2015 INGENIERIA DE MATERIALES
24-1-2015
Ingeniería de materiales
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UNIVERSIDAD CONTINENTAL
FACULTAD DE INGENIERIA
CURSO:
INGENIERIA DE MATERIALES
TEMAS:
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES DE INGENIERÍA Y ENLACES QUÍMICOS - FÍSICOS
CONSTR U CATEDRATICO:
Enrique Arturo De la Cruz Sosa
GRUPO:
CIVIL I
INTEGRANTES:
Ing.: Civil Grupo I
CERVANTES PONCE, Christian FLORES BACILIO,Tatiana LERMO COZ, Sherly MENDEZ PORRAS, Raúl PALOMINO HINOSTROZA, Jack ROJAS CHAMORRO, Miguel
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DEDICATORIA El presente trabajo va dedicado a nuestros padres y demás familiares ya qué nos brindan el apoyo, la alegría y fortaleza necesaria para seguir adelante. Además al Profesor Enrique Arturo De la Cruz Sosa, por sus enseñanzas, paciencia, apoyo y sobre todo por esa gran amistad que nos brinda.
Ing.: Civil Grupo I
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INTRODUCCION En la presente brindaremos conocimiento sobre dos materiales importantes para la construcción: puzolana y cables de acero para puentes colgantes, así como su composición y aplicación en la ingeniería civil. Durante la historia el hombre ha tratado de mejorar sus materias primas para sus construcciones, añadiendo materiales orgánicos como inorgánicos, para obtener así los resultados ideales para sus diversas obras. Dado el caso de que los materiales más usados en la construcción no se encuentran en la naturaleza en estado puro, por lo que para su empleo hay que someterlos a una serie de operaciones. La puzolana a una fina ceniza volcánica de naturaleza acida y muy reactiva, que se extiende principalmente en la región del Lazio y la Campania, su nombre deriva de la localidad de Pozzuoli, en las proximidades de Nápoles, en las faldas del Vesubio. Posteriormente se ha generalizado a las cenizas volcánicas en otros lugares. Ya Vitrubio describía cuatro tipos de puzolana: negra, blanca, gris y roja. Mezclada con cal (en la relación de 2 a 1) se comporta como el cemento puzolánico, y permite la preparación de una buena mezcla en grado de fraguar incluso bajo agua. En el caso del acero pasa por procesos metalúrgicos cuyo fin es separar el metal de las impurezas u otros minerales que lo acompañen. Pero esto no basta para alcanzar las condiciones óptimas, entonces para que los metales tengan buenos resultados, se someten a ciertos tratamientos con el fin de hacer una aleación que reúna una serie de propiedades que los hagan aptos para adoptar sus formas futuras y ser capaces de soportar los esfuerzos a los que van a estar sometidos. El acero, como material indispensable de refuerzo en las construcciones, es una aleación de hierro y carbono, en proporciones variables, y pueden llegar hasta el 2% de carbono, con el fin de mejorar algunas de sus propiedades, puede contener también otros elementos. Una de sus características es admitir el temple, con lo que aumenta su dureza y su flexibilidad. En las décadas recientes, los ingenieros y arquitectos han estado pidiendo continuamente aceros cada vez más sofisticados, con propiedades de resistencia a la corrosión, aceros mas soldables y otros requisitos. La investigación llevada a cabo por la industria del acero durante este periodo ha conducido a la obtención de varios grupos de nuevos aceros que satisfacen muchos de los requisitos y existe ahora una amplia variedad cubierta gracias a las normas y especificaciones actuales.
Ing.: Civil Grupo I
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ÍNDICE
DEDICATORIA
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INTRODUCCION
3
INDICE
4
CAPITULO I ACERO PUZOLANA
5 6
CAPITULO II 1ER MATERIAL DE INGENIERIA 2DO MATERIAL DE INGENIERIA
7 9
CONCLUSIONES
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ANEXOS
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BIBLIOGRAFIA DE ANEXOS
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DETALLE DE GRUPO
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CAPITULO I Ing.: Civil Grupo I
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ACERO El término acero sirve comúnmente para denominar, en ingeniería metalúrgica, a una aleación de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03 % y el 1,075 % en peso de su composición, dependiendo del grado. Si la aleación posee una concentración de carbono mayor al 2,0 % se producen fundiciones que, en oposición al acero, son mucho más frágiles y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas. No se debe confundir el acero con el hierro, que es un metal relativamente duro y tenaz. La diferencia principal entre el hierro y el acero se halla en el porcentaje del carbono: el acero es hierro con un porcentaje de carbono de entre el 0,03 % y el 1,075 %, a partir de este porcentaje se consideran otras aleaciones con hierro. Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribución. Antes del tratamiento térmico, la mayoría de los aceros son una mezcla de tres sustancias, Ferrita, Perlita y Cementita. La Ferrita, blanda y dúctil, es hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos en disolución. La Cementita, es un compuesto de hierro con el 7% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza. La Perlita es una mezcla de ferrita y cementita, con una composición específica y una estructura característica, sus propiedades físicas con intermedias entre las de sus dos componentes. La resistencia y dureza de un acero que no ha sido tratado térmicamente depende de las proporciones de estos tres ingredientes, cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita: cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, está por compuesto de perlita. El acero con cantidades de carbono aún mayores es una mezcla de perlita y cementita.
Acería. Nótese la tonalidad del vertido
PUZOLANA Ing.: Civil Grupo I
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Son materiales silíceos o alumino-silíceos a partir de los cuales se producía históricamente el cemento, desde la antigüedad Romana hasta la invención del cemento Portland en el siglo XIX. Hoy en día el cemento puzolánico se considera un ecomaterial. El término se aplica popularmente a las áreas de frenado para salidas de pista durante competiciones automovilísticas, principalmente de fórmula 1, pues originalmente eran de puzolana, si bien hoy día se emplean otros materiales como grava calibrada de distinto origen. ORIGEN E HISTORIA Recibe su nombre de la población de Pozzuoli, en las faldas del Vesubio, donde ya en tiempos romanos era explotada para la fabricación de cemento puzolánico. Después el término fue extendiéndose a todos aquellos materiales que por sus propiedades similares a la Puzolana de origen natural pueden tener usos sustitutivos. La civilización romana fue la que descubrió todo el potencial que estos materiales podían ofrecer. De esta forma uno de los mejores exponentes que podemos encontrar es el Panteón de Roma. Construido en el año 123, fue durante 1.500 años la mayor cúpula construida, y con sus 43,3 metros de diámetro aún mantiene records, como el de ser la mayor construcción de hormigón no armado que existe en el mundo. Para su construcción se mezcló cal, puzolana y agua; añadiendo en las partes inferiores ladrillos rotos a modo de los actuales áridos, aligerando el peso en las capas superiores usando materiales más ligeros como piedra pómez y puzolana no triturada. EN EL PERU En Arequipa se encuentran las canteras de Yura, donde no solo se explota puzolana sino también caliza, yeso y pizarra. La extracción de estos materiales está a cargo de la Empresa Yura S.A., que es parte del comglomerado del Grupo Gloria, para la elaboración del cemento que lleva el mismo nombre “Cementos Yura”
Canteras de Añashuayco, ubicadas en el distrito de Cerro Colorado, Arequipa.
CAPITULO II Ing.: Civil Grupo I
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1ER MATERIAL DE INGENIERÍA Material 1: Puzolana 3.- Composición y/o fórmula química: (Dióxido de Silicio, SiO2 + Óxido de Aluminio, Al2O3) en un 76% y 82% Oxido Férrico (Fe2O3), Oxido de Calcio (CaO) y Óxido de Potasio (K2O) 9% y 13 % 5% a 15% diversos tipos de Oxido 4.- Clasificación del material: Naturales Origen volcánico o materias sedimentadas Artificiales Humo de sílice, arcillas naturales, materia tratadas térmicamente, etc. 5.- Tipos de enlaces:
6.- Consideraciones finales material u otros tipos aplicaciones de interés.
del de
-
1.- Aplicaciones
2.- Propiedades deseables:
Hormigones de baja densidad: Su alta resistencia y su peso relativo bajo la constituyen en una opción muy adecuada para la elaboración de este tipo de compuestos.
PROPIEDADES MECÁNICAS: Tracción Compresión
Aislante Térmico: Utilizada en la construcción debido a su capacidad como barrera al paso del calor. (0,21 Kcal / Hm2 C)
PROPIEDADES TÉRMICAS: Al liberar menor calor de hidratación Al producir menor elevación de
Cementos puzolánicos Protección de presas, canales de irrigación, sistemas de drenaje.
DURABILIDAD Frente a ataques por agua puras y ácidas Frente a ataques por aguas y suelos sulfatados Frente a ataques por agua de mar
El CP-40 es un aglomerante hidráulico, producido por la mezcla íntima de un material conocido como puzolana y el Hidrato de Cal, finamente molidos. Este aglomerante alcanza baja resistencia mecánica, y su fraguado es algo más lento que el del cemento Portland. Por esta razón, puede ser considerado como un cemento para aplicaciones de albañilería.
7.- Gráficos, fotos o esquemas Ladrillos de bloque sólido combustible siendo incinerados para producir ceniza con características puzolánicas.
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En construcciones griegas y romanas se usaba la puzolana
8.- Bibliografía revisada:
Ing.: Civil Grupo I
http://www.ecoingenieria.org/docs/Puzolanas.pdf http://materconstrucc.revistas.csic.es/index.php/materconstrucc/article/viewFil e/327/375 http://es.wikipedia.org/wiki/Puzolana http://ces.iisc.ernet.in/energy/HC270799/HDL/spanish/sk01ms/sk01ms09.htm
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2DO MATERIAL DE INGENIERÍA Material 1: (Cables para puentes colgantes) 3.Composición: Hierro-carbono (0,03 % a 1,075 %) Cromo (10 % a 12 %) Otros: Níquel (Ni) y Molibdeno (Mo). 4.-Clasificación del material: •Aceros Inoxidables Martensíticos Carbono (0.2 a 1.2%)Cromo (12 a 18%) •Aceros Inoxidables Ferríticos Cromo (12% a 18%) y Carbono (bajo <0.2%.)
1.- Aplicaciones PUENTES COLGANTES El principal elemento es el cable que trasmite las cargas a las torres u anclajes. Construido con cable de acero de alta resistencia. El tablero cuelga de los cables por tensores de alta tensión El cable se rigidiza mediante una cercha o vigas en el tablero. Esté sistema sirve para controlar el movimiento aerodinámico y limitar las deformaciones del tablero Es la única solución para tramos por encima de los 600m, y compite en tramos hasta 300m. En tramos más cortos se han hecho incluso pará pasarelas Lo económico del cable se contrasta con el costo de las torres y los anclajes. Este último puede ser muy alto en terreno fundación limitado
2.- Propiedades deseables:
PROPIEDADES MECÁNICAS: . Alargamiento(%) . Dureza Brinell . Impacto Izod ( J m-1 ) . Módulo de Elasticidad ( GPa ) . Resistencia a la Tracción ( MPa ) PROPIEDADES FÍSICAS: . Densidad ( g cm-3 ) . Punto de Fusión (C) PROPIEDADES ELÉCTRICAS: . Resistividad Eléctrica ( µOhmcm ) . Coeficiente de Temperatura ( K-1 )
<60 160-190 20-136 190-210 460-860
7,96 1370-1400
70-78
PROPIEDADES TÉRMICAS: . Calor Específico a 23C ( J K-1 kg-1 ) 502 . Coeficiente de Expansión Térmica @20-100C ( x10-6 K-1 ) 16-18 . Conductividad Térmica a 23C( W m-1 K-1 ) 16,3
• Aceros Inoxidables Austeníticos. Cromo (16 a 28%), Níquel (3.5 a 22%) y Molibdeno (1.5 a 6%.) 5.- Tipos de enlaces: Enlace metálico 6.- Consideraciones finales del material u otros tipos de aplicaciones de interés.
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Se emplea para los fregaderos, menajes, cuberterías y hornos, ascensores, grúas, entre otras cosas, como el equipamiento de la zona del jardín. Por otra parte, el uso del acero inoxidable en la ciudad va desde las paradas de los colectivos, pasando por las cabinas de teléfono hasta las fachadas de los edificios. Sin embargo, también es posible encontrarlo en los vagones de subte y en toda la infraestructura de sus correspondientes estaciones. En la industria, por otra parte, se emplea este metal para el equipamiento destinado a la elaboración de los productos alimentarios y también de los productos farmacéuticos, junto con las plantas para el tratamiento de las aguas (tanto potables como residuales) y para las plantas químicas y petroquímicas. A su vez, podemos notar la presencia del metal en todos los componentes de áreas como la aeronáutica y la automoción.
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7.- Gráficos, fotos o esquemas
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Puente Colgante de Akashi Kaikyo Tiene una envergadura de 1,98 km (Esta echo de cable de acero puesto al costo)
PUENTE CUNYAC Es un puente colgante de 108 metros de largo, con estructura metálica y dos carriles. Sus torres se hallan fuera del cauce del rio. Fue inaugurado en el año1987.
8.- Bibliografía revisada:
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http://www.acerosarequipa.com/fileadmin/templates/AcerosCorporacion/PDF/El_Acero.pdf (página N° 13) http://www.utp.edu.co/~publio17/ac_inox.htm#ferriticos (párrafo 6-7-8-9) http://es.wikipedia.org/wiki/Acero_inoxidable (párrafo 1 ) http://es.wikipedia.org/wiki/Acero (párrafo 1) http://slideplayer.es/slide/1049005/# (ppt N°45) PROPIEDADES DEL ACERO(04/09/2014): http://www.goodfellow.com/S/Acero-Inoxidable-AISI-316.html COMPOSICION: https://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/3319/4/55868-4.pdf TIPO DE ENLACE: http://es.slideshare.net/Will_RB/enlace-qumico-23597342 OTROS USOS: http://www.maquinariapro.com/materiales/acero-inoxidable.html APLICACION EN LA INDUSTRIA: http://www.ecured.cu/index.php/Puentes_colgantes
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CONCLUSIONES PUZOLANA
Son materiales silíceos o alumino-silíceos a partir de los cuales se producía históricamente el cemento. Existen 2 tipos de puzolana: Puzolana natural: son cenizas volcánicas de actividades volcánicas geológicamente recientes. Puzolanas artificiales: son el resultado de diversos procesos industriales y agrícolas, generalmente como subproductos. Las puzolanas artificiales más importantes son arcilla cocida, cenizas de combustible pulverizado (pfa), escoria de altos hornos granulada y molida (ggbfs) y ceniza de cascara de arroz (RHA).
Forma el cemento puzolánico que se produce a partir de mezclar íntimamente y moler en un molino de bolas hasta fino polvo una mezcla de hidrato de cal y puzolana, con una proporción promedio de 70% de puzolana y 30% de cal.
ACERO
Es una aleación de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03 % y el 1,075 % en peso de su composición, dependiendo del grado. Los dos componentes principales del acero se encuentran en abundancia en la naturaleza, lo que favorece su producción a gran escala. Esta variedad y disponibilidad lo hace apto para numerosos usos como la construcción de maquinaria, herramientas, edificios y obras públicas, contribuyendo al desarrollo tecnológico de las sociedades industrializadas. Dentro de las diversas clasificaciones que este tiene, están los aceros aleados o especiales, los cuales contienen otros elementos, además de carbono, que modifican sus propiedades. Éstos se clasifican según su influencia: Elementos que aumentan la dureza: fósforo, níquel, cobre, aluminio. En especial aquellos que conservan la dureza a elevadas temperaturas: titanio, vanadio, molibdeno, wolframio, cromo, manganeso y cobalto. Elementos que limitan el crecimiento del tamaño de grano: aluminio, titanio y vanadio. Elementos que determinan en la templabilidad: aumentan la templabilidad: manganeso, molibdeno, cromo, níquel y silicio. Disminuye la templabilidad: el cobalto. Elementos que modifican la resistencia a la corrosión u oxidación: aumentan la resistencia a la oxidación: molibdeno y wolframio. Favorece la resistencia a la corrosión: el cromo. Elementos que modifican las temperaturas críticas de transformación: Suben los puntos críticos: molibdeno, aluminio, silicio, vanadio, wolframio. Disminuyen las temperaturas críticas: cobre, níquel y manganeso. En el caso particular del cromo, se elevan los puntos críticos cuando el acero es de alto porcentaje de carbono pero los disminuye cuando el acero es de bajo contenido de carbono.
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ANEXOS DETERIORO EN LOS CABLES DE ACERO
Alambres con aplastamiento y cizalladuras
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Desgaste lateral de la polea por excesivo Angulo de desviación entre la polea móvil y el Carreto.
RECICLAJE DEL ACERO
Colada continua de una acería. El acero, al igual que otros metales, puede ser reciclado. Al final de su vida útil, todos los elementos construidos en acero como máquinas, estructuras, barcos, automóviles, trenes, etc., se pueden desguazar, separando los diferentes materiales componentes y originando unos desechos seleccionados llamados comúnmente chatarra. La misma es prensada en bloques que se vuelven a enviar a la acería para ser reutilizados. De esta forma se reduce el gasto en materias primas y en energía que deben desembolsarse en la fabricación del acero. Se estima que la chatarra reciclada cubre el 40 % de las necesidades mundiales de acero (cifra de 2006). El proceso de reciclado se realiza bajo las normas de prevención de riesgos laborales y las medioambientales. El horno en que se funde la chatarra tiene un alto consumo de electricidad, por lo que se enciende generalmente cuando la demanda de electricidad es menor. Además, en distintas etapas del reciclaje se colocan detectores de radioactividad, como por ejemplo en la entrada de los camiones que transportan la chatarra a las industrias de reciclaje.
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CEMENTO PUZOLÁNICO El ecomaterial Cemento Puzolánico CP40 es un aglomerante hidráulico, producido por la mezcla íntima de un material conocido como puzolana y cal hidratada, finamente molidos. Su fraguado es algo más lento que el del cemento Portland, pero tiene la ventaja de que va fijando lentamente la cal liberada en la hidratación del clinker en un proceso que se prolonga durante mucho tiempo, por lo que el cemento va ganando, con la edad, en resistencia tanto mecánica como química, superando en ambas al portland. Los aglomerantes cal-puzolana tienen su origen reconocido en las construcciones hechas por los romanos. Hoy en día se conservan aún las ruinas de los grandes edificios construidos con este material.
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BIBLIOGRAFIA DEL ANEXO http://www.google.com.pe/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CBoQFjAA&url=http%3A%2F%2Fhse. com.co%2Fdevphp%2Finfhse%2FGRUAS%2520Y%2520APAREJOS%2FCABLES%2520DE%2520ACERO.ppt&ei=BZELVMqu NPPisAS_oIDIBw&usg=AFQjCNFvkDvmp2ZPt8YQhQhULoESAezoXw&bvm=bv.74649129,d.cWc (página 64 a 65) http://es.wikipedia.org/wiki/Acero http://es.wikipedia.org/wiki/Cemento_puzol%C3%A1nico_tipo_CP40
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DETALLE DEL GRUPO REUNION: Se realizó el día Miércoles 14 del presente mes a las 10:30 am. Los asistentes fueron: CERVANTES PONCE, Christian MENDEZ PORRAS, Raúl ROJAS CHAMORRO, Miguel Donde se acordó la división del trabajo, y por teléfono se designó el tema que cada integrante haría. La recopilación se realizó por medio del correo UCI.
INTEGRANTES
LABOR
CERVANTES PONCE, Christian
Composición, clasificación y tipo de enlace de la puzolana Aplicación de la puzolana Propiedades deseables de la puzolana Aplicación del acero en puentes colgantes Composición, clasificación y tipo de enlace de aceros en cables de puentes colgantes Propiedades deseables del acero en puentes colgantes
FLORES BACILIO,Tatiana LERMO COZ, Sherly MENDEZ PORRAS, Raul PALOMINO HINOSTROZA, Jack ROJAS CHAMORRO, Miguel
CALIFICACION (1-10) 9 9 9 9 9 9
ORGANIZACIÓN DEL GRUPO DE TRABAJO INTEGRANTE
CERVANTES PONCE, Christian
FLORES BACILIO, Tatiana
RESPONSABILIDAD ASIGNADA Búsqueda de información acerca de puzolanas, crear la carátula, índice, introducción y conclusión y unir la información subida al grupo creado en facebook para la presentación final. Búsqueda de información acerca de propiedades de los cables para puentes colgantes.
VALORACIÓN DEL DESEMPEÑO
Búsqueda de información acerca de las aplicaciones de los cables para puentes colgantes.
Cumplió con la búsqueda de información pero luego no mostró interés.
Búsqueda de información acerca de aplicaciones de las puzolanas en la construcción.
Cumplió con la responsabilidad asignada.
Cumplió con la responsabilidad asignada. 9 Mostró total desinterés por cumplir con el trabajo. 0
LERMO COZ, Sherly
7 MENDEZ PORRAS, Raúl
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8 PALOMINO HINOSTROZA, Jack
ROJAS CHAMORRO, Miguel
Ing.: Civil Grupo I
Búsqueda de información acerca de composición y clasificación de los cables para puentes colgantes además de la dedicatoria. Búsqueda de información acerca composición y clasificación de las puzolanas; y creación del grupo en facebook para coordinar y delegar funciones
Cumplió con la responsabilidad asignada. 9 Cumplió con la responsabilidad asignada. 8
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