El hierro y la madera estructural

ESCUELA DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICA PÚBLICA DE GESTIÓN PRIVADA
SENCICO – TRUJILLO

PROGRAMA DE
DISEÑO DE INTERIORES
SILABO
Asignatura:

MATERIALES Y PROCESOS
CONSTRUCTIVOS I
“CLASE TRES”
“EL FIERRO Y LA MADERA
ESTRUCTURAL”
Docente:

ARQ° Mg. MANUEL GERMAN
LIZARZABURU AGUINAGA

TRUJILLO, AGOSTO DE 2013

Silabo de Materiales y Servicios Constructivos I

Carrera Profesional: Diseño de Interiores
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EL FIERRO
El hierro es un elemento químico de número atómico 26 situado en el grupo 8 de la tabla
periódica de los elementos. Su símbolo es Fe. Este metal de transición es el cuarto elemento
más abundante en la corteza terrestre, representando un 5% y, entre los metales, sólo el
aluminio es más abundante. Igualmente es uno de los elementos más importantes del
Universo, y el núcleo de la Tierra está formado principalmente por hierro y níquel, generando al
moverse un campo magnético. Ha sido históricamente muy importante, y un periodo de la
Historia recibe el nombre de "Edad de Hierro".
I. Características principales
Es un metal maleable, tenaz, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es
ferromagnético a temperatura ambiente.
Se encuentra en la naturaleza formando parte de numerosos minerales, entre ellos muchos
óxidos, y raramente se encuentra libre. Para obtener hierro en estado elemental, los óxidos
se reducen con carbono y luego es sometido a un proceso de afino para eliminar las
impurezas presentes.
Fundamentalmente se emplea en la producción de aceros, consistentes en aleaciones de
hierro con otros elementos, tanto metálicos como no metálicos, que confieren distintas
propiedades al material. Se considera que una aleación de hierro es acero si contiene
menos de un 2% de carbono; si el porcentaje es mayor, recibe el nombre de fundición.
Es el elemento más pesado que se produce exotérmicamente por fusión, y el más ligero
que se produce a través de una fisión, debido a que su núcleo tiene la más alta energía de
enlace por nucleón (energía necesaria para separar del núcleo un neutrón o un protón); por
lo tanto, el núcleo más estable es el del hierro-56.
II.- Aplicaciones
El hierro es el metal más usado, con el 95% en peso de la producción mundial de metal. Es
indispensable debido a su bajo precio y dureza, especialmente en automóviles, barcos y
componentes estructurales de edificios. El acero es la aleación de hierro más conocida,
siendo éste su uso más frecuente. Las aleaciones férreas presentan una gran variedad de
propiedades mecánicas dependiendo de su composición o el tratamiento que se haya
llevado a cabo.
Los aceros son aleaciones de hierro y carbono, en concentraciones máximas de 2.2% en
peso Aproximadamente. El carbono es el elemento de aleación principal, pero los aceros
contienen otros elementos. Dependiendo de su contenido en carbono se clasifican en:


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





Acero bajo en carbono. Menos del 0.25% de C en peso. Son blandos pero dúctiles.
Se utilizan en vehículos, tuberías, elementos estructurales, etcétera. También
existen los aceros de alta resistencia y baja aleación, que contienen otros elementos
aleados hasta un 10% en peso; tienen una mayor resistencia mecánica y pueden ser
trabajados fácilmente.
Acero medio en carbono. Entre un 0.25% y un 0.6% de C en peso. Para mejorar sus
propiedades son tratados térmicamente. Son más resistentes que los aceros bajos
en carbono, pero menos dúctiles; se emplean en piezas de ingeniería que requieren
una alta resistencia mecánica y al desgaste.
Acero alto en carbono. Entre un 0.60% y un 1.4% de C en peso. Son aún más
resistentes, pero también menos dúctiles. Se añaden otros elementos para que
formen carburos, por ejemplo, con wolframio se forma el carburo de wolframio, WC;
estos carburos son muy duros. Estos aceros se emplean principalmente en
herramientas.

Uno de los inconvenientes del hierro es que se oxida con facilidad. Hay una serie de aceros
a los que se les añaden otros elementos aleantes (principalmente cromo) para que sean
más resistentes a la corrosión, se llaman aceros inoxidables.
Cuando el contenido en carbono es superior a un 2.1% en peso, la aleación se denomina
fundición. Generalmente tienen entre un 3% y un 4.5% de C en peso. Hay distintos tipos de
fundiciones (gris, esferoidal, blanca y maleable); según el tipo se utilizan para distintas
aplicaciones: en motores, válvulas, engranajes, etcétera.
Por otra parte, los óxidos de hierro tienen variadas aplicaciones: en pinturas, obtención de
hierro, la magnetita (Fe3O4) y el óxido de hierro III en aplicaciones magnéticas, etcétera.

III.- Historia
Se tienen indicios de uso del hierro, cuatro milenios antes de Cristo, por parte de los
sumerios y egipcios. Entre dos y tres milenios antes de Cristo van apareciendo cada vez
más objetos de hierro (que se distingue del hierro procedente de meteoritos por la ausencia
de níquel) en Mesopotamia, Anatolia y Egipto. Sin embargo, su uso parece ser ceremonial,
siendo un metal muy caro, más que el oro. Algunas fuentes sugieren que tal vez se
obtuviera como subproducto de la obtención de cobre. Entre 1600 a. de C. y 1200 a. de C.,
va aumentando su uso en Oriente Medio, pero no sustituye al predominante uso del
bronce.
Entre los siglos XII a. de C. y X a. de C., se produce una rápida transición en Oriente Medio


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desde las armas de bronce a las de hierro. Esta rápida transición tal vez fuera debida a la
falta de estaño, antes que a una mejora en la tecnología en el trabajo del hierro. A este
periodo, que se produjo en diferentes fechas según el lugar, se denomina Edad de Hierro,
sustituyendo a la Edad de Bronce. En Grecia comenzó a emplearse en torno al año 1000 a.
de C., y no llegó a Europa occidental hasta el siglo VII a. de C. La sustitución del bronce
por el hierro fue paulatina, pues era difícil fabricar piezas de hierro: localizar el mineral,
luego fundirlo a temperaturas altas para finalmente forjarlo. En Europa Central, surgió en el
siglo IX a. de C. la cultura de Hallstatt. Junto con esta transición del bronce al hierro se
descubrió el proceso de carburización, consistente en añadir carbono al hierro.
El hierro colado tardó más en Europa, pues no se conseguía la temperatura suficiente.
Algunas de las primeras muestras de hierro colado se han encontrado en Suecia, en
Lapphyttan y Vinarhyttan, del 1150 d. de C. y 1350 d. de C.
En la Edad Media, y hasta finales del siglo XIX, muchos países europeos empleaban como
método siderúrgico la farga catalana. Se obtenía hierro y acero bajo en carbono empleando
carbón vegetal y el mineral de hierro. Este sistema estaba ya implantado en el siglo XV, y
se conseguían alcanzar hasta unos 1200ºC. Este procedimiento fue sustituido por el
empleado en los altos hornos.
En un principio se usaba carbón vegetal para la obtención de hierro como fuente de calor y
como agente reductor. En el siglo XVIII, en Inglaterra, comenzó a escasear y hacerse más
caro el carbón vegetal, y esto hizo que comenzara a utilizarse coque, un combustible fósil,
como alternativa. Fue utilizado por primera vez por Abraham Darby, a principios del siglo
XVIII, que construyó en Coalbrookdale un alto horno. Asimismo, el coque se empleó como
fuente de energía en la Revolución Industrial. En este periodo la demanda de hierro fue
cada vez mayor, por ejemplo para su aplicación en ferrocarriles.
El alto horno fue evolucionando a lo largo de los años. Henry Cort, en 1784, aplicó nuevas
técnicas que mejoraron la producción. En 1826 el alemán Friedrich Harkot construye un
alto horno sin mampostería para humos.
Hacia finales del siglo XVIII y comienzos del XIX se comenzó a emplear ampliamente el
hierro como elemento estructural (en puentes, edificios, etcétera). Entre 1776 a 1779 se
construye el primer puente de fundición de hierro, construido por John Wilkinson y Abraham
Darby. En Inglaterra se emplea por primera vez en la construcción de edificios, por Mathew
Boulton y James Watt, a principios del siglo XIX. También son conocidas otras obras de
ese siglo, por ejemplo el "Palacio de Cristal" construido para la Exposición Universal de
1851 en Londres, del arquitecto Joseph Paxton, que tiene un armazón de hierro, o la Torre
Eiffel, en París, construida en 1889 para la Exposición Universal, en donde se utilizaron
miles de toneladas de hierro. Cuando se empieza a usar el hormigos y acero formando el


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hormigón armado, a mediados del siglo XIX, es que se inventa este sistema, se
desarrollaron varios tipos de patentes que realmente eran formas diferentes de usar el
hormigón reforzado con acero, peo en resumen el mismo sistema constructivo, William
Wilkinson, desarrollo una patente de encasetonado, pero nunca llegaron a constituirse un
sistema constructivo real. Joseph Monier en 1867 obtiene una patente para hacer
maseteros de hormigón, abriendo la puerta de este sistema y patentando por fin un sistema
estructural de hormigón armado que lo llevaría a otras patentes de H. A. como las de tubos
y tanques, paneles prefabricados para fachadas, Puentes carreteros y peatonales y Vigas;
No fue hasta el año 1875 que construye su puente de “cemento armado” en el castillo de
Chazlet con 13.80m de luz y 4.25m de ancho, abriendo así por fin la industria del acero
para la construcción.
IV.- Procesos de fabricación de acero
Para empezar, las
materias primas
son convertidas
en acero fundido.
El proceso a
base de mineral
de hierro utiliza
un alto horno y
el proceso con
la chatarra férrea
recurre a un horno
de arco eléctrico.

A continuación, el
arrabio se solidifica
mediante moldeo
en una máquina
de colada continua.
Se obtiene así lo
que se conoce
como productos
semiacabados, estos
productos semiacabados
se transforman, o
"laminan" en productos
Acabados. Posteriormente
pueden ser recubiertas
con un material protector
Anticorrosión.


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V.- Procesos de acabados.
El acero se vende en una gran variedad de formas y tamaños, como varillas, tubos, rieles
de ferrocarril o perfiles en H o en T. estas formas se obtienen en las instalaciones
siderúrgicas laminando con lingotes calientes o modelándolos de algún otro modo. El
acabado del acero mejora también su calidad al refinar su estructura cristalina y aumentar
su resistencia.
El método principal de trabajar el acero se conoce como laminado en caliente. En este
proceso, el lingote colado se calienta al rojo vivo en un horno denominado foso de
termodifusión y a continuación se hace pasar entre una serie de rodillos metálicos
colocados en pares que lo aplastan hasta darle la forma y tamaño deseados. La distancia
entre los rodillos va disminuyendo a medida que se reduce el espesor del acero.

VI.- Producto acabados de acero
A. Tubos
Los tubos más baratos se forman doblando una tira plana de acero caliente en forma
cilíndrica y soldando los bordes para cerrar el tubo. En los tubos más pequeños, los
bordes de la tira suelen superponerse y se pasan entre un par de rodillos curvados


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según el diámetro externo del tubo. La presión de los rodillos es suficiente para soldar
los bordes. Los tubos sin soldaduras se fabrican a partir de barras sólidas haciéndolas
pasar entre un par de rodillos inclinados entre los que está situada una barra metálica
con punta, llamada mandril, que perfora las barras y forma el interior del tubo mientras
los rodillos forman el exterior.
B. Hojalata
El producto del acero recubierto más importante es la hojalata estañada que se emplea
para la fabricación de latas y envases. El material de las latas contiene más de un 99%
de acero. En algunas instalaciones, las láminas de acero se pasan por un baño
de estaño fundido (después de laminarlas primero en caliente y luego en frío) para
estañarlas. El método de recubrimiento más común es el proceso electrolítico. La chapa
de acero se desenrolla poco a poco de la bobina y se le aplica una solución química. Al
mismo tiempo se hace pasar una corriente eléctrica a través de un trozo de estaño puro
situado en esa misma solución, lo que el estaño se disuelva poco a poco y se deposite
en el acero. Con este sistema, medio kilogramo de estaño basta para recubrir 20 metros
cuadrados de acero.

En la hojalata delgada, la chapa recibe un segundo laminado en frío antes de recubrirla
de estaño, lo que aumenta la resistencia de la chapa además de su delgadez. Las latas
hechas de hojalata delgada tienen una resistencia similar a las ordinarias, pero
contienen menos acero, con lo que reduce su peso y coste. También pueden fabricarse
envases ligeros adhiriendo una delgadísima lámina de acero estañado sobre papel o
cartón. Otros procesos de fabricación de acero son la forja, la fundición y el uso de
troqueles.
C. Hierro forjado
El hierro forjado ya no se fabrica habitualmente con fines comerciales, debido a que se
puede sustituir en casi todas las aplicaciones por acero de bajo contenido de carbono,
con menor costo de producción y calidad más uniforme.


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D. Acero corrugado
El acero corrugado o varilla corrugada es una clase de acero laminado diseñado
especialmente para construir elementos estructurales de hormigón armado. Se trata de
barras de acero que presentan resaltos o corrugas que mejoran la adherencia con
el hormigón, y poseen una gran ductilidad, la cual permite que las barras se puedan
cortar y doblar con mayor facilidad.
Se llama armadura a un conjunto de barras de acero corrugado que forman un conjunto
funcionalmente homogéneo, es decir, que trabajan conjuntamente para resistir cierto tipo
de esfuerzo en combinación con el hormigón. Las armaduras también pueden cumplir
una función de montaje o constructiva, y también se utilizan para evitar la fisuración del
hormigón.
Para referirse al conjunto, no necesariamente formando armadura, se utiliza el término
ferralla.


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El concreto es un material que resiste muy bien las fuerzas de compresion. Sin embargo,
es muy débil ante las fuerzas de estiramiento. Por eso, a una estructura de concreto es
necesario incluirle barras de acero con el fin de que la estructura tenga resistencia al
estiramiento.
A esta combinación de concreto y de acero se le llama “concreto armado”. Esta
combinación puede resistir adecuadamente dos tipos de fuerzas, las
generadas causadas por el peso de la estructura durante un sismo. Por esta razón, el
acero es uno de los materiales más importantes en la construcción de una edificación.
El acero o fierro de construcción se vende en varillas que miden 9 m de longitud. Estas
varillas son corrugadas alrededor y a lo largo de toda la barra que sirven para garantizar
su adherencia optima al concreto.

VII.- Propiedades del acero


Resistencia a comprensión y tracción.


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

Dureza
Resistencia al desgaste
Ductilidad
Las propiedades del acero se pueden mejorar con la adición de elementos aleantes.

VIII.- Ventajas del acero
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El Acero es un material de construcción de superior calidad, es 100% reciclable e
inorgánico.
No se tuerce, raja, rompe o cambia de forma, longitud; tiene el más alto ratio de fuerza a
peso de cualquier material de construcción.
Es invulnerable a termitas o cualquier tipo de fungí u organismo. Su alto nivel de fuerza
resulta en estructuras más seguras; requiere menor mantenimiento y un proceso más
despacioso en su larga vida económica.
Acero es más liviano que cualquier otro material para enmarcados o paneles.
Permite paredes rectas y esquinas cuadradas
Ventanas y puertas cierran como deben hacerlo.
Produce hasta un 20% menos desperdicio o material no aceptable.
Su calidad es consistente y constante, es producido dentro de estrictos estandartes
nacionales, no variaciones regionales.
Estabilidad de precio.

MADERA ESTRUCTURAL
Por vez primera se cuenta con un marco normativo de la madera estructural. Este marco facilita
la equiparación normativa de la madera en el mercado con otros productos de la construcción,
teniendo en cuenta que la madera ofrece además otras ventajas como sostenibilidad,
adaptabilidad y facilidad de uso.
El objetivo de la madera estructural en la construcción es como en el caso de los demás
materiales, garantizar unas prestaciones mínimas relacionadas con los siguientes requisitos
esenciales del Código Técnico de la Edificación:







Seguridad en las estructuras
Seguridad contra incendio
Seguridad de utilización
Salubridad
Protección contra el ruido
Ahorro energético


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En el presente documento se presentan los productos de madera para uso estructural, su
clasificación funcional y el marcado que deben llevar y los factores a tener en cuenta en el
cálculo estructural.
Productos más habituales de utilización estructural
A. Madera aserrada
Consiste en piezas de madera obtenidas a partir de trozas u otras piezas de madera de
mayores dimensiones, por arranque de serrín o partículas en sentido longitudinal, con
posibilidad de sufrir un retestado y/o mecanización suplementaria, para obtener el nivel
de acabado requerido.
Las superficies se denominan:




Cara (h): cualquiera de las superficies longitudinales opuestas de mayor anchura
y longitud. Si la sección es cuadrada cualquiera de ellas.
Canto (b): Cualquiera de las dos superficies longitudinales opuestas más
estrechas.
Testa: extremo de una pieza de madera, plano y perpendicular al eje de la misma.

B. Madera laminada encolada
Se define como elementos estructurales formados por la unión encolada de láminas de
madera con la fibra orientada básicamente de forma paralela. Los elementos tienen un
espesor de lámina cepillada menor o igual a 45 mm. Las especificaciones y requisitos de
fabricación de la madera laminada encolada están recogidas en la norma UNE – EN
386:2002.


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Asimismo, en función de la calidad de las láminas puede ser:




Madera laminada encolada homogénea: dispone de una sección transversal en la
que todas las láminas son de la misma calidad (clase resistente), y a la misma
especie (o combinación de especies).
Madera laminada encolada combinada: dispone de una sección transversal en la
que láminas interiores y exteriores son de calidades diferentes (clases resistentes)
o a especies (o combinaciones de especies) diferentes.

C. Madera micro laminada
Material compuesto por chapas de madera con las fibras orientadas esencialmente en la
misma dirección (no se excluye que alguna de las hebras estén orientadas
verticalmente) en algunos casos con el objeto de mejorar la presentación se puede
incorporar en el alma una serie de chapas escalonadas con la dirección paralela entre si
pero perpendiculares a las de las chapas de la cara y contra cara (suelen representar el
20% del total de las chapas) el espesor delas chapas es de 5mm como máximo.
Se fabrica principalmente a partir de maderas coníferas, las especies más utilizadas son:
Abeto, Pino Oregón, pino amarillo del sur y alerces

.
D. Condiciones de servicio de la estructura
Para considerar el efecto de las condiciones ambientales (humedad relativa y
temperatura) en las propiedades de la madera, se defines las clases de servicio que se
presentan a continuación:




Se caracteriza por un contenido de humedad en la madera correspondiente a una
temperatura de 20 ± 2º C y una humedad relativa del aire que solo exceda el 65% unas
pocas semanas al año.
Se caracteriza por un contenido de humedad en la madera correspondiente a una
temperatura de 20 ± 2º C y una humedad relativa del aire que solo exceda el 85% unas
pocas semanas al año. La humedad de equilibrio higroscópico media en la mayoría de


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

las coníferas no excede el 20%. En esta clase se encuentran, en general, las estructuras
de madera bajo cubierta, pero abiertas y expuestas al ambiente exterior, como es el
caso de cobertizos y viseras. Las piscinas cubiertas, debido a su ambiente húmedo,
encajan también en esta clase de servicio.
Condiciones ambientales que conduzcan a contenido de humedad superior al de la clase
de servicio 2

E. Uso estructural de la madera
El nuevo marco normativo sitúa a la madera estructural en una posición competitiva
frente a los demás materiales de construcción existentes en el mercado. Actualmente,
se dispone de una amplia gama de productos y soluciones estructurales derivadas de la
madera, con características diferenciadoras: alto rendimiento, bajo peso y alta densidad
que posibilita su uso en múltiples especificaciones.
Las crecientes innovaciones en la industria de la madera y las características intrínsecas
de este material estimulan a replantearse los sistemas constructivos típicos a la vez que
favorecen una construcción más eficiente energéticamente y más sostenible.
F. Productos comerciales de uso estructural


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El hierro y la madera estructural

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