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FACULTAD DE INGENIERÍA CIVILUNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADASPRESENTACIÓN DE TRABAJO PARCIAL• Curso:Materiales de construcción• Tema:Aluminio como material usado en la construcción• Sección:• Profesor:• Integrantes:• Fecha deentrega:05 de febrero del 2021ÍNDICE Resumen Introducción Objetivos...

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FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS

PRESENTACIÓN DE TRABAJO PARCIAL

• Curso: •

Materiales de construcción

Tema: Aluminio como material usado en la construcción

• Sección: • Profesor: • Integrantes:

• Fecha de entrega:

05 de febrero del 2021

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ÍNDICE 1. Resumen 2. Introducción 3. Objetivos 3.1.Objetivos Generales 3.2.Objetivos Particulares 4. Marco teórico 4.1.Antecedentes 4.2. Conceptos generales 4.3.Propiedades del aluminio 4.3.1. Propiedades mecánicas 4.3.2. Propiedades no mecánicas 5. Desarrollo 5.1.Producción 5.1.1. Extracción de materia prima 5.1.2. Manufactura 5.1.2.1 Electrólisis 5.1.2.2 Fundición 5.1.2.3 Extrusión 5.2.Aplicación en construcción 5.2.1. Prefabricados 5.2.2. Baranda de aluminio 5.2.3. Estructuras de aluminio para arquitectura 5.2.3.1 Cerramiento de aluminio 5.2.3.2 Fachadas de aluminio 5.2.3.3 Fachadas ligeras o muros cortina 5.2.3.4 Pérgolas de aluminio 5.3.Vida útil 5.4.Mantenimiento 5.5.Reciclaje 6. Presupuesto 7. Reglamento técnico 7.1.Normas Técnicas Peruanas 7.2.Normas Técnicas Internacionales 7.3.Verificación de la normatividad 8. Análisis del reglamento técnico 9. Conclusiones y recomendaciones 10. Bibliografía 11. Anexos

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1. RESUMEN La presente investigación será enfocada en el aluminio como material de construcción. Una de sus características principales es que tiene un peso ligero comparado con la del acero. Además, es resistente a la corrosión y posee propiedades únicas que se detallarán más adelante. Por ello, se explicará la forma en cómo se extrae esta materia prima, su manufactura y, sobre todo, la importancia y aplicación de este metal en construcciones. El aluminio será aplicado en construcciones, tales como en prefabricados, barandas, estructuras arquitectónicas, cerramientos, fachadas ligeras, pérgolas, etc. La durabilidad de este material varía según como sea usado. En términos generales, este metal posee una larga vida útil por lo que no se maltrata fácilmente y puede ser reciclado convenientemente. A su vez, este necesita un mantenimiento que sea periódico para que se mantenga su acabado estético. Para ello, debemos identificar qué tipo de acabado es el que se está usando, si es lacado o anodizado, en el cual ambos tienen un tratamiento diferente. El proceso de reciclado se puede llevar a cabo de tres formas, las cuales son: Reducción, reutilización y reciclado. Además, cabe mencionar que el aluminio tiene un valor en el mercado por el cual amerita ser reciclado.

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2. INTRODUCCIÓN Debido a que el aluminio es el elemento metálico más abundante de la tierra y a su factible aleación, ligereza, maleabilidad, resistencia a la corrosión y grietas, es posible la obtención de productos con una gran variedad de aplicaciones como en fachadas estructurales, vigas, columnas, pilares, puentes, etc. Este material lo podemos encontrar en todos lados, desde puertas hasta aviones. Por ejemplo, el aluminio representa el 80% del peso estructural de un avión. También, su uso es abundante en la industria de los automóviles y camiones ligeros. Su producción es costosa, pero a largo plazo se ahorra dinero. Este elemento tan utilizado, hoy en día, no se encuentra de forma aislada en la naturaleza. La fuente de aluminio más abundante que existe es la bauxita. Para la producción de este metal se extrae este mineral y se pasa por procesos de lixiviación y electrolítico. Cabe resaltar, que en base al tipo de construcción que se quiera realizar se debe tener en cuenta la normatividad que presenta este material y llevarla a cabo con el fin de garantizar que se cumplan con las condiciones necesarias para los proyectos y se eviten reparaciones o sobrecostos. En el presente trabajo, se explicarán las propiedades, aplicaciones, producción y normatividad sobre el aluminio como material de construcción.

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3. OBJETIVOS 3.1.Objetivos Generales -

Reconocer e interiorizar las propiedades y normativa del aluminio empleados para la construcción y arquitectura de diferentes proyectos.

3.2.Objetivos Particulares -

Determinar cuáles son las propiedades mecánicas y no mecánicas del aluminio.

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Conocer el ciclo de vida del aluminio.

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Conocer las aplicaciones del aluminio en la construcción y arquitectura

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Reconocer las normas nacionales e internacionales que verifican la calidad del aluminio usado en construcciones.

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Conocer el impacto ambiental al usar el aluminio en los diferentes proyectos.

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4. MARCO TEÓRICO 4.1. Antecedentes Desde la edad antigua, el aluminio se utilizaba en tintorería y medicina bajo la forma de sal, conocida como alumbre. En 1809, se le colocó el nombre de aluminum propuesto por Humphrey Davy. En 1825, el químico Hans Cristian Oersted aisló por primera vez este metal utilizando una amalgama de potasio y cloruro de aluminio. En 1827, Wöler lo hizo reaccionar con cloruro de aluminio obteniéndola en forma de polvo. Dieciocho años después, este químico alemán determinó las propiedades del aluminio. El mineral industrial más importante es la bauxita, ya que contiene oxido de aluminio. Este fue descubierto por Pierre Berthier y lo nombró así por el lugar donde lo había encontrado, aldea de Les Bauz de Provenza en Francia. En 1854, Henri Saint-Claire Deville perfeccionó el método de Busen que era preparar electrolíticamente el aluminio a partir del compuesto cloruro alumínico sódico y fabricó y presento en forma de lingotes. La producción era costosa por lo que el aluminio se consideró un material exótico y tan importante más que la plata o el oro. Diversas situaciones originaron que la producción de este metal fuera abundante. En 1866, se inventó el dinamo que permitía generar una alta electricidad para realizar su proceso. En 1886, Héroult patentó el proceso para extraer la alúmina del mineral del aluminio a través de la electrólisis, proceso conocido hoy en día como proceso Hall-Héroult.

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4.2. Conceptos generales - Autoclave: Es el instrumento que permite generar condiciones de mayor energía/temperatura dentro del calor húmedo. - Reductor de presión: Reduce y mantiene a un valor preestablecido la presión a la salida con el fin de evitar variaciones en el material. - Tanque de asentamiento: Son utilizados para que las partículas de sólidos suspendidos que son más pesadas que el agua se asienten en el fondo del tanque por gravedad. - Tochos cilíndricos: Es conocido, también, como lingotes cilíndricos. Se obtiene a través de la extrusión. - Electrólisis: Es un proceso en el cual se separan los elementos de un compuesto por medio de electricidad. Este se fundamenta por medio de la reacción redox. - Energía reticular: Se define como la energía necesaria para separar un mol de compuesto iónico de sus respectivos iones gaseosos. 4.3. Propiedades del aluminio Las propiedades del aluminio son muy importantes debido a que le han permitido ser uno de los metales más utilizados en la actualidad. Por ello, a continuación, se detallarán las propiedades mecánicas y no mecánicas del aluminio. 4.3.1. Propiedades mecánicas 4.3.1.1. Resistencia a la ruptura: El aluminio impoluto a la venta comercialmente posee una resistencia a la ruptura equivalente a 90 Mpa. Este valor puede aproximarse al doble cuando es trabajado a temperaturas bajas. Mejora sus propiedades al alearlo con otros metales como el cobre, magnesio, silicio, manganeso o zinc. 4.3.1.2. Resistencia a la tensión: dispone de una resistencia a la tensión equivalente a 300 Mpa. sobre el 70% de la resistencia que posee el acero. P á g i n a 7 | 33

4.3.1.3. Resistencia a la flexión: El aluminio aleado puede llegar a tener una resistencia a la flexión de 270 MPa., igual que la resistencia del acero. Esta aleación estructural posee una alta resistencia, considerando su reducida masa. Esto es aplicable a largas estructuras donde es más importante la menor masa posible que su contenido, debido a que la economía es significativamente mayor. 4.3.1.4. Dureza: Es la capacidad del aluminio de resistir a la penetración que se le aplica (Depende del tratamiento térmico). 4.3.1.5. Elongación: Cuantifica el alargamiento lineal permanente del aluminio por efectos de una carga que actúa en tensión y el cual depende del material (usualmente entre 25% y 30%). 4.3.1.6. Módulo de Elasticidad: Es la medida de la rigidez que posee el material y el cual depende del tratamiento térmico que se le brinde al material (usualmente entre 6.3 y 7.0). 4.3.2. Propiedades no mecánicas 4.3.2.1.Color: Metal blanco con alta reflectividad de la luz y calor 4.3.2.2.Densidad: La ligereza de la masa (peso) del aluminio es una de las propiedades más conocidas que este metal posee. 4.3.2.3.Conductividad eléctrica: Aparte del cobre, el aluminio es el único metal común que posee una alta conductividad como para ser usado como conductor eléctrico. 4.3.2.4.Conductividad térmica: Posee una conductividad cuatro veces mayor que el acero, que solo es superada por el cobre. Su temperatura de fusión es de 660.2°C. 4.3.2.5.Reflectividad: El aluminio es muy reflectivo en la luz y con la radiación solar, más que ningún otro metal corriente. 4.3.2.6.Resistencia a la corrosión: Ello se debe a la formación espontánea de una película muy delgada de óxido de aluminio que es insoluble en agua, la cual la protege del medio ambiente y la corrosión, tanto en forma de metal puro como cuando forma aleaciones. P á g i n a 8 | 33

4.3.2.7.Toxicidad: El aluminio y sus derivados son eternamente no tóxicos. Una prueba de ello es que está presente en los utensilios de cocina, envases industriales, etc. 4.3.2.8.Apariencia: El aluminio es uno de los metales blancos que posee brillo natural de apariencia atractiva, siendo muy utilizado por arquitectos y diseñadores. Se le puede dar diversos tipos de acabados de textura y color. 5. DESARROLLO 5.1.Producción En la producción del aluminio se utilizan distintos procesos que fueron desarrollados en 1880. Primero, por transformación en alúmina mediante el proceso de Bayer y luego, en aluminio metálico mediante electrólisis. 5.1.1. Extracción de materia prima Se inicia con la extracción de la bauxita, mineral del aluminio. Este contiene entre un 45% y 60% de óxido de aluminio. Para la obtención del metal se muele la bauxita y se lava para eliminar restos de arcilla y de silicio. 5.1.2. Manufactura A continuación, se seca en un horno para suprimir una gran parte de agua. Después, la bauxita molida se mezcla con cal viva y ceniza de sosa cáustica para que pase por la autoclave, un reductor de presión y un tanque de asentamiento para obtener aluminato sódico con el fin de eliminar el silicio, óxido de hierro y otras impurezas de la solución. A esta se le agrega cristales de óxido de aluminio hidratado con el objetivo de que estos atraigan a los de óxido de aluminio y logren asentarse. Los cristales de hidrato de óxido de aluminio se lavan y se calcinan en hornos para extraer el agua.

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5.1.2.1 Electrólisis Luego, se reduce por el proceso de Hall-Héroult el cual consiste en extraer aluminio líquido por medio de la reducción electrolítica de la alúmina, dióxido de aluminio. Este proceso consiste en un método de electrólisis de la alúmina que ha sido previamente purificada por el proceso Bayer. La alúmina se disuelve en criolita (Na3ALF6), ya que al presentar una alta energía reticular también tiene un alto punto de fusión, el cual es de 2000 °C. La electrólisis se lleva a cabo en un recipiente metálico que actúa como cátodo, mientras que los ánodos son de carbono grafito. Los ánodos de grafito se descomponen paulatinamente, ya que reaccionan con el oxígeno que se genera de la electrólisis para obtener el aluminio fundido.

Figura 1. Electrólisis del aluminio. Fuente: https://n9.cl/0uvk

5.1.2.2 Fundición El aluminio fundido se moldea para obtener los productos acabados o se moldea en lingotes. Estos últimos se forman por medio de un proceso de P á g i n a 10 | 33

enfriamiento directo que salen láminas, tochos cilíndricos o cuadrados para producción de varillas, barras y alambres. Los productos finales se moldean o deforman a partir de piezas sólidas de aluminio. Existe el método por inyección, molde permanente y fundido en arena. Los procesos básicos de deformación son el forjado, extrusión, estirado, estampación, estirado y planchado. Se funde el óxido de aluminio en un baño de criolita y se pasa corriente entre ánodos y cátodos de carbono para separar el aluminio y oxígeno. El aluminio fundido se lleva hasta un crisol y luego de procesa en un horno. Para eliminar las impurezas restantes se pasa por gases calientes. Al final se le añaden elementos de aleación.

Figura 2. Proceso de producción del aluminio. Fuente: https://n9.cl/1qj7

5.1.2.3 Extrusión Con el proceso de extrusión se logra la obtención de distintos elementos estructurales. La extrusión consiste en hacer pasar el aluminio precalentado P á g i n a 11 | 33

a alta presión a través de una matriz cuya abertura corresponde a la sección transversal del perfil de extrusión, así pues, los elementos básicos son el metal, la matriz, la prensa con los equipos auxiliares y los parámetros de extrusión.

Figura 3. Productos finales de aluminio como láminas varillas, barras y alambres. Fuente: https://n9.cl/ot5kh

5.2.Aplicación en construcción 5.2.1. Prefabricado Son elementos que han sido moldeados. El aluminio presenta características que son una gran ventaja con respecto a construcciones de prefabricados, ya que presentan diversas formas en las que se puede transformar. En livianas estructuras, este material permite rápidas edificaciones como en el proceso constructivo para las casas. Esta además de ser una construcción sostenible puede realizarse en un menor tiempo y sin dejar gran cantidad de residuos no reutilizables.

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Figura 4. Manija de aluminio. Fuente: https://bit.ly/3oZ9prj

5.2.2. Baranda de aluminio Las barandas de aluminio son las más indicadas para su elaboración, ya que son sistemas muy versátiles, livianos y fáciles de montar e instalar. Además, aprovechan su propiedad principal, la cual es la anti-corrosividad. Esta cualidad le otorga una larga vida útil al producto, sumado al bajo costo del mantenimiento.

Figura 5. Baranda de aluminio. Fuente: https://bit.ly/3oSSlD7

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5.2.3. Estructuras de aluminio para arquitectura El metal mayormente utilizado para estructuras es el acero estructural. Sin embargo, en algunos casos se ha visto el uso del aluminio en las construcciones debido a que tiene ciertas características únicas como su capacidad de aleación y la maleabilidad, a diferencia de otros metales que poseen limitaciones en este ámbito. Además, tiene grandes posibilidades estéticas y es un material muy difícil de inflamar porque es resistente al fuego a altas temperaturas. Asimismo, tiene una alta demanda por poseer un bajo mantenimiento, ya que no requiere cuidado o dedicación extrema. 5.2.3.1 Cerramiento de aluminio El material más común para realizar cerramientos es el aluminio, ya que cumple con los requisitos que otros metales no tienen, como su durabilidad, la cual genera ahorros monetarios con respecto al mantenimiento a largo plazo; su versatilidad, facilidad de ser usado con diferentes fines; su capacidad de resistir temperaturas altas sin deteriorarse y además sin ser inflamable como son otros metales que a altas temperaturas desprenden sustancias tóxicas como el benceno, etanol, etileno, metano, ácido clorhídrico, dióxido de azufre. Estas propiedades del aluminio son las mas relevantes para su aplicación en los cerramientos.

Figura 6. Cerramiento de aluminio. Fuente: https://bit.ly/2YJB3xL

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5.2.3.2 Fachadas de aluminio Las fachadas son ligeras, y no contribuyen a la estabilidad de la estructura. También, soportan todo tipo de clima y prevé que sean duraderas. Por ello, el material de aluminio es el más usado en las fachadas, ya que presenta propiedades y características como la durabilidad, el de no ser inflamable, el de resistir altas temperaturas y ser muy versátil.

Figura 7. Fachadas de aluminio. Fuente: https://bit.ly/3jiF2KW

5.2.3.3 Fachadas ligeras o muros cortina Actualmente, el aluminio extrusionado es el material ideal para realizar los muros cortina. Esto se debe a que el aluminio es resistente a la intemperie (agentes físicos y químicos del exterior) y no es afectado por la corrosión. Además, les da estética a las fachadas por su aspecto agradable, limpio y elegante, aún más con los colores que ofrecen los productores en el lacado. También, es un material reconocido por ser ligero y reciclable. Todo lo mencionado permite que este material sea adherido, moldeado o unido con diferentes materiales como el acero, madera, cobre, plomo, yeso, cemento y

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acero inoxidable. Es por esto que el aluminio es el más usado para la elaboración de fachadas ligeras.

Figura 8. Fachadas de aluminio.

Fuente: https://bit.ly/39UGMqZ

5.2.3.4 Pérgolas de aluminio En el caso de las pérgolas, las de aluminio son las más recomendables debido a que este material es un uno de los metales más ligeros y, a su vez, es más resistente que la madera, por lo que es recomendable usar las pérgolas de aluminio que de madera. Además, el aluminio es inoxidable y apto para estructuras o levantamientos que tendrán contacto con las lluvias. También, en el ámbito estético, el aluminio brinda variedad de colores y texturas. Finalmente, es más fácil de realizar modificaciones, arreglos, alineaciones o expansiones en el aluminio.

Figura 9. Fachadas de aluminio. Fuente: https://bit.ly/3rpS8co

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5.3.Vida útil El periodo de tiempo en el que se puede utilizar el aluminio varía según su aplicación. Por ejemplo, las latas de bebida tienen una duración de alrededor de 45 días. Mientras que, los cables conductores de electricidad tienen una vida útil de aproximadamente 40 años. Sin embargo, en el ámbito de construcción, especialmente el de estructuras arquitectónicas como las puertas y ventanas, es un material de una muy larga vida útil, ya que posee cierta resistencia a los rayos ultravioletas y a la humedad. Además, es un material inoxidable, no se maltrata, ni presenta deformaciones. Estos aspectos generan que sea resistente y a su vez, un buen material reciclable.

5.4.Mantenimiento Para conservar el acabado estético del aluminio, y también sus funcionalidades, debemos tener en cuenta su cuidado periódico. Lo primero que debemos realizar es el reconocimiento del tipo de acabado superficial del aluminio, si es lacado o, si es anodizado. El método de limpieza y mantenimiento deben ser totalmente adecuados a la suciedad y a su continuidad. En una limpieza general, los siguientes consejos son aplicables en cualquier superficie de aluminio: •

No usar limpiadores ácidos

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No limpiar el metal cuando está demasiado caliente o muy frío al tacto

•

Los limpiadores con solventes orgánicos dañan los materiales sellantes.

•

Antes de usar limpiadores fuertes, se debe probar en una zona escondida.

•

No se debe frotar con abrasivos para remover manchas difíciles.

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5.4.1. Acabados 5.4.1.1. Acabado Lacado: Este acabado es resistente a los agentes atmosféricos y a la corrosión, aunque se puede rayar si este no tiene una limpieza adecuada. Se debe actuar en el siguiente orden: 1.

Solamente agua con baja presión

2.

Agua templada y jabón neutro

3.

Agua templada, jabón neutro y espo...