Quimica en Ingenieria Civil - Metales - R. Lopez

 

Guion y Material para el desarrollo del video “Metales usados en

obras civiles”  Rhemy Lopez Ospina

 

El desarrollo y estudio de las obras civiles se sirven de la ciencia y del conocimiento para su ejecución. Muy buenas a todos, les habla rhemy lopez, estudiante de ingeniería civil en la universidad de sucre. En este video estaré explicando los metales e en n las obras civiles desde un punto de vista químico, e intentaré abarcar con ello lo ref referente erente a su estructura, a sus propiedades, a las aleaciones y en líneas generales, el empleo de los metales dentro de las obras dentro del marco de la química. Sin embargo, para comprender todo lo anteriormente expuesto, es necesario una introducción que nos remita a la historia y al inicio de la edad de los metales. La interacción metal-pensamiento humano, data de unos 6500 años A.C, cuando en la última etapa de la prehistoria, algunos asentamientos humanos empezaron a utilizar ciertos metales (cobre, bronce, hierro) como elementos principales para la evolución del ser humano. Desde la elaboración de utensilios de cocina, herramientas de trabajo y armas, hasta el diseño e instalación de estructuras metálicas, el hombre ha entrado en estrecha comunión con el uso de tecnologías donde los metales sean el elemento funcional y estructural básico para el desarrollo de la construcción civil. Para lograr lo anterior, se ha precisado paralelamente con la evolución del desarrollo de un sinnúmero de estudios y experiencias con el fin de resultar en una eficiente aplicación de los metales en la industria de la construcción. Buscando complementar el avance de esta tecnología, también se tuvo que hallar un punto de equilibrio entre la viabilidad económica, la posibilidad de aleación y la seguridad estructural, para ofrecerle a la sociedad un producto confiable, seguro, económico y amigable con el medio ambiente. Todo lo anteriormente expuesto, no seria posible sin que el hombre tuviese dominio de conceptos intrínsecos del manejo de la química, toda vez que, en las estructuras metálicas se usan combinaciones relevantes de elementos que, como el acero, brinden la rigidez suficiente para fortalecer las construcciones, o como el aluminio y el mismo bronce para maximizar los conceptos de diseño y estética en las obras. Entonces tenemos, desde mezclas que brinden seguridad, hasta otras que ofrezcan armonía desde el punto de vista arquitectónico. Con todo lo anteriormente expresado, ahora sí, procedo a explicar la relación de la química en el empleo de los metales en obras civiles. Según Wikipedia, Se denominan metales a los elementos químicos caracterizados por ser buenos conductores del calor y la electricidad. Poseen alta densidad y son sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio); sus sales forman iones electropositivos (cationes) en disolución. La ciencia de materiales define un metal como un material en el que existe un solapamiento entre la banda de valencia (se denomina banda de valencia al más alto de los intervalos de energías electrónicas (o bandas) que se encuentra ocupado por electrones en el cero absoluto) y la banda de conducción (la banda de conducción es el intervalo de energías electrónicas que, estando por encima de la banda de valencia, permite a los electrones sufrir aceleraciones por la presencia de un campo eléctrico

 

externo y, por tanto, permite la presencia de corrientes eléctricas.) en su estructura electrónica (enlace metálico). Todo Esto le da la capacidad de conducir fácilmente calor y electricidad. Estos, adquieren estructuras geométricas espaciales, donde cada átomo se ubica en un vértice o en el centro de un poliedro, las cuales se repiten en tres direcciones y dan forma a los cristales. Los metales se diferencian entre sí por el ángulo que delimitan sus cristales y por los planos de las caras de los poliedros, que son distintos en cada caso. Estos parámetros permiten la identificación rápida de un metal mediante técnicas cristalográficas. El tipo de estructura cristalográfica que tenga el metal definirá sus propiedades físicas, es decir, la densidad, la dilatación térmica, el calor de fusión, e ell magnetismo, el potencial electroquímico, la resistividad, etc... Además, como las estructuras cristalinas nunca son del todo perfectas, las imperfecciones influyen en las propiedades mecánicas, eléctricas y magnéticas de un material. Ahora, hablemos de los enlaces metálicos, que se refiere de una forma general, al enlace formado por los electrones de valencia que mantiene unidos a los átomos de metales. Es un enlace fuerte, primario, que se forma entre elementos de la misma especie, espec ie, en este enlace todos los átomos envueltos pierden electrones de sus capas más externas, que se trasladan más o menos libremente entre ellos, formando una nube electrónica (también conocida como mar de electrones). Es el tipo de enlace que se produce cuando se combinan c ombinan entre sí los elementos metálicos; es decir, elementos de electronegatividades bajas y que se diferencien poco. Los átomos de los metales se agrupan de forma muy cercana unos a otros, lo que produce estructuras muy compactas. Se trata de redes tridimensionales que adquieren estructuras tales como: la típica de empaquetamiento compacto de esferas (hexagonal compacta), cubica centrada en las caras o la cubica centrada en el cuerpo en las tres dimensiones, por lo que quedan los núcleos rodeados de tales nubes En este tipo de estructura cada átomo metálico está rodeado por otros doce átomos (seis en el mismo plano, tres por encima y tres por debajo).

Además, debido a la baja electronegatividad que poseen los metales, los electrones de valencia son extraídos de sus orbitales y tienen la capacidad de moverse libremente a través del compuesto metálico, lo que otorga a éste las propiedades eléctricas y térmicas. Este enlace sólo puede presentarse en sustancias en estado sólido.

Los elementos con un enlace metálico están compartiendo un gran número de electrones e lectrones de valencia, formando un mar de electrones rodeando un enrejado gigante de cationes.

 

  Muchos de los metales tienen puntos de fusión más altos que otros elementos no metálicos, por lo que se puede inferir que hay enlaces más fuertes entre los distintos átomos que los componen. La vinculación metálica es no polar, apenas hay diferencia de electronegatividad entre los átomos que participan en la interacción de la vinculación (en los metales elementales puros) o muy poca (en las aleaciones), y los electrones implicados en lo que constituye la interacción a través de la estructura cristalina del metal. El enlace metálico explica muchas características físicas de las sustancias metálicas, tales como fuerza, maleabilidad, ductilidad, conducción de calor y de la electricidad, y brillo o lustre (devuelven la mayor parte de la energía lumínica que reciben). Los metales poseen propiedades físicas características, entre ellas son conductores de la electricidad. La mayoría de ellos son de color grisáceo, pero algunos presentan colores distintos; Algunas propiedades metálicas son Maleabilidad: capacidad de los metales de hacerse láminas al ser sometidos a esfuerzos de compresión. Ductilidad: propiedad de los metales a moldearse en alambre e hilos al ser sometidos a esfuerzos de tracción. Tenacidad: resistencia que presentan los metales al romperse o al recibir fuerzas bruscas (golpes, etc.) Resistencia mecánica: capacidad para resistir esfuerzo de tracción, compresión, torsión y flexión sin deformarse ni romperse. Suelen ser opacos o de brillo metálico, tienen alta densidad, son dúctiles y maleables, tienen un punto de fusión alto, son duros, y son buenos conductores (calor y electricidad). Habiendo explicado los enlaces y las propiedades, ahora es momento de presentar las sustancias puras y mezclas. Una sustancia pura es aquella cuya composición no varía, aunque cambien las condiciones físicas en que se encuentre. Los elementos son sustancias puras que no se pueden descomponer en otras más simples por ningún procedimiento. Están formadas por un único tipo de átomo. Son todos los de la tabla periódica. En su fórmula química solo aparece el símbolo de un elemento. Los compuestos son sustancias puras que sí se pueden descomponer en otras sustancias más simples (elementos) por medio de métodos químicos. En su fórmula química aparecen los símbolos de 2 o más elementos Por lo dicho anteriormente, podemos inferir que aquellos metales que aparecen en la tabla periódica o compuestos metálicos, pertenecen al grupo de las sustancias puras, por

 

lo tanto, no se pueden separar por medio de procesos físicos, y solo en el caso de los compuestos, es posible separar con algunos procesos químicos. Y Ejemplos puntuales de lo anterior, podría ser el Aluminio, Hierro y magnesio, que con un 8.2 5.2 y 2.4 por p or ciento respectivamente, son los metales mas abundantes en la tierra, o siendo mas precisos, la corteza terrestre. Con las bases anteriores, se precisa ahora involucrar al tema sobre el cual se desarrolla esta exposición, y es sobre la intervención de los metales en las obras civiles. Aluminio  –  Hoy en día, los edificios raramente se construyen sin este metal. Sus propiedades físicas lo convierten en un material perfecto para los proyectos de construcción. El aluminio es ligero, pero es fuerte. Tiene una alta resistencia a la corrosión y su fluidez da una gran libertad a los arquitectos y diseñadores. El aluminio se utiliza a menudo en techos y paredes, marcos de ventanas, cubiertas de tejado, sistemas HVAC, y para la construcción de estadios y puentes. Cobre – El cobre es el metal conocido más antiguo usado por el hombre. Es uno de los materiales de ingeniería más versátiles disponibles en nuestro planeta. La combinación de las propiedades físicas del cobre, la conductividad, la resistencia a la corrosión, la ductilidad y la resistencia, lo hacen adecuado para una amplia gama de proyectos. Dentro de la industria de la construcción, c onstrucción, el cobre se usa con más frecuencia para revestimientos, cableado eléctrico, sistemas de calefacción, líneas de petróleo y gas, sistemas de agua de lluvia y techos. Hierro  –  Hierro fundido y hierro forjado son dos productos distintamente diferentes, ambos con propósitos específicos en la construcción. El hierro fundido se funde, se vierte y se moldea. El hierro forjado se enrolla en las etapas finales de su producción. El hierro fundido se utiliza más a menudo en grandes proyectos arquitectónicos  –  creo que la cúpula del Capitolio de los EE. UU es de hierro fundido. Hierro forjado puede ser remachado para hacer elementos como vigas, trusses y refuerzos. Titanio  –  El titanio es otro metal ligero y extra fuerte popular en la industria de la construcción. Este metal en particular se utiliza principalmente para sistemas de calefacción y refrigeración debido a su alto nivel de resistencia a la corrosión. Pero el titanio también se puede encontrar en tuberías, techos, y algunos sistemas de seguridad que instalan placas o marcos para el refuerzo adicional de las estructuras. El plomo es sumamente útil en las industrias humanas. Se lo empleó abundantemente en la manufacturación de tuberías, conductos y otras piezas de recambio casero

Y precisamente, por este motivo es que, al encargado del mantenimiento de las tuberías, se le llama plomero. Sin embargo, en las obras civiles ha mermado su uso por los efectos adversos que produce en la vida humana, aunque Otros empleos del plomo lo contemplan como componente para la fabricación de cerámicas, plásticos y aleaciones para soldaduras, y precisamente ahora hablaré de aleaciones, para comprender mejor

 

esto y de este modo explicar cuales intervienen en las obras civiles, porque los metales puros son solo una parte. Iniciemos explicando el concepto de mezcla. Una mezcla es la combinación de dos o más sustancias puras que se pueden separar mediante métodos físicos. No tiene propiedades características fijas, depende de su composición. Su composición puede variar. Podemos diferenciar dos tipos de mezclas: heterogéneas y homogéneas. Una mezcla heterogénea es una mezcla en la que es posible distinguir sus componentes a simple vista o mediante m ediante procedimientos ópticos. Una mezcla homogénea es una mezcla en la que no es posible distinguir sus componentes ni a simple vista ni a través de ningún procedimiento óptico. Este tipo de mezcla m ezcla también se llama disolución. Ahora bien, dentro de las mezclas homogéneas entran ent ran las aleaciones ya que El concepto de metal se refiere tanto a elementos puros, así como aleaciones con características metálicas, como el acero y el bronce. Una aleación es una mezcla homogénea de dos o más elementos, de los cuales al menos uno debe ser un metal. El compuesto resultante generalmente presenta unas propiedades muy diferentes de las de los elementos constitutivos por separado, y a veces basta con añadir una muy pequeña cantidad de uno de ellos para que aparezcan. La técnica de la aleación se utiliza para mejorar algunas propiedades de los metales puros, como la resistencia mecánica, la dureza o la resistencia a la corrosión, y precisamente uno de los objetivos de esto ultimo es prepararlos para su uso en las obras civiles. Con ambos temas aclarados en el campo de la química, ahora sí puedo desarrollar todos los metales restantes que se emplean en las obras, ahora, en forma de aleaciones. Iniciamos con la aleación por excelencia, que de hecho no necesita introducción. El acero, y es que de entrada se puede mencionar que, dentro de los metales empleados para una obra, el acero es el metal me tal más común con un gran porcentaje sobre el resto. Y en este punto, se debe aclarar algo muy puntual, primero, que el acero es una aleación, y segundo, que esta aleación no tiene una composición fija. El acero es una aleación de hierro y carbono en un porcentaje de este último elemento variable entre el 0,08% y el 2% en masa de su composición Abarcar toda la información que se tiene actualmente sobre esta aleación, sabiendo que ya de por si tenemos que no tiene composición fija, es muy extenso, sin embargo, podemos ser puntuales en ciertas características de esta aleación. Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debido a que estas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos, químicos o mecánicos, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de características adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas propiedades genéricas:

 

Su densidad media es de 7850 kg/m³. En función de la temperatura t emperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir. El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de elementos aleantes. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1510 °C en estado puro (sin alear), sin embargo, el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1375 °C, y en general la temperatura necesaria para la fusión aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otros aleantes. (excepto las aleaciones eutécticas que funden de golpe). Por otra parte, el acero rápido funde a 1650 °C.22 Su punto de ebullición es de alrededor de 3000 °C.23 Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas. Relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres. Es maleable. Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. La hojalata es una lámina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por estaño. Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico. Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayor memoria, y se deforman al sobrepasar su límite elástico. La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleación u otros procedimientos térmicos o químicos entre los cuales quizá el más conocido sea el templado del acero, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, que permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la pieza que evite fracturas frágiles. Aceros típicos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean en las herramientas de mecanizado, denominados aceros rápidos que contienen cantidades significativas de cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. Los ensayos tecnológicos para medir la dureza son Brinell, Vickers y Rockwell, entre otros. Se puede soldar con facilidad. La corrosión es la mayor desventaja de los aceros ya que el hierro se oxida con suma facilidad incrementando su volumen y provocando grietas superficiales que posibilitan el progreso de la oxidación hasta que se consume la pieza por completo. Tradicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediante tratamientos superficiales diversos. Si bien existen aleaciones con resistencia a la corrosión mejorada como los aceros de construcción «corten» aptos para intemperie (en ciertos ambientes) o los aceros inoxidables.

 

Retomando el campo químico, debemos ahora explicar un poco sobre la corrosión y las reacciones químicas que intervienen en esta, y qué soluciones hay actualmente para contrarrestar este fenómeno. La corrosión es un proceso espontáneo y continuo que afecta a un material –  –en este caso el acero- como una serie de alteraciones físico químicas por la acción de agentes naturales. En general, los metales –y el hierro en particular- se encuentran en la corteza terrestre en forma de minerales, de óxidos y/o sales. Para transformar estos minerales en metales se requiere energía y mientras más energía demanda el proceso metalúrgico, mayor es la tendencia del metal a volver a su condición original (Oxido o sal). El acero, cuyo mineral de origen es el hierro en forma de óxidos, no es ajeno a esta situación y está, como se sabe, expuesto a la corrosión u oxidación. Ahora viene la explicación química de esta corrosión, o mejor expresado, oxidación. Debido a una reacción redox (o de oxidación-reducción), un tipo de reacción química en la que se intercambian electrones entre los reactivos de forma que cambian sus estados de oxidación. En toda reacción redox se producen cambios químicos en los que una sustancia pierde electrones (se oxida), actuando como reductor, y otra sustancia gana electrones (se reduce), actuando como oxidante. Un ejemplo cotidiano son las piezas de hierro expuestas al aire y la humedad. Pasado un tiempo vemos como se forma una capa de óxido de hierro y decimos que se ha oxidado. Los elementos tienen estado de oxidación 0 y así el hierro puede oxidarse perdiendo electrones, que son transferidos al oxígeno, que gana dos electrones y se reduce, pasando del estado de oxidación 0 al -2. La reacción global podría resumirse como: 2 Fe + 3 O2→2 Fe2O3. Como sólo se precisa que haya cesión de electrones por un átomo y ganancia de electrones por otro diferente, el hierro se oxidaría igualmente en una atmósfera de cloro, de azufre o de oxígeno. Con el avance y desarrollo de todos los conocimientos usados en las obras civiles, se ha logrado contrarrestar esta corrosión logrando metales con resistencia corrosiva. Hablemos del mas importante y el que mas destaca en el campo de la construcción, el acero inoxidable. Este se define como una aleación de acero (con un mínimo del 10 % al 12 % de cromo contenido en masa).12nota 1 También puede contener otros metales, como molibdeno, níquel y tungsteno.

El acero inoxidable es un acero de elevada resistencia a la corrosión, dado que el cromo u otros metales aleantes que contiene, poseen gran afinidad por el oxígeno y reacciona con él formando una capa pasivadora, evitando así la corrosión del hierro (los metales puramente inoxidables, que no reaccionan con oxígeno son oro y platino, y de menor pureza se llaman resistentes a la corrosión, como los que contienen fósforo). Sin

 

embargo, esta capa puede ser afectada por algunos ácidos, dando lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas. Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros elementos aleantes; los principales son el níquel y el molibdeno. Como mencioné antes, el acero no tiene una composición física, por lo que sus componentes varían en mayor o menor medida según lo requerido por el contexto. Y en líneas generales, la ubicación de la obra civil influye en el riesgo de corrosión para los metales y, por consiguiente, se deben buscar metales con distintas capacidades anticorrosivas según sea requerido. EVALUACION DE CONDICIONES CONDICIONES Y RIESGO DE CORROSION Las condiciones de riesgo de corrosión se clasifican, en general en las siguientes categorías: Ambiente Rural - BAJO RIESGO El ambiente rural, lejano a grandes ciudades y del borde de mar es considerado de bajo riesgo de corrosión, siendo exclusivamente un factor de riesgo la humedad presente en algunos sectores y el eventual uso de fertilizantes o insecticidas concentrados. Ambiente Urbano – RIESGO MEDIO En las grandes ciudades con gran concentración de tráfico vehicular, la presencia de CO2, SO2, y el hollín sumados a condiciones de humedad ambient ambiental al local, generan condiciones de mayor riesgo de corrosión. Ambiente Industrial – ALTO RIESGO La industria suele liberar gases, vapor y polvo, elementos que, según su naturaleza química y concentraciones, generan condiciones de mayor riesgo de corrosión. Ambiente Marino – ALTO RIESGO En los ambientes del borde mar y dependiendo de la topografía y la rompiente de la ola, se forma niebla salina que, impulsada por el viento, genera condiciones de alto riesgo de corrosión, especialmente en los primeros 100m.

Ambientes Mixtos – ALTO RIESGO La combinación de ambientes urbanos con zonas industriales y/o con bordes marinos, aumenta el riesgo de la corrosión. Por último, ya hemos evidenciado de sobra con lo expuesto antes que la adición de distintas sustancias químicas produce cambios en los metales m etales y aleaciones, y la química y construcción usan esto a su favor para desarrollar productos con excelentes características que sean cada vez mas resistentes a las condiciones según el contexto. Y hablando del acero, tenemos lo siguiente

 

Elementos aleantes del acero y mejoras obtenidas con la aleación Las clasificaciones normalizadas clasificaciones normalizadas de aceros como la AISI, la AISI, ASTM  ASTM y UNS, establecen  UNS, establecen valores mínimos o máximos para cada tipo de elemento. Estos elementos se agregan para obtener unas características determinadas como templabilidad, resistencia como templabilidad,  resistencia mecánica, dureza, mecánica,  dureza, tenacidad,  tenacidad,   resistencia al desgaste, al desgaste, soldabilidad  soldabilidad o maquinabilidad.   maquinabilidad.  A continuación se listan algunos de los efectos de los elementos aleantes en el acero Aluminio:  se usa en algunos aceros de nitruración al Cr-Al-Mo de alta dureza en Aluminio:  concentraciones cercanas al 1% y en porcentajes inferiores al 0,008% como desoxidante en aceros de alta aleación. Boro: en muy pequeñas cantidades (del 0,001 al 0,006%) aumenta la templabilidad sin Boro: en reducir la maquinabilidad, pues se combina con el carbono para formar carburos proporcionando un revestimiento duro. Es usado en aceros de baja aleación en aplicaciones como cuchillas de arado y alambres de alta ductilidad y dureza superficial. Utilizado también como trampa de nitrógeno, especialmente en aceros para trefilación, para obtener valores de N menores a 80 ppm. Cobalto: muy endurecedor. Disminuye la templabilidad. Mejora la resistencia y la dureza Cobalto: muy en caliente. Es un elemento poco habitual en los aceros. Aumenta las propiedades magnéticas de los aceros. Se usa en los aceros rápidos para herramientas y en aceros refractarios. Cromo:  Forma carburos muy duros y comunica al acero mayor dureza, resistencia y Cromo:  tenacidad a cualquier temperatura. Solo o aleado con otros elementos, mejora la resistencia a la corrosión. la corrosión. Aumenta  Aumenta la profundidad de penetración del endurecimiento por tratamiento termoquímico como la carburación la carburación o la la nitruración.  nitruración.   Se usa en aceros en aceros inoxidables, aceros inoxidables,  aceros para herramientas y refractarios. También se utiliza en revestimientos embellecedores o recubrimientos duros de gran resistencia al desgaste, como émbolos, ejes, etc. Molibdeno:   es un elemento habitual del acero y aumenta mucho la profundidad de Molibdeno: endurecimiento de acero, así como su tenacidad. Los aceros inoxidables austeníticos contienen molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosión. Nitrógeno: se Nitrógeno:  se agrega a algunos aceros para promover la formación de de austenita.  austenita.   Níquel:  es un elemento gammageno permitiendo una estructura austenítica a Níquel:  temperatura ambiente, que aumenta la tenacidad y resistencia al impacto. El níquel se utiliza mucho para producir  producir acero inoxidable,  inoxidable,  porque aumenta la resistencia a la corrosión. Plomo:  el plomo no se combina con el acero, se encuentra en él en forma de Plomo:  pequeñísimos glóbulos, como si estuviese emulsionado, lo que favorece la fácil mecanización por arranque de viruta, (torneado, cepillado, taladrado, etc.) ya que el plomo es un buen lubricante de corte, el e l porcentaje oscila entre 0,15% y 0,30% debiendo limitarse el contenido de carbono a valores inferiores al 0,5% debido a que dificulta el

 

templado y disminuye la tenacidad en caliente. Se añade a algunos aceros para mejorar mucho la maquinabilidad. Silicio: aumenta moderadamente la templabilidad. Se usa como elemento desoxidante. Silicio: aumenta Aumenta la resistencia de los aceros bajos en carbono. c arbono. Titanio: se usa para estabilizar y desoxidar el acero, mantiene estables las propiedades Titanio: se del acero a alta temperatura. Se utiliza su gran afinidad con el carbono para evitar la formación de carburo de hierro al soldar acero. Wolframio:  también conocido como tungsteno. Forma con el hierro carburos muy Wolframio:  complejos estables y durísimos, soportando bien altas temperaturas. En porcentajes del 14 al 18%, proporciona aceros proporciona aceros rápidos con los que es posible triplicar la velocidad de corte de los aceros al carbono para herramientas. Vanadio:  posee una enérgica acción desoxidante y forma carburos complejos con el Vanadio:  hierro, que proporcionan al acero una buena resistencia a la fatiga, tracción y poder cortante en los aceros para herramientas. para herramientas.   Con esto finalizamos lo que incluye al acero, sin embargo, hay nuevos tratamientos de metales que aun no han sido mencionados, ya que, si bien el acero es el primordial, hay también otros materiales usados en la construcción que son producto del tratamiento y adición de sustancias químicas. El tratamiento Tiene como objetivo modificar las propiedades de materiales puros o de aleaciones. Permiten obtener piezas mejor adaptadas al papel que tienen que desempeñar en un conjunto mecánico. Los tratamientos que existen son: tratamientos térmicos, termoquímicos, mecánicos y superficiales. Sin embargo, ahora mismo nos interesa saber de forma puntual los tratamientos químicos y termoquímicos Estos tratamientos se efectúan para aumentar la resistencia al desgaste de sgaste y la dureza de la superficie de una pieza metálica.

Los más utilizados son: cementación, nitruración y sulfinización.

-Cementación:

Consiste en añadir carbono a la superficie de un acero que presente un bajo contenido en este elemento con el objeto de aumentar su dureza superficial. Para ello se calienta la pieza a una temperatura muy alta y se introduce en un medio que contiene carbono, consiguiendo así que éste se difunda por la superficie de la pieza.

 

La pieza se considera constituida por dos zonas:

-La zona exterior que recibe el nombre de capa cementada cuyo contenido en carbono es superior a la inicial.

-La zona central o alma cuya composición química no ha variado.

-Nitruración:

Con el tratamiento de nitruración se consigue un endurecimiento superficial extraordinario del acero mediante la incorporación incorporación de nitrógeno. La pieza que que se pretende nitrurar se somete en un horno a una corriente de amoniaco a una temperatura muy alta. La capa nitrurada es más dura que q ue la cementada y además conserva su dureza hasta temperaturas bastante más elevadas.

La nitruración, además de incrementar superficialmente la dureza de los aceros, los hace más resistentes a la fatiga y a la corrosión.

-Sulfinización:

En este tratamiento se consigue incorporar azufre al metal por medio de su inmersión en un baño a alta temperatura. Con este tratamiento aumenta considerablemente la resistencia al desgaste de los metales.

 

  Con todo lo anterior, podemos concluir, por lo menos con un conocimiento general y preciso, lo que se refiere a los metales usados en obras civiles, por lo que luego de las explicaciones químicas y técnicas, solo resta ejemplificar todo lo expuesto. Podría quedarme explicando o mostrando muchos ejemplos del uso de los metales y aleaciones en las obras representados por las estructuras metálicas, o las vigas de concreto que en su interior necesitan el metal para su soporte. P Pero ero quiero extenderme más allá de lo que observamos en la cotidianidad. Empezando por la torre Eiffel, que es una estructura de hierro pudelado, observamos como la ingeniería de la mano con el conocimiento que ofrecen las ciencias básicas dieron un resultado tan impresionante y estético con el uso únicamente de metal. El hierro pudelado (hierro forjado) de la Torre Eiffel pesa 7.300 toneladas, y la adición de ascensores, tiendas y antenas han llevado el peso total de la construcción hasta aproximadamente las 10.100 toneladas. Como una demostración de la economía del diseño, si las 7.300 toneladas de metal de la estructura fuesen fundidas, se podría llenar la base cuadrada de 125 m de lado con una profundidad de tan solo 6,25 cm considerando que la densidad del metal es de 7,8 toneladas toneladas por metro cúbico. Además, el prisma de base cuadrada que rodea la torre (324 m x 125 m x 125 m) contendría 6.200 toneladas de aire, con un peso similar al del propio hierro. Dependiendo de la temperatura ambiente, la parte superior de la torre puede alejarse del sol hasta unos 18 cm debido a la dilatación térmica de la parte de la estructura expuesta a los rayos del sol. Así como el buen empleo del metal dio origen a esta magnífica estructura, la omisión de algunos detalles al momento de usarlo en la construcción lleva a resultados que aparentemente son perfectos, pero con un breve estudio se cae en cuenta de lo catastrófico que puede llegar a ser. Ejemplo de ello tenemos al WALT DISNEY CONCERT HALL, con una excelente acústica, pero con un terrible problema de sobrecalentamiento. No se necesita mucho conocimiento en las ciencias para saber que los metales, tal como se menciono antes, son muy buenos conductores de temperatura y energía, por lo que no tener en cuenta estos dos aspectos o propiedades básicas resulta en problemas. Esta estructura internamente es considerada una gran obra ingenieril por su excelente acústica, pero gracias a que está totalmente cubierta de metal externamente, la recepción del calor de la estructura es sumamente elevado El edificio provoca una serie de problemas con el contexto, los usuarios y los dueños. El costo de operación es excesivo para un edificio de su clase, y la cantidad de energía por m2 que requiere para ser enfriado es casi el doble de lo que utiliza el museo de Louvre en Paris. Tal vez uno de los problemas más conocidos es el que provoca la fachada que actúa como una lupa que condensa los rayos solares provocando un infierno de hasta 60° para los visitantes que no contemplan este fenómeno.

 

Y con estos dos ejemplos finalizamos esta exposición sobre los metales usados en obras civiles. Espero haya servido como fuente de conocimiento o material de apoyo. Muchas gracias a los que llegaron al final del video, les habló rhemy lopez, estudiante de ingeniería civil 2do semestre en la universidad de sucre en la ciudad de Sincelejo.