o en ramificaciones.

Copolímeros: contienen varias unidades estructurales, como es el caso de algunos muy importantes en los que participa el estireno. Las diferentes combinaciones de monómeros se realizan para modificar las propiedades de los polímeros y lograr nuevas aplicaciones. Lo que se busca es que cada monómero imparta una de sus propiedades al material final; así, por ejemplo, en el ABS, el acrilonitrilo aporta su resistencia química, el butadieno su flexibilidad y el estireno imparte al material la rigidez que requiera la aplicación particular. No solo cambian las propiedades al variar las proporciones de los monómeros, sino también al variar su posición dentro de las cadenas. Las mezclas físicas de polímeros, que no llevan uniones permanentes entre ellos, también constituyen a la enorme versatilidad de los materiales poliméricos. Son el equivalente a las aleaciones metálicas.

2.3. Concepto de Tacticidad El término tacticidad se refiere al ordenamiento espacial de las unidades estructurales. El mejor ejemplo es el polipropileno, que antes de 1955 no tenía ninguna utilidad. En ese año, Giulio Natta en Milán, utilizó para hacer polipropileno, los catalizadores que Karl Ziegler había desarrollado para el polietileno. Esos catalizadores, hechos a base de cloruro de titanio y tri- alquil-aluminio, acomodan a los monómeros de forma que todos los grupos metilos se sitúan al mismo lado en la cadena. En esta forma, Natta creó el polipropileno isotáctico, que tiene excelentes propiedades mecánicas. Hasta ese momento, con los procedimientos convencionales, sólo se había podido hacer polímeros atácticos, sin regularidad estructural. El polipropileno atáctico es un material ceroso, con pésimas propiedades mecánicas. Otros catalizadores permiten colocar los grupos alternadamente, formando polímeros que se llaman sindiotácticos, los cuales, como los isotácticos, tienen muy buenas propiedades.

8

3. ELEMENTOS BÁSICOS DE UN PLASTICO.

3.1. Materias primas El componente principal de un plástico (vehículo) son polímeros o resinas artificiales, por lo general derivados de la celulosa y de los hidrocarburos. Para su utilización hay que añadirles otros productos que mejoren su mala flexibilidad, mala resistencia al choque, mala resistencia a bajas temperaturas, agrietamientos... Estos productos son los modificantes (catalizadores, plastificantes, estabilizadores, cargas y pigmentos). Por último, para fabricar plásticos con usos especiales se le añaden armaduras y refuerzos.

El petróleo se refina para formar moléculas orgánicas pequeñas, llamadas monómeros, que luego se combinan para formar polímeros resinosos, que se moldean o extruyen para fabricar productos de plástico. Del total del petróleo utilizado, el 70% se quema para producir energía, el 20%, lo utilizan diferentes industrias, el 4% la industria petroquímica lo utiliza para diferentes usos y sólo el 6% es empleado en la fabricación de plásticos.

3.1.1.

Resinas.

En la tecnología de los materiales poliméricos: el término resina se aplica a todo polímero que constituye la materia prima básica en la fabricación de los productos plásticos acabados o semiacabados y a las resinas empleadas directamente en obra. Por su procedencia las resinas se clasifican en: Resinas naturales: de origen vegetal y raramente de origen animal. -

Resinas artificiales: proceden de la modificación química de ácidos grasos, de las resinas naturales y de otras sustancias macromoleculares.

-

Resinas sintéticas: proceden de reacciones químicas controladas a partir de materias perfectamente definidas que, en sí mismas, no tienen carácter de resinas.

9

3.1. Modificantes. Las diversas clases de plásticos y sus copolímeros proporcionan una amplia variedad de propiedades, pero no son suficientes para cubrir las muchas demandas de características y aplicaciones especiales que se requieren en el mercado. Los modificantes amplían el campo de aplicación de los plásticos y proporcionan una variación muy matizada de propiedades principalmente los plastificantes, estabilizadores, pigmentos o tintes...

3.1.1.

Plastificantes.

Son materiales líquidos o sólidos que al mezclarlos con las resinas las vuelven blandas, más flexibles, más tenaces (y a veces más débiles) de lo que serían en cada caso. Posibilitan a bajas temperaturas lo que podría hacer el calor a temperaturas más altas, a base de atenuar las fuerzas de tracción entre las moléculas lineales y permitiendo que puedan moverse fácilmente unas con relación a las otras. Un buen plastificante se caracteriza por: -

Compatibilidad. Esto significa que durante toda la vida del objeto el plastificante debe permanecer en su sitio. Algunos plastificantes emigran gradualmente a la superficie; por ejemplo, en hules, la superficie se vuelve grasienta, mientras que el plástico desnudo se vuelve frágil, se contrae y se cuartea.

-

Estabilidad. El plastificante no se estropeará gradualmente con la edad, lo que llevaría al deterioro del objeto de plástico.

-

No degradabilidad. El plastificante no atacará al plástico, rompiendo las cadenas largas moleculares en segmentos cortos o de alguna otra forma. Tampoco dañará a otros constituyentes, tales como estabilizadores o pigmentos.

-

Rendimiento. Una pequeña cantidad cundirá mucho. De forma general, cuanto menos cantidad se precise mejor es el plastificante.

-

Atoxicidad. Aunque siempre es de desear, es particularmente importante si los objetos pueden llevarse a la boca (juguetes y objetos para niños pequeños).

3.1.2.

Catalizador.

Sustancia cuya presencia hace reaccionar a dos o más productos entre sí, que por sí solos permanecerían prácticamente inertes unos frente a otros. En la química macromolecular también se denomina iniciador.

3.1.3.

Estabilizadores.

Los plásticos sin mezcla, tales como la tubería de polietileno o la lámina de cloruro de polivinilo, pueden degradarse cuando se exponen aciertos ambientes, como por ejemplo la luz solar. Sin embargo, pueden reforzarse con estabilizadores, tales como los absorbentes de rayos ultravioleta y antioxidantes. El negro de humo, por ejemplo, convierte el polietileno, que es un material rápidamente degradable, en otro que resiste muy bien la luz solar y la intemperie. Otros estabilizadores cumplen su cometido sin colorear ni volviendo opaco al plástico.

3.1.4.

Cargas.

Material insoluble en polvo, granos o fibras incorporado a un compuesto polimérico para reducir su precio, su exotermia o su retracción y frecuentemente para aumentar su dureza, su resistencia a la abrasión o al calor u otra propiedad específica, como por ejemplo:

10

-

Moldeabilidad. Los plásticos fenólicos en estado puro no se moldean bien y son duros y quebradizos. Resultan mucho más moldeables cuando se les mezcla con harina de madera, normalmente de madera dura, en proporción de hasta un 50 por ciento. El material mezclado se contrae y se resquebraja menos, desgasta menos los moldes y cuesta menos que los fenólicos puros. Puede usarse cáscara de nuez molida o ingredientes semejantes. Con este material, de uso general, se hacen, por ejemplo, piezas de carpintería.

-

Resistividad eléctrica. La resistencia eléctrica de los plásticos fenólicos moldeados puede aumentarse incorporando mica finamente dividida; muchas piezas moldeadas para electricidad se hacen de esta manera.

-

Resistencia al calor. Las cargas de amianto aumentan enormemente la resistencia al calor de los plásticos fenólicos y otros plásticos termoestables. Otras cargas inorgánicas importantes son el sílice, arcilla y carbonato cálcico. Este último, a menudo, en forma de piedra caliza molida o polvo de mármol.

-

Tenacidad. La fragilidad es superada generalmente, además de con el uso de plastificantes o por copolimerización, incorporando cargas fibrosas, normalmente cortadas en longitudes de 1,5 m m a 15 m. Estos rellenos pueden ser fibras naturales tales como el algodón, cáñamo, o bien sintéticas, tales como el rayón, nylón, poliéster y fibra de vidrio.

3.1.6.

Pigmentos

Muchos plásticos son transparentes e incoloros y por lo tanto coloreables; otros, admiten coloración limitada. Los acrílicos, por ejemplo, pueden incluirse en los de la primera clase, los fenólicos, en la segunda. En algunos casos, el color puede ser tanto en transparente como en opaco, en otros sólo en opaco. Los tintes proporcionan colores transparentes; los pigmentos, opacos. Los colores deben ser compatibles con el plástico y sus constituyentes, tales como plastificantes y estabilizadores, así como entre ellos. La estabilidad a la luz es normalmente función de la estabilidad inherente del tinte o del pigmento, pero puede ser afectada por interacciones a largo plazo con el plástico y sus constituyentes.

3.1.7.

Armaduras y refuerzos.

Muchos plásticos se fabrican en forma de material compuesto, lo que implica la adición de algún material de refuerzo (normalmente fibras de vidrio o de carbono) a la matriz de la resina plástica. Los materiales compuestos tienen la resistencia y la estabilidad de los metales, pero por lo general son más ligeros. Las espumas plásticas, un material compuesto de plástico y gas, proporcionan una masa de gran tamaño pero muy ligera.

3.1.8.

Lubricantes.

Los lubricantes mejoran la procesabilidad de los polímeros, realizando varias importantes funciones. -

Reducen la fricción entre las partículas del material, minimizando el calentamiento friccional y retrasando la fusión hasta el punto óptimo. Reducen la viscosidad del fundido promoviendo el buen flujo del material. Evitan que el polímero caliente se pegue a las superficies del equipo de procesamiento.

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4. TIPOS DE PLASTICOS.

Las macromoléculas, lineales o ramificadas, pueden estar colocadas, unas con respecto a otras, de forma diferente.

Puede darse el caso de que se encuentren desordenadas, entrelazadas como un fieltro. Es lo que se llama el estado amorfo. Los plásticos amorfos son vítreos, transparentes y generalmente frágiles.

Pueden estar alineadas, en claro paralelismo, como las cerillas en su caja. Pero no se sitúan así en toda su longitud, sino en tramos muy pequeños, que reciben el nombre de cristalitas (cuerpo sólido cuyos elementos constitutivos átomos, iones o moléculas- están dispuestos de forma regular en las tres dimensiones). Las longitudes restantes de cada macromolécula se pliegan formando lazos o bucles. Los plásticos parcialmente cristalinos son translúcidos u opacos, pero más resistentes al calor que los amorfos.

Los plásticos con macromoléculas lineales o ramificadas, pero no entrelazadas (reticuladas) pueden ser moldeados de manera reversible. Por acción del calor, se reblandecen para adoptar la forma que se les quiera dar. Son los termoplásticos.

Los plásticos con macromoléculas tridimensionalmente reticuladas (entrelazadas) no pueden ser moldeados de manera reversible. Son los termoendurecidos. Para forzar la reticulación, los químicos introducen, en las macromoléculas originales, grupos reactivos de moléculas que se disponen a distancias regulares y que actúan como grapas entre las cadenas.

Cuando las macromoléculas forman una red de malla abierta, los plásticos resultantes son elásticos como la goma.Se les llama elastómeros.

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Nota: Con el fin de favorecer el conocimiento de los distintos materiales plásticos, especialmente en el momento de su PEAD de (HDPE) clasificación, la Sociedad Industrias Plásticas de los Estados Unidos (SPI) ha difundido un código de de alta densidadque es el utilizado en este tema. identificación de usoPolietileno corriente a nivel internacional, Existen más de 100 tipos de plásticos, los más comunes son sólo 6 y se los identifica con un número dentro de un triángulo (símbolo de reciclaje) para efecto de facilitar su clasificación para el reciclado.

El polietileno de alta densidad es un termoplástico fabricado a partir del etileno a temperaturas inferiores a 70 °C y presión atmosférica (proceso 4.1. Polímeros termoplásticos.Ziegler-Natta). (También llamados pistómeros o termoplastos). Polimeriza con estructura lineal (de tipo cristalino), y densidad comprendida entre 0,94 y 0'96 kg/dm . Son polímeros (lineales, ramificados o no), que de manera reiterativa se pueden reblandecer muy versátil y se lo al puede transformar diversas formas: (plastificar) por la acciónEs del calor y endurecer enfriase. Puedende llegar a fundirse sinInyección, que tenga Soplado, Extrusión, lugar su descomposición químico siempreo Rotomoldeo. que no se alcance una determinada temperatura, denominada de descomposición. Están por macromoléculas líneales o ramificadas que, a partir de cierta temperatura, USOSconstituidos Y APLICACIONES: inferior a la de descomposición, deslizan entre sí de modo que el material adquiere una fluidez El PEAD , polietileno de alta densidad, se utiliza para fabricar bolsas, cajas de botellas, tuberías, juguetes, cascos viscosa. de seguridad laboral .. Gracias supolímero estructura tenga lineal sirve para cuerdas redes de pesca,debe lonastener para hamacas .. La resistencia térmica Para que aun aplicación comoytermoplástico una temperatura de transición permite para envases quematerial deban seramorfo), esterilizados en autoclave (leche ,de sueros .. ) Tm (si se trata de un vítrea Tgusarlo (si se trata de un o una temperatura fusión material superior a laentemperatura Tambiéncristalino), en construcción se utiliza tuberías para ambiente. gas, telefonía, agua potable, minería, drenaje y uso sanitario.

Por lo general los materiales termoplásticos presentan un buen conjunto de propiedades mecánicas, son fáciles de procesar, reciclables y bastante económicos. La principal desventaja deriva del hecho de que son materiales que funden, de modo que no tienen aplicaciones a elevadas temperaturas puesto que comienzan a reblandecer por encima de la Tg, con la consiguiente pérdida de propiedades mecánicas.

4.1.1.

Poliolefinas. (polietileno, polipropileno, polibuteno, polisobutileno, etc.)

Polietileno. PE.

Termoplástico.

El polietileno es un termoplástico fabricado a partir del etileno (elaborado a partir del etano, uno de los componentes del gas natural) , en forma de gránulos o de polvo blanco. Sus propiedades técnicas depende de la masa molecular, la ramificación de la cadena y el grado de cristalinidad, por lo que el método de elaboración influye considerablemente, especialmente la presión. Todos los polímeros derivados del etileno tienen una gran resistencia a los productos químicos , acidos , bases, aceites, grasas, disolventes ... Sin embargo, su resistencia es moderada para los hidrocarburos normales y clorados . Debido a su gran facilidad de extrusion para film, los poliestilenos son muy utilizados para recubrimientos de otros materiales , papel, cartón, aluminio...y para embalajes. CARACTERISTICAS: Resistente a las bajas temperaturas - Irrompible - Impermeable - No tóxico.

El etileno, según la temperatura a que se someta puede transformarse en dos tipos de polimeros:

13 14

PEBD. (LDPE) Polietileno de baja densidad. A temperaturas de unos 170 ° centígrados y 1.400 atmósferas de presión el etileno se transforma en un polímero con aspecto de polvillo blanco, estructura muy ramificada (amorfa, algunos de los carbonos, en lugar de tener hidrógenos unidos a ellos, tienen asociadas largas cadenas de polietileno) y densidad comprendida entre 0' 91-0,93 kg/dm 3.

USOS Y APLICACIONES: El PEBD , polietileno de baja densidad, se utiliza para fabricar bolsas flexibles , embalajes industriales , techos de invernaderos agrícolas... También gracias a su resistencia dieléctrica se utilizan para aislante de cables eléctricos.

Recubrimiento del hormigón fresco, evitando la evaporación prematura del agua y preservándolo de las heladas. Revestimiento de encofrados, facilitando el desmoldeo y dando un perfecto acabado al cemento.

CARACTERISTICAS: Gran flexibilidad, extraordinaria resistencia química y dieléctrica, resistente a las bajas temperaturas, irrompible, impermeable y no tóxico. Es versátil, barato y fácil de fabricar. Se transforma por inyección, soplado, extrusión, o rotomoldeo.

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PP Polipropileno H

H Polimerización.

c

£= , H

CHi

Propileno

H H

-hc-c-h I I " H C

H

j

Polipropileno

Es un termoplástico que se obtiene por polimerización del propileno. Los copolímeros se forman agregando etileno durante el proceso.

USOS Y APLICACIONES: Soporta bien temperaturas cercanas a los 100 °C por lo que se utiliza para tuberías de fluidos calientes . Piezas de automóviles (parachoques) y electrodomésticos, cajas de baterías , jeringas desechables, tapas en general, envases, baldes, todo tipo de cartelería interior y exterior. Al tener una estructura lineal se utiliza para rafias y monofilamentos , fabricación de moquetas , cuerdas , sacos tejidos , cintas para embalaje, pañales desechables...

CARACTERISTICAS: Plástico rígido de alta cristalinidad y elevado Punto de Fusión, excelente resistencia química y baja densidad (la más baja de todos los plásticos). Al adicionarle cargas (talco, caucho, fibra de vidrio...), se refuerzan sus propiedades hasta transformarlo en un polímero de ingeniería. Muy sensible al frío y a la luz ultravioleta (envejece rápidamente), por lo que necesita estabilizantes a la luz.

Barato, resistente a la temperatura, y no tóxico. Es transformado en la industria por los procesos de inyección, extrusión/termoformado. Fácil manipulado, se puede cortar, perforar y troquelar.

soplado y

16

4.1.2. Polimerizados del estireno. (poliestirenos, copolímeros ABS y ASA, etc.)

PS Poliestireno

El poliestireno estructuralmente, es una larga cadena hidrocarbonada, con un grupo fenilo unido cada dos átomos de carbono. Las materias primas para la fabricación del estireno son el etileno y el benzeno Hay tres clases de poliestireno: -

PS Cristal: Es un polímero de estireno monómero (derivado del petróleo), cristalino y de alto brillo.

-

PS Alto Impacto: Es un polímero de estireno monómero con oclusiones de Polibutadieno que le confiere alta resistencia al impacto.

-

PS expandido que es una espuma.

Es Termoplástico y fácilmente moldeable a través de procesos de: Inyección, Extrusión/Termoformado, Soplado.

USOS Y APLICACIONES: Se usa en envases, vasos, platos y cubiertos desechable, neveras portátiles, máquinas de afeitar desechables, juguetes, cassettes, aislantes térmicos y acústicos...

CARACTERISTICAS: Ignífugo - No tóxico - Transparente - Irrompible - Fácil limpieza. Fácil de serigrafiar. Fácil de manipular, se puede cortar, taladrar, perforar, troquelar

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El ABS fue desarrollado para conseguir altas fluideces y rigidez a la vez que un buen comportamiento al impacto, caracteristicas que no cumplía el PS, por lo que se mezcló con cauchos.

Acrilonitrilobutadieno-estireno. ABS.

Termoplástico.

Se podría definir el ABS como un copolímero del PS con cauchos. Nace de la polimerización de tres elementos: - El acrilonitrilo aporta buena resistencia química, brillo, resistencia térmica y resistencia al desgaste. El butadieno le confiere buen comportamiento al impacto. - El estireno aporta moldeabilidad y buena estabilidad dimensional (el contenido varía entre un 65 y 80%).

CARACTERISTICAS: Buena resistencia al impacto (a altas y bajas temperaturas). Excelente rigidez. Excelente brillo y aspecto superficial. Resistencia al rayado. Buena resistencia a los agentes químicos. Excelente procesabilidad. Existe ABS para cromar.

USOS Y APLICACIONES: Industria: es utilizado para piezas de teléfonos, radios, aspiradoras, y grandes electrodomésticos, griferías, radiadores... Eléctrico: sus aplicaciones van desde aparatos de fax, carcasas de los monitores de ordenador y de aparatos eléctricos en general, enchufes, ... Automóvil: se utilizan tipos anticalóricos reforzados con fibra de vidrio, cromables, etc. en retrovisores, piezas eléctricas, parrillas de radiadores, en los mandos de control, ...

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4.1.3. Polímeros halogenados. (policloruros de vinilo, copolímeros vinílicos, politetrafluoretileno o teflón, polifluoruro de vinilo, etc.). El SAN fue desarrollado para conseguir altas fluideces y rigidez a la vez que Acrilonitrilo-estireno. SAN. un buen comportamiento al impacto y transparencia, caracteristicas que no cumplía el PS ni el ABS. PVC. Cloruro de polivinilo Se podria definir como un PS mezclado con cauchos, o un copolímero de Se produce a partir de dos materias primas naturales: gas 43% y sal estireno/acrilonitrilo. común (*) 57%. Termoplástico.

Ir CARACTERISTICAS:

-

i

£

• »

Resistente a altas temperaturas y al ataque de agentes químicos. Excelentes propiedades mecánicas _ Fácil procesabilidad Muy buena transparencia Buena estabilidad dimensional.Estructuralmente, el PVC es similar al polietileno, con la diferencia que

cada dos átomos de carbono, uno de los átomos de hidrógeno está sustituido por un átomo de cloro.

USOS Y APLICACIONES: A este polímero termoplàstico es necesario añadirle aditivos, plastificantes, elastificantes, cargas y otros polímeros para que adquiera Industria: Encendedores: por su transparencia y buenaque resistencia de los las propiedades permitanalsuataque utilización en agentes las diversas aplicaciones . químicos. Así, puede ser flexible o rígido; transparente, translícido o completamente Cubre lámparas, por su transparencia y buenas propiedades mecánicas, pudiendo opaco; frágil o tenaz; compacto o espumado . ser aditivado contra los rayos UV. Embalajes de todo tipo, Elcomo recipientes de aditivos cocina plastificantes que requieran . El aptitud PVC rígido no lleva flexible o plastificado, sí alimentaria, transparencia, y o los buenlleva comportamiento a bajas temperaturas. . Piezas interiores de neveras. Ventiladores de aire acondicionado.

Electricidad: Carcasas de secadoras, piezas de aparatos de TV, cajas de baterias.

USOS Y APLICACIONES: Aparatos de vídeo, se utiliza por su extraordinaria rigidez y elevada temperatura de Envases. distorsión. Perfiles para marcos de ventanas, puertas. Tuberías de desagües, mangueras, aislamiento de cables. Juguetes, envolturas para golosinas, películas flexibles para envasado, papel vinílico (decoración)... Plásticos de estireno-butadieno. SBP. Termoplástico. Objetos termoconformados industriales y domésticos. Tableros para de mesas de trabajo y estanterías para laboratorios. Aparatos Copolímeros estireno-butadieno. También llamados hules sintéticos. Contienen un 25% de estireno electrodomésticos. y un 75% de butadieno y se utilizan en la fabricación de llantas, espumas, aislamiento de alambres y

cables eléctricos, mangueras.... Los copolímeros de estireno-butadieno con mayor contenido de butadieno, hasta de 60%, se usan para hacer pinturas y recubrimientos ahulados. Para mejorar la adhesividad, en ocasiones se incorpora el ácido acrílico o los ésteres acrílicos, que elevan la polaridad de los copolímeros.

MBS: Se obtienen injertando metacrilato de metilo o mezclas de metacrilato y estireno, en las cadenas de un hule de estireno-butadieno. Acrílicos: Copolímeros de metacrilato-butilacrilato-estireno o de metacrilato-hexilacrilato- estireno. Otros copolímeros importantes del estireno, se realizan polimerizando en suspensión, estireno en presencia de divinil-benceno, para obtener materiales entrecruzados, que por sulfonación y otras reacciones químicas se convierten en las conocidas resinas de intercambio iónico. CPE. Los polietilenos clorados se obtienen clorando polietileno de alta densidad con 30% a 40% de cloro. Tienen baja cristalinidad y baja temperatura de transición vítrea. EVA. Copolímero del etileno y acetato de vinilo con 30% a 50% del acetato, posee propiedades elastoméricas.

19

• j*

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a ■* 1

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-

7

I

1

ii

CARACTERISTICAS: Su capacidad para admitir todo tipo de aditivos permite que pueda adquirir propiedades muy distintas y teniendo en cuenta su precio relativamente bajo le hace ser un material muy apreciado y utilizado para fabricar multitud de productos . Ignífugo (con altas temperaturas los átomos de cloro son liberados, inhibiendo la combustión). Resistente a la intemperie, no tóxico, impermeable y no quebradizo. Buenas propiedades de aislamiento. Fácil de manipular, se puede cortar, taladrar, clavar, enroscar, perforar, pegar... Resistente a los agentes químicos y corrosivos.

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4.1.5. Óxidos, sulfonas mezclada Politetraflúoretileno. PTFE. y similares. Polímeros con cadena de constitución Termoplástico. heteropolímeros. Las resinas fluoruratas son materiales termoplásticos producidos en los Estados Unidos a partir del 1950 y han tenido un gran éxito por sus características especialísimas. La más importante de las resinas fluorurate es el politetrafluoroetileno que se suministra generalmente en forma de PET semielaborado, sucesivamente trasformado Polietileno Tereftalatocon elaboración mecánica y al utensilio. Las resinas fluoruratas tienen diferentes aplicaciones que van desde los equipos para laboratorio a las fibras y a las películas especiales. características y antiroce yrinden precioso por el Se Las produce a partir autolubricantes del Ácido Tereftálico Etilenglicol, politetrafluoroetileno enpolicondensacion; la fabricación existiendo de engranajes industriales, prótesis quirúrgicas, dos tipos: grado textil y grado botella. revestimientos de baterías de cocina. Se emplea también en la fabricación de bombas, válvulas, filtros y elementos para vehículos espaciales.

USOS Y APLICACIONES: Polifluoruro de vinilo. PVF. Termoplástico. Envases de gaseosas, aceites, agua mineral, salsas...( Para el grado botella se lo debe post condensar, existiendo diversos colores para estos usos). Fibras textiles, Cintas de vídeo y audio, películas radiográficas... Geotextiles (telas para pavimentación). 4.1.4. Ésteres de polivinilo y polimetacrilo. (poliacetato de vinilo, polimetilmetacrilato o plexigás; CARACTERISTICAS: vidrio acrílico, etc.). Barrera a los gases - Transparente - Irrompible - Liviano - No tóxico.

Polimetacrilato de metilo. PMMA.

Politereftalato de butileno. PBT.

Termoplástico.

Se fabrica policondensado en la masa éster dimetílico del ácido tereftálico con 1,4-butadonil . Comercializado bajo la marca Plexiglas.

Termoplástico.

CARACTERISTICAS: CARACTERISTICAS:

Gran transparencia , además de elevada rigided y tenacidad , buena resistencia química , fácil moldeo y buen

Alta resistenciacomportamiento a esfuerzos permanentes dieléctrico. Alta indeformabilidad al calor, especialmente en los tipos reforzados con fibras de vidrio Alta dureza Se pueden obtener planchas por entre dos planchas de vidrio para después ser mecanizadas . Para Buen comportamiento deslizante y frente alcolada desgaste Alta estabilidadaumentar dimensional y de forma (bajo coeficiente térmica yde escasa absorción de agua) la dureza y evitar el rayado de las lentesde sedilatación les dá un tratamiento fluoración Buenas características eléctricas Gran resistencia a los agentes químicos

USOS Y APLICACIONES: Parabrisas y ventanas de aviones, portillos de barcos , claraboyas .

USOS Y APLICACIONES: Al ser un material muy transparente, se utiliza también en óptica, lentes de máquinas fotográficas,indeformabilidad gafas. al calor, os. Se Industria eléctrica y electrónica, debido a su buen comportamiento aislante estabilidad dimensional, emplea tanto en el resistencia a los agentes químicos y efectos ignífug sector de las piezas aislantes para extintores como en aislamientos primarios. dicionales en cuanto a uímicos y al Electrodomésticos, en los que cumple con las especificaciones a indeformabilidad al calor, agrietamiento características aislantes, resistencia a los agentes q por tensión, así como calidad superficial.

Mecánica de precisión y maquinaria, ruedas dentadas, cojinetes y otros eler a su buen comportamiento nentos deslizantes gracias ¡'i deslizante y resistencia al desgaste

Industria del automovil por su rigidez, indeformabilidad al calor, decorabilidad y resistencia a la intemperie. Se emplea tanto en aplicaciones interiores como exteriores.

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El policarbonato toma su nombre de los grupos carbonato en su cadena principal. También se denomina policarbonato de bisfenol A, porque se elabora a partir de bisfenol A y fosgeno.

Policarbonato. PC. Ter mop lásti co.

Es amorfo y transparente , aguanta una temperatura de trabajo hasta 135 °C , y tiene buenas propiedades mecánicas , tenacidad , y resistencia química . CARACTERISTICAS: Virtualmente irrompible. Es 250 veces más resistente al impacto que el vidrio. Excelente comportamiento ante el fuego. Excelente transmisión de luz. Poco peso, menos de la mitad que el vidrio. (Considerando igual espesor). Curvable en frío. No propaga la llama. Aislante térmico (Valor K 2,7 en 6 mm.) Aislante acústico (clasificación STC=31 dB en 6 mm.)

USOS Y APLICACIONES: Carcasas de protección para maquinaria y equipos peligrosos, viseras para protección de la cara. Tapas para cuadros eléctricos y de mandos, cristaleras irrompibles para casetas de obra, coches blindados. Protección antichoque para iluminación de seguridad y emergencia. Señalización urbana y de carretera, letreros, protección de luminosos de neón.

23 22

Poliamidas. PA.

En 1.930 se descubrió un polímero con el que se podían hacer hebras de gran resistencia, era la primera poliamida 6.6, que se comercializó con el nombre de Nylon . En 1.938 se obtuvo la polimerización de la PA 6, que se comercializó con el nombre de Perlon. Se denominan poliamidas, debido a los característicos grupos amida en la cadena principal. Las proteínas (como la seda), también son poliamidas.

Termoplástico.

CARACTERISTICAS: Las poliamidas presentan unas propiedades físicas próximas a las de los metales como la resistencia a la tracción entre 400 - 600 kg/cm 2 . Bajo peso específico entre 1' 04 y 1' 15. Fácil moldeo Resistencia a temperaturas de trabajo de hasta 1200 °C . Rigidez y resistencia al desgaste, deformaciones y a elevadas temperaturas. Buena resistencia química salvo a ácidos concentrados. Buenas propiedades mecánicas y eléctricas. Tienen un inconveniente , su higroscopidad . Absorven agua en un porcentaje variable , esto hace que disminuyan sus propiedades mecánicas , y aumentan el volumen al hincharse .

USOS Y APLICACIONES: Piezas que exigen buen coeficiente de rozamiento y buena resistencia al desgaste. Piezas que precisen mecanizado con torno automático. Piezas técnicas sometidas a choques, sacudidas e inversiones de sentido. Rodillos y cintas transportadoras. Cojinetes, piezas sometidas a frotamiento. Engranajes, elementos de transmisión.

IÍUI 24

4.2. Polímeros termoestables. 4.2.3. Otras resinas. También Resinasllamados reactivas,durómeros también denominadas o duroplastos. resinas Son aquellas de reacción materias líquidas. poliméricas Su constitución que por química la acciónes del tal calor que pueden o mediante reticularse endurecedores bajo la acción apropiados, de un catalizador endurecenode de forma un endurecedor irreversibley ypasan al fundirse del estado se descomponen líquido al sólido. químicamente. Esta reacción Están se produce formadossin pornecesidad macromoléculas de aportación reticuladas de calor en ely,espacio, frecuentemente, que en elexotérmica. proceso de endurecimiento, o de curado, se reticulan más estrechamente. AApartir la resina de materias de base primas se le suele de bajo añadir peso aditivos molecular modificadores, se forman,cargas en una neutras primera u otras fase, materias un producto para intermedio conseguir (prepolímero), algún objetivo de concreto; peso molecular la mezcla intermedio, puede ser reforzada no reticulado con fibras o muy depoco diversa y por índole. tanto Se todavía utilizancapaz comodeadhesivos, fundir (y por conglomerantes tanto de rellenardeunáridos, molde).resinas La reticulación de colada espacial y como que material da lugar apara la formación inyección de de la obras macromolécula de fábrica o termoestable del terreno. tiene lugar por reacción química (curado) durante el moldeo de la pieza, es decir, durante el proceso de transformación. Los tipos principales de resinas reactivas son: Puesto que no funden y no reblandecen son materiales que presentan muy buenas propiedades a Resinas epoxídicas: • Resinas epoxi. elevadas temperaturas. Junto con su alta resistencia térmica presentan alta resistencia química, • Resinas epoxi-acrílicas y otras. rigidez, dureza superficial, buena estabilidad dimensional, etc. Resinas de poliéster no saturado. Resinas (furánicas). Los acabados son pobres comparados con los de de metilmetacrilato la mayoría de los termoplásticos; por lo general Resinas de isocianato (poliuretano). las resinas termoplásticos son bastantes opacas y en muchos casos presentan cierta coloración amarillenta. Sin embargoEPOXI. el empleo Las de resinas estos epoxi materiales ha sintéticas ido disminuyendo enporlos últimos pues son resinas caracterizadas poseer en su años, molécula uno o RESINAS requieren métodos de transformación debido a que la reacciónsin deaportación polimerización tiene lugarse varios grupos lentos epoxi que pueden polimerizarse, de calor, cuando EP. durante la transformación.mezclan con un agente catalizador denominado "agente de curado" o "endurecedor". Por sí solas no tienen aplicación práctica. La inmensa mayoría de las resinas epoxi empleadas en la construcción son productos de condensación que resultan de las epiclorhidrina con compuestos de varios grupos fenólicos, generalmente con el difenol-propano, conmúnmente conocido con el nombre de bisfenol A.

Termoestable. 4.2.1. Fenoplastos o resinas fenólicas (bakelitas, novolacas, resitas). CARACTERISTICAS: Fenol-formol. PF.

Termoestable.

Los sistemas epoxi se componen de dos elementos principales: resina y endurecedor, a los que pueden incorporarse agentes modificadores (diluyentes, flexibilizadores, cargas...), para modificar alguna propiedades físicas o químicas del sistema de resina o abaratarlo.

Las resinas fenólicas son las mas antiguas y aún hoy las mas usadas entre las resinas Resinas de base. termofraguantes. Las desarrolló, como es sabido, L. H. Baekeland en el 1909 y tuvieron un gran Las resinas epoxi pueden clasificarse en: - Éteres glicéricos. éxito sobre todo en el periodo entre las dos guerras mundiales. Las masas de estampado fenólico Esteres glicéricos. se usan para fabricar elementos de la industria eléctrica, en radio, en televisión, en teléfonos y en la Aminas glicéricas. industria automovilística; además se fabrican piezas el sector de los electrodomésticos, en el Alifáticas para lineales. sector aerospacial y en la defensa. Cicloalifáticas. Endurecedores. 4.2.2. El endurecimiento Aminoplasto de o resinas depuede urea o melanina con formaldehído. una resina hacerse con un agente (una molécula epoxi se une a otra en presencia del catalizador) o con un endurecedor (el reactivo endurecedor o agente de curado se combina con una o más moléculas de resina).

Urea-formol. UF. Termoestable. SonLos compuestos termofraguantes que se mediante reacción a urea con la agentes catalizadores más empleados son obtienen las bases fuertes taleslacomo aminas de terciarias o materiales formaldehído. fuertemente aceptores Alrededordede protones, 1929 estas como resinas el trifluoruro habían de boro. alcanzado un apreciable desarrollo comercial gracias a sus propiedades y al bajo costo. Como las melanímicas. Tienen el aspecto de un polvo Los reactivos endurecedores pueden clasificarse en: finísimo blanco que se elabora generalmente por estampado a compresión dentro de un molde y - Agentes de curado en frío. Reaccionan con las resinas a temperaturas ordinarias o bajas, en atmósferas con la acción del calor. El principal empleo de las resinas uréicas es el campo de los adhesivos y de particularmente húmedas; de este grupo son: las aminas alifáticas primaria, las poliaminas, las poliamidas las colas; como masas de estampado se utilizan para producir platos, partes de electrodomésticos, y los polisocianatos. componentes eléctricos, teléfonos, aparatos radio, muebles.

Agentes de curado en caliente. Los más empleados son los anhídridos orgánicos, las aminas primarias y aromáticas y los catalizadores, que son inactivos a temperaturas ordinarias, pero que se descomponen en componentes activos al calentarlos.

Melamina-formol. MF. Termoestable. Las resinas melamínicas, como las uréicas, pertenecen al grupo de compuestos termofraguantes USOS aminoplasta. Y APLICACIONES: llamados Las melamínicas se produjeron en forma industrial a partir del final de los Se emplean para una coladas, revestimientos, estratificados, encapsulados, años Treinta. Tienen importancia fundamental en la fabricación de laminados también para prensados,y extrusionados, adhesivos y en otras aplicaciones de conglomeración de materiales. vajillas, platos, partes de electrodomésticos, muebles, artículos decorativos y elementos de aislamiento.

25 26

4.2.4. Poliésteres. Las resinas de poliester constituyen una familia bastante diferenciada y compleja de resinas sintéticas que se obtienen con una grande variedad de materias primas de partida. Las resinas poliester insáturas son líquidos más o menos viscosos de color amarillo pajizo que endurecen con el añadido de catalizadores. Su robusteza, flexibilidad y rigidez pueden ser modificadas con el añadido de aditivos, refuerzos que normalmente pueden ser fibra de vidrio o de carbono. Se emplean en la construcción civil, para conducturas, compuertas, puertas y ventanas, encofrado, vidrios, paneles decorativos; en la náutica más del noventa por ciento de los barcos está construido con resinas poliester reforzado y hoy en día se fabrican también unidades de guerra como por ejemplo los dragaminas y botes para el servicio guardacostas. En la industria de los transportes se fabrican con las resinas de poliester reforzado partes de autobuses, furgones, máquinas agrícolas, roulotte, vagones de ferrocarril. Hay numerosos otros empleos que van desde los botones a los trineos, a los aislantes eléctricos. 4.2.5.

Poliuretanos y similares.

El poliuretano es un material plástico que nace de la reacción química entre dos componentes líquidos: el Poliol y el Isocianato. Intervienen además: Catalizadores: Se utilizan para acelerar o retardar la reacción entre el poliol y el isocianato y, por tanto, poder controlar la formación de la espuma. Aditivos y cargas: Son materiales que por sus características, mejoran determinadas propiedades físicas y mecánicas de la espuma de poliuretano. Algunos de ellos son: los antioxidantes, los blanqueadores ópticos, los estabilizadores térmicos, etc. Agentes espumantes: Los agentes espumantes debido a sus propiedades físicas son excelentes hinchantes y los encargados de dar volumen. Estos agentes se evaporan en forma de gas tras la expansión de la espuma debido a su bajo punto de ebullición y utilizando el calor generado por la reacción poliol-isocianato. Dependiendo de la composición de la mezcla poliol-isocianato, y de su densidad, obtendremos poliuretanos con diferentes características: -

espuma rígida.

espuma rigida para aislamiento Los sistemas de poliuretano vienen utilizándose en el sector de la construcción desde hace más de 25 años en todo el mundo, tanto para el aislamiento térmico como para la impermeabilización. Y su utilización sigue en alza debido a la posibilidad de impermeabilizar y aislar con rapidez de ejecución, sin intervenir en el proceso normal de la obra. No obstante, existen muchas otras ventajas que a continuación se presentan.

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Características: Impermeabilidad y aislamiento térmico en una sola operación. Material con el más bajo coeficiente de conductividad térmica (l = 0,027 W/m° C). Ligereza de peso disminuyendo la carga de la estructura. Buena resistencia a la compresión (de 1 a 3 Kg/cm2), lo que permite su utilización en azoteas transitables con acabado tradicional. Eliminación de las condensaciones en general y, en especial, las que se presentan en superficies metálicas. Evita la formación de humedades por la condensación, ya que establece una barrera térmica que impide que el tabique interior alcance bajas temperaturas y que se condense la humedad ambiente del interior.

-

espuma flexible (Asientos para coches,

-

un elastómero( Pavimentos, Adhesivos y ligantes, Suelas, ruedas, juntas

-

espuma semirrígida (Asientos para bicicletas, motos, sillines para tractores, apoyabrazos, volantes, parasoles, parachoques de coches y autobuses. Sillas de oficina, asientos.

-

Pinturas y barnices de poliuretano

Proyección: La mezcla sale de la máquina perfectamente homogeneizada y finamente pulverizada. La mezcla se aplica sobre el sustrato con equipos específicos, sin interrupciones. En este método se utilizan sistemas de reactividad controlada para obtener la fase de expansión y endurecimiento de la espuma rápidamente. La proyección se utiliza en la impermeabilización y en la aplicación de aislamientos sobre superficies inclinadas, verticales y horizontales, sin producirse deslizamiento ni goteo del material.

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Poliuretanos. PU.

Termoplàstico.

Son polímeros obtenidos mediante la poliadición de los isocianato y de los poliol. Se llaman así porque en su cadena principal contienen enlaces uretano.

Es un excelente plástico de uso industrial que abarca un abanico de durezas tan amplio, que puede alcanzar los valores de los cauchos más blandos y los de los poliamidas más duras, manteniendo siempre su gran elasticidad.

CARACTERISTICAS: Resistente a aceites y grasas. Resistente a la rotura. Gran elasticidad. Resistente a la abrasión. Excelente amortiguador de ruidos y vibraciones. Excelente comportamiento frente a la deformación por presión.

USOS Y APLICACIONES: Componen la familia más versátil de polímeros que existe. Pueden ser elastómeros, pinturas, fibras y adhesivos. Se utilizan en forma flexible para fabricar cojines, colchones, muebles, revestimientos de tejidos En forma rígida para empleos en la industria automovilística, construcción civil, amueblado. Zapatas guía de ascensores por su gran resistencia a la abrasión, grasas y aceites. Apoyos de separación y apilamiento de maquinaria y matrices pesadas. Ruedas para carretillas elevadoras. Poleas y guías para cables. Rodillos para industria textil. Regletas para serigrafía. T roqueles y contra - troqueles para la estampación.

Son un aislante térmico y acústico de óptima calidad.

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4.2.6. Polímeros silicónicos

Siliconas (SI).

Las siliconas son polímeros inorgánicos (no contienen átomos de carbono en su cadena principal). R II

R

R

R III

R

R

AWV SÍ—U Si— ü Ni—ü- Si—Ü—M—U Si—U— II R

R

R

III R

R

R

Esta es una cadena alternada de átomos de silicio y de oxígeno. Cada silicona tiene dos grupos unidos a la misma y éstos pueden ser grupos orgánicos. CB, —

—

CH^

Termoplástico.

CARACTERISTICAS: Las siliconas constituyen buenos elastómeros porque la cadena principal es muy flexible. Los enlaces entre un átomo de silicio y los dos átomos de oxígeno unidos, son altamente flexibles. El ángulo formado por estos enlaces, puede abrirse y cerrarse como si fuera una tijera, sin demasiados problemas. Esto hace que toda la cadena principal sea flexible.

USOS Y APLICACIONES: El tamaño de los polímeros y el grado de entrecruzamiento pueden regularse según las propiedades que se desee en la silicona. Las siliconas lineales son muy resistentes al calor y su viscosidad apenas varía con la temperatura, por lo que tienen una gran aplicación como lubricantes (aceites multigrado) y líquidos para frenos. Las siliconas entrecruzadas pueden vulcanizarse obteniéndose caucho de silicona, o bien resinas sólidas, que tienen numerosas aplicaciones por su resistencia al calor y a los agentes químicos, así como por sus propiedades aislantes. Otra propiedad importante de las siliconas es que repelen el agua, por lo que se utilizan mucho para fabricar tejidos o papeles impermeables, así como para recubrir con una fina capa los aisladores utilizados en electrónica.

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4.3. Polímeros elastómeros: Cauchos y gomas. Elastómeros, son sustancias constituidas por macromoléculas transversalmente, por puentes de enlace (reticulación suelta).

líneales

unidas

entre

si

En los elastómeros o cauchos las cadenas de polímero se encuentran enrolladas y retorcidas de forma arbitraria, al azar, lo que les confiere gran flexibilidad para permitir que el material sea capaz de soportar deformaciones muy grandes. El proceso de curado por el que estos polímeros son entrecruzados se suele conocer como vulcanización. Son materiales muy tenaces, resistentes a aceites y grasas, al ozono, y presentan buena flexibilidad a bajas temperaturas; de hecho, todos los elastómeros tiene temperaturas de transición vítrea inferiores a la temperatura ambiente. Presentan, sin embargo, algunas de las desventajas de los termoestables: requieren un procesado lento, lo que consume grandes cantidades de tiempo y energía. Esto ha llevado a que en los últimos años se haya desarrollado un grupo de elastómeros conocidos como elastómeros termoplásticos (TR). Estos elastómeros termoplásticos pueden estar reticulados de forma química o física. -

Químicamente: la reticulación se deshace a temperaturas altas, convirtiéndose en termoplásticos amorfos o semicristalinos que, cuando la temperatura sigue aumentando, adquieren consistencia termoplástica. Tiene, por tanto el comportamiento de uso de los elastómeros y el comportamiento de fusión de los termoplásticos.

-

Físicamente: consiste por lo general en una mezcla de una matriz termoplástica, generalmente PP, mezclada con un caucho, por lo general EPDM. En este caso la matriz termoplástica permite que el material funda y sea moldeado, mientras que las partículas de caucho contribuyen dando tenacidad y elasticidad al material.

En general la capacidad de deformación de los elastómeros termoplásticos es menor que la de los demás elastómeros (elastómeros permanentes).

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5. MOLDEO. El moldeo de los plásticos consiste en dar las formas y medidas deseadas a un plástico por medio de un molde. El molde es una pieza hueca en la que se vierte el plástico fundido para que adquiera su forma.

5.1. El moldeo rotacional Se moldean por rotación artículos huecos mediante el llenado de moldes abiertos, huecos, con material en polvo o pasta y, después de que ha gelificado o fundido una capa suficientemente gruesa de material, se vierte el resto. La maquinaria para el sistema de moldeo rotacional consta de dos ejes cruzados, en el segundo de los cuales van montados los moldes. Se les aplica calor y al rotar sobre los ejes distribuyen el material uniformemente por las paredes. Al enfriarse, el material se solidifica o se ha vulcanizado, y se extrae la pieza endurecida. Los moldes para recipientes grandes están hechos, generalmente, de chapa metálica de 1,5 a 2 mm de espesor. Suelen fabricarse mediante aluminio colado y los más complejos se pueden obtener por electroformado a partir de cera o modelos de resinas de reacción. Sistemas de calefacción. Las primeras máquinas para rotomoldeo de plásticos utilizaban calentamiento por llama directa, que se ha sustituído principalmente por cámaras de aire que se calienta en una zona independiente por llama o eléctricamente. Sistemas de enfriamiento. El enfriamiento se suele realizar en otra cámara con aporte de aire enfriado o pulverización de agua. Otras aplicaciones incluyen la fabricación de cuerpos huecos posteriormente reforzados con fibras de vidrio/poliéster que se utilizan para producir depósitos de alta presión como, por ejemplo, filtros de piscina.

5.2. Colada. La colada consiste en el vertido del material plástico en estado líquido dentro de un molde, donde fragua y se solidifica. La colada es útil para fabricar pocas piezas o cuando emplean moldes de materiales baratos de poca duración, como escayola o madera. Debido a su lentitud, este procedimiento no resulta útil para la fabricación de grandes series de piezas.

5.3. Espumado. Consiste en introducir aire u otro gas en el interior de la masa de plástico de manera que se formen burbujas permanentes. Por este procedimiento se obtiene la espuma de poliestireno, la espuma de poliuretano (PUR), etc. con los que se fabrican colchones, aislantes termo- acústicos, esponjas, embalajes, cascos de ciclismo y patinaje, plafones ligeros y otros. En los últimos años, las espumas plásticas han adquirido una importancia económica progresiva, sobre todo desde el momento en que muchos plásticos admiten la espumación: polimerizados (por ejemplo Polietileno, Poliestireno y PVC), policondensados (Fenoplastos, Aminoplastos, Poliésteres, Resinas epoxy) y poliaductos (Poliuretanos).

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Además, los plásticos celulares no requieren procesos de fabricación especiales. Se pueden obtener directamente por inyección, extrusión o calandrado.

5.4. Moldeo a presión. Son procesos en los cuales los plásticos se introducen a presión en los moldes. 5.4.1.

Moldeo a Alta Presión.

Se realiza mediante máquinas hidráulicas que ejercen la presión suficiente para el moldeado de las piezas. Básicamente existen tres tipos: compresión, inyección y extrusión.

5.4.1.1.

Prensado.

El plástico en polvo es calentado y comprimido entre las dos partes de un molde mediante la acción de una prensa hidráulica. El prensado de plásticos se inició a principios de este siglo principalmente gracias a la comercialización de la Baquelita (aminoplastos con refuerzo de pulpa de papel o madera), debido principalmente a sus aplicaciones en la industria eléctrica.

Son materiales duros, de alta densidad y resistencia producidos al aplicar alta presión y temperatura a dos o más capas de papel o tejidos de algodón ( o vidrio, o amianto o fibras sintéticas) que están impregnadas con resinas termoestables (resina fenólica fundamentalmente).

Cuando el calor y la presión son aplicadas a las capas impregnadas, una reacción química (polimerización) las transforma en una masa sólida. Estos materiales entran dentro del grupo de los llamados MATERIALES COMPUESTOS, y dada la diferente combinación que puede hacerse de sus componentes (papel, telas, fibras sintéticas, vidrio) se obtienen productos muy diversos para múltiples aplicaciones.

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El mismo procedimiento se emplea también para obtener planchas gruesas a partir de un número de capas finas de termoplásticos calandrados, que se extraen de la prensa de platos múltiples calentados después del enfriamiento. Otro tipo de productos fabricados mediante prensado en caliente son los laminados fenólicos con superficie de melamina, descrita en la norma DIN 16926, en los que se suele utilizar como molde planchas metálicas pulidas que pueden tener una superficie grabada. Existen algunos termoplásticos que no pueden transformarse por los procedimientos habituales, como el PTFE, con una viscosidad muy elevada y una gran sensibilidad al cizallamiento. Al no ser viable el moldeo por inyección o extrusión, el PTFE en polvo se conforma a prensa a temperatura ambiente a 200-350 bar hasta logra una densidad de 2,1-3,2 gr/cm y se sinteriza luego a 370-380 C.

5.4.I.2.

Inyección.

Consiste en introducir el plástico granulado dentro de un cilindro, donde se calienta. En el interior del cilindro hay un tornillo sinfín que actúa de igual manera que el émbolo de una jeringuilla. Cuando el plástico se reblandece lo suficiente, el tornillo sinfín lo inyecta a alta presión en el interior de un molde de acero para darle forma. El molde y el plástico inyectado se enfrían mediante unos canales interiores por los que circula agua.

Este proceso está muy extendido, porque permite fabricar artículos moldeados de alta calidad, normalmente sin necesidad de ninguna operación posterior de acabado, incluso para piezas de formas complicadas que han de estar sometidas a tolerancias dimensionales estrictas. Se aplica, sobre todo, a los termoplásticos, y, en menor escala, a los elastómeros ya los termoestables.

34

5.4.1.3. Extrusión.

Consiste en moldear productos de manera continua, ya que el material es empujado por un tornillo sinfín a través de un cilindro que acaba en una boquilla, lo que produce una tira de longitud indefinida. Cambiando la forma de la boquilla se pueden obtener barras de distintos perfiles. También se emplea este procedimiento para la fabricación de tuberías, inyectando aire a presión a través de un orificio en la punta del cabezal. Regulando la presión del aire se pueden conseguir tubos de distintos espesores.

Es un proceso contínuo utilizado para la fabricación de productos semiacabados tales como perfiles, tuberías, planchas y hojas, que deben someterse a acabado antes de ser puestos en servicio.

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5.4.1.4. Soplado La fabricación de cuerpos huecos presenta problemas para la técnica de inyección de plásticos. Por ello, fuera de la técnica de moldeo rotacional que resulta lenta para la producción de envases y otros productos similares, se ha acudido a tecnologías multi-fase, en las que se fabrica primero un material tubular mediante extrusión o inyección y luego se modifica su forma bajo temperatura mediante la inyección de aire en un molde hueco cerrado frío, solidificándose el plástico en su forma definitiva al contacto con sus paredes. La extrusión soplado El uso de la extrusión para producir el elemento tubular a partir del que se forma el cuerpo hueco permite un mejor aprovechamiento de las posibilidades de los materiales multicapa, con lo que se consiguen envases en que la pared está compuesta por capas de distintos materiales que otorgan las características diferenciadas de barrera, resistencia a la radiación UV, características mecánicas o coloración. La extrusión permite una gran versatilidad de formas. En formas simples, es posible producir envases con asa incorporada que se sopla conjuntamente con el cuerpo del envase mediante un pinzamiento parcial de la preforma.

Una extrusora sitúa un cuerpo tubular y plastificado entre las dos mitades abiertas de un molde.

El molde se cierra, soldando por pinzamiento uno de sus extremos y se insufla aire a presión por el otro, lo que le obliga a adaptarse a las paredes refrigeradas del molde, adoptando su figura y convirtiéndose en un cuerpo hueco.

Es el principal sistema para la fabricación de envases con plásticos biodegradables.

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6. PROPIEDADES. A pesar de la gran variedadLaeninyección-soplado la composición y estructura que pueden presentar los distintos plásticos, hay una serie de propiedades comunes que poseen los plásticos y que los distinguen de Primeramente se moldean por inyección las preferirías otros materiales. con espesores de pared variables controlados. Posteriormente la preforma caliente es estirada de forma controlada y se inyecta finalmente aire para que el 6.1. Propiedades mecánicas. contacto con las paredes frías del molde endurezca el envase de modo casimecánicas instantáneo.de los plásticos tienen una estrecha relación con la temperatura. Al Las propiedades

aumentarse ésta, las resistencias La inyección-estirado-soplado naciódisminuyen. para fabricar envases para bebidas

Esto es particularmente cierto para los termoplásticos, que se reblandecen a eIevadas temperaturas carbónicas en materiales y transparentes. se endurecen y vuelven más rígidos al enfriarse. Cuando se emplean termoplásticos debe tenerse en cuenta las temperaturas de utilización. Aumentar la proporción de plastificante puede tener el mismo efecto que aumentar la temperatura. Los termoestables, debido a su estructura interconectada en retícula, son un poco menos afectados por los cambios de temperatura. si bien algunos pueden. reblandecerse y endurecerse moderadamente al aumentar y disminuir las temperaturas. Los plásticos laminados y reforzados con base termoestable son menos afectados debido a que están estabilizados por el material de refuerzo. La variación de carga afecta a la resistencia. Al igual que muchos otros materiales, tales como la madera y el hormigón armado, muchos plásticos pueden aguantar cargas más elevadas. en tiempos de carga cortos o rápidos, que cuandoMoldeo las cargas sePresión. aplican lentamente o se dejan en carga durante largos períodos de tiempo. 5.4.2. a Baja plastificantes y dar variaciones de carga.de plástico mediante la aplicación de calor y presión hasta Se emplea para forma a láminas adaptarlas a un molde. Se emplean, básicamente, dos procedimientos: Lo mismo que otros materiales, los plásticos pueden fluir, esto es, deformarse continuamente bajo Esto puede serabsorbiendo importante oel apreciable, temperatura. A -tensión. Se efectuar el vacío aire que haysegún entre el la nivel láminadey esfuerzo el molde, ydede manera que ésta elevados niveles de esfuerzo, la fluencia al principio es también elevada. luego durante un tiempo se adapte a la forma del molde. Este tipo de moldeado se emplea para la obtención de envases disminuye, pero en finalmente empieza un incremento terminando de productos moldes que reproducen la forma dede losvelocidad, objetos que contienen. por fallar. Estos elevados niveles de esfuerzo deben evitarse. Se aplicar aire a presión contra la lámina de plástico hasta adaptarla al molde. Este denomina moldeoa por soplado, de como el caso la extrusión, se trata Los procedimiento termoplásticosse son más sensibles la velocidad carga ya lade fluencia que losaunque termoestables, de dos técnicas totalmente diferentes. Se emplea para la fabricación de cúpulas, piezas huecas, laminados y plásticos reforzados. Sin embargo, niveles demasiado altos de esfuerzo, temperaturas etc. o ambas cosas a la vez, pueden conducir a fracasos, como en la posible deformación de elevadas, las tuberías que conducen fluidos calientes bajo presión, cuando se utilizan materiales no adecuados en condiciones incorrectas. C Fabricación: Los procesos de fabricación pueden tener una gran influencia en la resistencia. En los a l termoplásticos extruidos tal como en tuberías, por ejemplo, las moléculas están en su mayoría Consiste en hacer pasar el material plástico a través a orientadas en la dirección de la extrusión, y la resistencia es, por tanto, mayor en esta dirección que n de unos rodillos calientes que producen, mediante en lad perpendicular. presión, láminas de plástico flexibles de diferente r espesor. Estas direccional láminas se utilizan a El mismo efecto puede ocurrirpara en elfabricar moldeo por inyección. En la fabricación de fibras d impermeables o planchas de plástico de poco hules, sintéticas de alta resistencia se utiliza deliberadamente esta orientación y alineamiento de o grosor. moléculas. Aquí, las moléculas se alinean durante el estirado del hilo. De esto resulta que si, por . Masa a moldear ejemplo, la resistencia a la rotura del nylon es aproximadamente 700 kg/cm2 para los productos moldeados, aumenta hasta 4200 kg/cm2 para la fibra de nylon. Lo mismo ocurre en otros plásticos que pueden utilizarse tanto moldeados como en fibras. Los films extruidos pueden hacerse más resistentes y tenaces por estirado después de la extrusión. La fabricación puede debilitar o reforzar, según los casos. En piezas grandes moldeadas por inyección, por ejemplo, el plástico puede fluir dentro del molde a través de varias entradas. Cuando las diversas masas fluyentes se encuentran, se deben unir o soldar. Comportamiento a tracción: Diagramas de tensión-deformación. Módulo de elasticidad inicial (E o) en una o dos direcciones. Deformación remanente. El plástico es calentado y laminado entre dos o varios cilindros hasta formar una lámina continua. Al deformación Tiempo de relajación. salir- de Relajación la calandra,delatensión lámina apuede recibir constante. un acabado complementario por estampado, gofrado, flocaje, impresión o metalizado. Este proceso se utiliza, sobre todo, para la fabricación de láminas en PVC y de tejidos recubiertos. No es adecuado para los plásticos demasiado flúidos en estado fundido, como es, por ejemplo, el caso del Polietileno.

38 37

-

Alargamiento de rotura y de fluencia. Tracción bidimensional. Resistencia a rotura por reventón.

Comportamiento al esfuerzo tangencial. Diagramas de tensión tangencial-deformación angular. Módulo de elasticidad tangencial inicial (G o). Deformación viscosa y relajación. Resistencia al corte. Al desgarre no iniciado. Al desgarro iniciado. A la perforación brusca (ensayo de péndulo) o lenta. Comportamiento reológico: Tensión límite de fluencia. Módulo de fluencia. Curvas reológicas de resistencia extrapoladas hasta sobrepasar los 50 años (10 6 horas), a distintas temperaturas. Resistencia al punzamiento. Resistencia a la fatiga. Resistencia a la abrasión.

6.1.1.

Resistencia a compresión.

Según el tipo de plástico, la resistencia a compresión puede variar de 500 a 2.500 Kg/cm . 6.1.2.

Resistencia a tracción.

En los plásticos la resistencia a tracción ( varia entre 350 y 550 Kg/cm ) es muy inferior a la resistencia a compresión, aunque en algunos casos, para filamentos extruidos en frio se puede llegar a cifras del orden de 4.500 Kg/cm 2. Influye en este tipo de resistencia el sistema de moldeo del plástico, así como la temperatura ambiente y la humedad. 6.1.3.

Deformabilidad.

6.1.4.

Propiedades físicas Datos físicos constantes.

6.1.5.

Peso especifico (g/cm ).

6.1.6. Dureza (ensayo Shore en los polímeros blandos y en los elastómeros, y ensayo de penetración en los durómetros, Barcoll). 6.1.7. Punto de fusión (°C) 6.1.8. Punto de reblandecimiento (°C) 6.1.9. Temperatura crítica de trabajo (°C) 6.1.10. Coeficiente de dilatación lineal y cúbica. 6.1.11. Estabilidad dimensional. 6.1.12. Conductividad térmica. 6.1.13. Absorción de agua. 6.1.14. Permeabilidad (coeficiente de Darcy K, o permanencia K/e, en el caso de elementos delgados de espesor e). 6.1.15. Permeabilidad al vapor. 6.1.16. Resistividad eléctrica (en casos especiales).

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6.2.1. Dureza. Los plásticos se comportan de forma muy variable al ser sometidos a ensayos en los cuales se mide la fuerza necesaria para introducir un identador en su superficie. Para otros ensayos se utiliza caída de objetos. Las comparaciones entre materiales son difíciles de hacer, pero es evidente que los plásticos no son tan duros como el acero o el vidrio, pero muchos son más duros que la madera, en el sentido normal a las fibras. Asimismo, la resistencia a ser rayado es difícil de medir y comparar con pleno sentido. Los plásticos se rayan más fácilmente que el vidrio, pero el acabado con melamina, en laminados a alta presión, es más resistente al rayado que las lacas y barnices corrientes. Las ralladuras en los materiales plásticos suelen ser menos irregulares que si se tratara de otros materiales más duros y quebradizos y generalmente pueden eliminarse con facilidad mediante un pulimento.

6.2.2.

Tenacidad

Las mediciones de la tenacidad son empíricas y los valores obtenidos son comparativos sólo de una manera aproximada. Además, las probetas de plástico para laboratorio pueden diferir ampliamente o de las piezas fabricadas, de la misma manera que el hormigón colocado en obra puede ser bastante diferente de las probetas de laboratorio. Los ensayos de tenacidad que se usan placas o láminas, o bien el impacto de un ~ péndulo pesado golpeando una barra con una pequeña entalla. El trabajo necesario para romper la probeta expresado en kilográmetros por centímetro de entalla se llama resistencia al impacto. Los resultados varían según la formulación química básica y las cargas y, en algún caso, como cuando se ensaya el polietileno, la probeta puede simplemente doblarse y dejar que el péndulo pase de largo. Podemos ver la variabilidad debida ala formulación, examinando lo que ocurre con policloruros de vinilo rígidos, en los que la resistencia al impacto puede variar de 0,4 a 20. Las cargas tienen un marcado efecto: el poliéster rígido de colada tiene una resistencia al impacto entre 0,2 a 0,4 pero cuando se refuerza con fibra de vidrio cortada se eleva a 10, y con un refuerzo de tejido de lana de vidrio, puede llegar hasta 30. El poliestireno normal tiene una resistencia entre 0,25 a 0,40, pero el copolímero ABS (acrilonitrilo-butadieno-estireno) llega hasta 10. Los plásticos acrílicos fundidos tienen su resistencia al impacto alrededor de 0,4 a 0.5, siendo de los más quebradizos. Sin embargo, su tenacidad es tal que se usan mucho para acristalar. En un ensayo por caída de bola, una lámina acrílica de 3 mm resiste al impacto de 25 a 30 veces más que un cristal de ventana de 6 mm. Las luces callejeras: de acrílico son otro ejemplo. Para la misma aplicación se utilizan también policarbonatos y plásticos de acetato- butirato de celulosa. En cristales de seguridad, la capa interna de alta tenacidad es de butirato de polivinilo. Junto con el cloruro de polivinilo flexible se utiliza mucho para tapicerías resistentes al desgaste.

6.2.3.

Densidad.

El rango de densidades de los plásticos es relativamente bajo y se varía entre 0.9 y 2.3 g/cm .

3

Entre los plásticos de mayor consumo se encuentran el PE y el PP, ambos materiales con densidad inferior a la del agua. La densidad de otros materiales es varias veces mayor, como el aluminio con densidad 2.7 g/cm 3 o el acero con 7.8 g/cm 3 . Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos; por un lado los átomos que componen los plásticos como C, H, O y N son ligeros, y por otro, las distancias medias de los átomos dentro de los plásticos son relativamente grandes.

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Material

Densidad

ABS

1.04 - 1' 06

Acetato de Celulosa Copolímero Estireno Acrilonitrilo SAN PA 6 PA 66 PAN PEBD PEMD PEAD PET PP PS PTFE PVC Rígido PVC ( 40% plastificante ) PMMA Policarbonato de Bisfenol A

1.25 - 1' 35 1.06 - 1' 10 1.12 - 1'15 1.13 - 1' 16 1.14 - 1.17 0.89 - 0.93 0.93 - 0.94 0.94 - 0.98 1.38 - 1.41 0.85 - 0.92 1.04 - 1.08 2.10 - 2.30 1.38 - 1.41 1.19 - 1.35 1.16 - 1.20 1.20 - 1.22

En cada aplicación son necesarias, además de la transparencia, otras cualidades o características que pueden no poseer los plásticos amorfos. Una de ellas es el coste, por lo que se ha recurrido a medios para hacer transparentes plásticos cristalinos con mejores características mecánicas a un nivel de precio dado. Plásticos con transparencia inducida Aunque muchos plásticos cristalinos son más o menos transparentes en lámina delgada, puede aprovecharse la lentitud de formación de las cristalitas en muchos polímeros para conseguir una elevada transparencia mediante un rápido enfriamiento. El ejemplo más conocido es el del PET, con el que se producen láminas de alta calidad óptica con este procedimiento y para el que, precisamente, la introducción en el campo de los moldeados se produjo con el objeto de fabricar botellas para bebidas gaseosas. Actualmente existen potentes mercados en los que la transparencia es una condición básica. En el campo de los discos compactos se están introduciendo plásticos cristalinos como el PP y en el de acristalamientos para el automóvil se intenta reducir el peso mediante la substitución del vidrio por plásticos. El ejemplo más sobresaliente es el del policarbonato, cuyas cualidades ópticas y térmicas se aprovechan ampliamente para la fabricación de conjuntos de faro, que reducen el coste de montaje debido a la mayor precisión de cotas del producto. En las lunas laterales y la posterior se está introduciendo también el PC con un tratamiento superficial que mejora su resistencia al rayado. Entretanto, se están desarrollando técnicas de extrusión de boquilla plana que permitirán introducir 6.2.3. polímeros Permeabilidad. otros en este campo de aplicación, especialmente olefinas. Permeabilidad: films de plástico se plásticos emplean extensamente como barreraslos depolímeros vapor, como capas Otro aspecto deLos la transparencia de los es su duración. En general, tienden a superpuestas amarillear poren launa acción de la radiación ultravioleta, por lo que en la mayoría de los casos es gran variedad de estratificados para muchas necesario adicionar absorbentesyde UV otras para evitar unaaplicaciones degradaciónsimilares. fácilmenteTambién visible. es importante su permeabilidad al vapor de agua. En algunas circunstancias, tales como, en barreras de vapor, se desea una baja que en otras, la permeabilidad debe pueden ser alta. ser Algunas Transmisión de permeabilidad, la luz: Tanto mientras los termoplásticos como los termoestables muy formulaciones de fluorcabonos, cloruros polivinilo poliolefinas tienen una permeabilidad transparentes, opacos o tener todos losdegrados de ytransparencia y transmisión de la luz sumamente baja, así como los plásticos, acrílicos y poliésteres. El los elastómero de disponibles poliuretano más y él intermedios. Un plástico como el metacrilato de metilo está -entre materiales poliestireno lo tienen alto, mientras que y los plásticos un amplio transparentes, con una transmisión de ellanylon luz visible del 93% vinílicos o mejor cubren -casi tan elevadorango. como la teóricamente posible en función del índice de refracción. Otros, tales como ciertos tipos de poliestireno, cloruro de vinilo y plásticos alílicos fundidos se alinean cerca y por debajo, con valores del 88 a 92%, lo que los pone en la misma categoría que los vidrios claros. 6.2.4. Transparencia. Colores: Si se añaden pigmentos a la composición, se pierde la claridad, el material se vuelve translúcido en vezde delos transparente, pudiendo reducirse la que transmisión luminosa La transparencia plásticos es una característica viene dada por elhasta modounenpunto que de se total opacidad. En una clase típica de material translúcido blanco, la transmisión de la luz visible estructuran a nivel molecular. Los plásticos pueden dividirse en cristalinos y amorfos: puede variar desde un valor tan elevado como el 80% a- uno tan bajo como el 4%. Cristalinos. Se agrupan a nivel molecular en una estructura parecida a la de los cristales Los colores transparentes se consiguen añadiendo colorantes que absorben determinadas geológicos; en condiciones de enfriamiento normal se van formando unos glomérulos longitudes de onda y transmiten otras; los colores translúcidos, añadiendo pigmentos o pigmentos denominados esferolitos o cristalitas que se reticulan unos con otros. Estos esferolitos y colorantes a la vez. Los colores formulados debidamente son permanentes, pero la permanencia, refractan la luz de forma individual, con lo que no se obtiene una transparencia del material, que al igual que ocurre con otros materiales, depende de la composición de los colorantes y pigmentos es simplemente translúcido; muy pocas moléculas poliméricas son totalmente opacas, por lo así como de su compatibilidad con el plástico. que la opacidad debe conseguirse, cuando es necesaria, por mediación de cargas o pigmentos. De todos modos, algunos plásticos como su el ASA, el POM, elmás PPE,oelmenos PPS o indefinidamente, el PTFE pueden Algunos plásticos transparentes conservan transparencia considerarse opacos en la práctica. mientras que otros, después de una exposición prolongada, se van volviendo amarillos y, progresivamente, oscuros. Los mejores plásticos acrílicos tienen excelentes historias de Amorfos.ElLa transparencia va ligada a la cualidadestabilizado, amorfa del polímero. Entre buenas los polímeros de longevidad. cloruro de poli- vinilo y el poliestireno tienen también historias, mayor transparencia cabe citar los siguientes: así como el policarbonato. El acetato y acetato-butirato de celulosa, cuando se exponen a la luz solar muestran ligeros cambios o bien ninguno. o el ETFE, con con una transmisión de la luz del 95% Otros plásticosmetacrilato, transparentes son los del poliésteres epoxis fundidos, algunos fluorcarbonos, o el polimetil con un índice orden del y92%; o el polistireno, con yunalguno índicede igual mayor del 90%; fenólicos moldeados, los opoliolefinos (polietileno y polipropileno). o el policarbonato, que va desde el 80% al 90%; o los celulósicos, con índices del orden del 85%; o el estireno-acrilo-nitrilo, las poliamidas amorfas, las resinas UP, epoxis y fenólicas y algunos otros plásticos fluorados.

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Refracción: El índice de refracción de la mayoría de los plásticos transparentes está alrededor de 1,5, no muy diferente de la mayoría de cristales utilizados en la construcción. Para unos cuantos plásticos el índice de refracción es 1,35 o aun algo por debajo, y para otros es tan alto como 1,60 a 1,70. Se pueden hacer lentes, fácilmente, por moldeo u otro tipo de fabricación.. Es posible conducir la luz a lo largo dé una varilla curvada, pulimentada, siempre que el radio de curvatura sea lo suficientemente grande para permitir que todas las reflexiones internas lo hagan según ángulos de incidencia mayores que el crítico, en el que la luz atraviesa la superficie. Se pueden esculpir formas dentro de un bloque transparente e iluminar desde el borde, penetrando la luz en el objeto o forma esculpidos y siendo dispersada desde allí. Características ópticas. Se considerarán: Transparencia. Color. Brillo. Turbidez. Transmitancia. Reflactancia. 6.2.3.

Propiedades eléctricas.

Los plásticos conducen muy mal la corriente eléctrica. Presentan resistencias muy elevadas, y por tanto, bajas conductividades. La resistencia eléctrica es función de la temperatura, y a elevadas temperaturas conducen mejor. Gracias a su elevada resistencia eléctrica los plásticos se utilizan frecuentemente como aislantes eléctricos de aparatos y conducciones que funcionan con corriente o la transportan.

6.2.4.

Propiedades térmicas.

Los metales, por ejemplo, presentan conductividades térmicas 2000 veces mayores que los plásticos; esto se debe a la ausencia de electrones libres en el material. Un inconveniente de la baja conductividad aparece durante la2 transformación de los plásticos. El calor necesario para transformar los plásticos se absorbe de manera muy lenta y, por otra parte la eliminación del calor resulta igualmente costosa. Durante el uso de los plásticos, la baja conductividad térmica aparece como una ventaja, pues permite el empleo de estos materiales como aislantes. Dilatación y contracción Como todos los materiales para la construcción, los plásticos se dilatan y contraen al aumentar y disminuir la temperatura, mas para muchos plásticos la magnitud del cambio es apreciablemente mayor que para muchos otros materiales de construcción. Para estos cambios dimensionales deben preverse tolerancias en el proyecto, ya absorbiéndolas por la forma del elemento o bien disponiendo juntas de dilatación. Por ejemplo, una sección curvada puede alabearse o aplanarse ligeramente sin afectar su utilidad. Los marcos para acristalamientos deben dejar espacio para las contracciones y las dilataciones, y las masillas o sellantes empleados deben admitir este movimiento. Transmisión del calor Comparados con los SI metales, los plásticos son aislantes del a calor. La mayoría de los plásticos sólidos no modificados tienen coeficientes de transmisión del calor más altos que la madera en dirección perpendicular a la fibra, pero inferiores a los del cristal, ladrillos u

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hormigón. Los coeficientes de los plásticos reforzados, laminados o con cargas, dependen de la naturaleza de los aditivos. Espumas: Los plásticos espumados están entre los mayores aislantes disponibles, La conductividad térmica de las espumas depende de la densidad, de si las celdas son abiertas o cerradas, del agente de soplado utilizado, y de si el material consistente en granos expansionados o planchas y tableros prefabricados o bien si es espumado en la misma obra. En general, cuanto menor es la densidad, menor es la conductividad térmica K, pero si la densidad resulta demasiado baja, el tamaño de las celdas aumenta aun punto en el que pueden establecerse dentro de las celdillas apreciables corrientes de convección, y la conductividad aumenta. La mayoría de los plásticos utilizados en los aislamientos de edificios tienen densidades comprendidas entre 10 y 35 kg/m'; pero si debe la espuma resistir esfuerzos apreciables, tal como en bloques de soporte o en laminados compuestos (sandwiches) estructurales, la densidad deberá aumentarse. En las espumas de poliuretano el gas englobado en las celdillas puede ser di óxido de carbono O' uno de loS gases fluorcarbonados más pesados, estos últimos, para la misma densidad, proporcionan coeficientes de transmisión de calor apreciablemente menores y se utilizan normalmente en las neveras de paredes delgadas. Temperaturas de servicio: Todos los termoplásticos se reblandecen a temperaturas elevadas y se vuelven más duros cuando la temperatura disminuye. Los termoestables son menos afectados, pero pueden también ablandarse algo cuando aumenta la temperatura. Es importante conocer las máximas temperaturas a las que pueden usarse los plásticos. Las temperaturas que se encuentran en las estructuras de edificación, incluyendo paredes y cubiertas expuestas al sol están, generalmente, por debajo de las temperaturas máximas recomendadas para uso continuo. Unos pocos materiales, tales como el polietileno, de baja densidad, están al margen en este aspecto. Para la madera es limitante la temperatura de carbonización incipiente o de oscurecimiento por el calor; para los metales y el hormigón es la temperatura a la cual se ha perdido el 50% de la resistencia.

Dependencia de la temperatura: Los termoplásticos aumentan algunas propiedades al elevar la temperatura, otras disminuyen y aun otras no resultan afectadas. La misma observación es válida para los termoestables, aunque en menor escala. Fuego; Como otros materiales orgánicos, todos los plásticos pueden ser destruidos. Algunos plásticos no se encienden, otros son auto-extinguibles, y otros queman lenta o rápidamente. En la inflamabilidad tienen un efecto importante las cargas, plastificantes y otros constituyentes. Dado que los constituyentes químicos de los plásticos son similares a los de la madera, papel y tejidos, los productos de la combustión son también similares. 6.2.5.

Durabilidad.

Debido a su novedad en la construcción, en comparación con la madera, vidrio, metales... todavía hay muchas preguntas no totalmente contestadas con relación a la durabilidad de los plásticos bajo distintas condiciones de exposición. La resistencia a la corrosión es excelente. Igual que otros materiales orgánicos, los plásticos no se enmohecen. La resistencia a la putrefacción es también excelente. Los insectos y los gusanos pueden atacar, a veces, a los plásticos. Es evidente que los plásticos no les proporcionan alimento, pero los insectos pueden atacar por el olor a los plásticos que encuentran en su camino. Todos los plásticos son resistentes a una gran variedad de disolventes, pero no todos a los mismos. Algunos, como el PTFE, son inmunes a prácticamente todos los reactivos químicos.

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La mayoría de los plásticos son resistentes a los disolventes que con más frecuencia podemos encontrar en las viviendas y en las condiciones de uso normal. Resistencia al medio y envejecimiento. - Efecto de los ciclos de hielo y deshielo. - Resistencia a los rayos ultravioletas y a la intemperie (especialmente a la helada). - Resistencia al ozono. Resistencia química y a los productos almacenados: agua, detergentes, sales, hidrocarburos, alcoholes, ácidos diluidos, ácidos concentrados, etc. - Resistencia a los microorganismos. - Resistencia a las raíces y brotes. - Resistencia a los roedores. - Efecto a las temperaturas (altas y bajas)

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7. APLICACIONES

7.2. Los plásticos reforzados Los composites o plásticos compuestos, están formados por dos componentes inmiscibles que forman dos fases separadas, lo que les confieren propiedades diferentes. Constan de: -

Una matriz, generalmente un polímero termoplástico, aunque ocasionalmente pueden ser termoestables.

Una carga, normalmente una fibra, por lo general de vidrio o de carbón. Las propiedades de los composites no solo dependerán de las características de cada componente, sino también de la naturaleza de la interfase. En estos materiales la carga o refuerzo mejora las propiedades de la matriz polimérica, de modo que combinan todas las ventajas de los termoplásticos o termoestables, según se trate, con las del refuerzo, lo que supone muy buenas propiedades mecánicas.

7.3. Plásticos espumados Son plásticos con una estructura celular, que contienen grandes proporciones de celdillas finas llenas de gas. Estas celdillas pueden ser cerradas o abiertas. Las propiedades físicas de los compuestos resultantes serán intermedias entre las del sólido y las del gas. En los plásticos espumados se consiguen importantes modificaciones en la densidad, conductividad térmica, propiedades dieléctricas y disipación de energía acústica y mecánica. Los agentes de espumación usados en la producción de plásticos celulares se dividen en físicos y químicos, de acuerdo a si el gas se genera por un proceso físico (evaporación, sublimación) o por uno químico (rotura de la estructura química o por otras reacciones químicas).

En cuanto a las variaciones de la densidad en los plásticos espumados (o celulares), se cumple exactamente la ley de mezclas; por tanto la densidad del material celular disminuye proporcionalmente a la fracción volumétrica de la fase gaseosa. La conductividad térmica de los gases es muy inferior a la de los sólidos; si las celdillas son cerradas y pequeñas se pueden eliminar dentro de los productos celulares las corrientes de convección. La transferencia de calor por conducción aumenta linealmente con la densidad de la espuma. Por otro lado, el calor radiante se transfiere rápidamente a través de los gases y, por consiguiente, es la fase sólida la que determina la resistencia al flujo de calor por irradiación a través de los productos celulares. En productos celulares, la constante dieléctrica y las pérdidas dieléctricas disminuirán proporcionalmente a la disminución de la densidad. Por ejemplo, si la densidad del PE disminuye de 0,92 a 0,4 g/cm 3, la correspondiente disminución de la constante dieléctrica es de 2,29 a 1,4. En cuanto a las propiedades mecánicas el efecto de los agentes espumantes se pone claramente de manifiesto en la rigidez y la absorción de impactos de las piezas.

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La rigidez de un producto celular aumenta ostensiblemente. Por ejemplo, en una viga rectangular, a igualdad de peso de un material sólido y uno espumado, la flexión máxima sería % de la del material sólido. Los productos celulares son capaces de absorber una cantidad considerable energía de impacto, debido a los efecto disipativos de la energía a través de la fase gas. Para evitar el daño de los productos celulares, sin embargo, la fase sólida debe tender a deformarse sin rotura y, consiguientemente, los mejores efectos de amortiguamiento se logran con polímeros elásticos. En cuanto a las propiedades acústicas, en el aislamiento del sonido hay que tener en cuenta dos aspectos: Aislamiento del sonido generado directamente en el aire. Sonido resultante de vibraciones resonantes de las estructuras. Los materiales celulares pueden usarse para ambos fines. En el primer caso, la energía de las ondas sonoras es disipada dentro del material celular por un mecanismo de amortiguamiento viscoso del aire, que se comprime o mueve a través de las células intercomunicadas. Por otro lado, la reducción del sonido resultante de las vibraciones de las estructuras, puede lograrse sólo aumentando la rigidez de la propia estructura. Por tanto, tomando como base el peso, los productos celulares son intrínsecamente más rígidos que los materiales sólidos de los que provienen y puede decirse que una reducción de los ruidos por vibraciones puede lograrse también por espumación.

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