Tema 5

Estructuras

todos los cuerpos tienen una estructura, armazón o esqueleto que soporta o protege el resto de sus elementos. Su misión es soportar las cargas y demás fueras que actúan sobre el cuerpo y tieden a deformarlo.

                                

Para conseguirlo,  para que la estructura resista y no se rompa, no vuelque  o se desmorone, sus elementos deben de tener la forma y la disposición adecuadas. Tanto una como otra, así como los materiales con los que se construyen estos elementos, dependerán de la utilidad que se le quiera dar a la estructura: almacenar materiales, salvar accidentes geográficos, levantar cargas, etc.

 

 

 

 

 

 

 

1-Qué son las estructuras.

1.1 Definición de estructura.

La mayoría de los cuerpos están formados por piezas. Algunas  piezas sirven de apoyo o de proctección a las demás. Si no existiera esa proctección, el cuerpo de deformaría, se rompería o se vendría abajo.

Llamamos estructura al conjunto de las partes de un cuerpo de lo sustentan, lo protegen y le dan consistencia.

1.2 Tipos de estructuras.

Hay muchos tipos de estructuras y distintos criterios para clasificarlas. Por ejemplo, podemos agruparlas por su forma, por la función que desempeñan, por los elementos que se emplean para construirlas, etc.

Según su forma, pueden distinguirse los siguientes tipos de estructuras:

· Masivas: Estructuras pesadas y macizas.Se construyen acumulando o apilando materiales.Se construyen acumulando o apilando materiales.

· Abovedadas: Emplean arco y bóveda lo que permite cubrir espacios mayores y aumentar los huecos de la estructura, con la correspondiente reducción del peso.

· Laminadas: Formadas por láminas o paneles delgados y resistentes que forman una especie de caja o carcasa que protege y mentiene en su posición al resto de las piezas.

· De armazón: Formada por piezas alargadas, como tubos, vigas, travesaños, etc.

1.3 Estructuras de armazón.

Las estructuras de armazón, según cómo estén colocados sus elementos, pueden ser:

· Entramadas:Sus elementos forman una malla de piezas verticales y horizontales.

· Triangulares: Construidas con barras que forman triángulos.

· Cogadas: Soportan parte del peso de la construcción mediante cables, que se fijan a muros o torres muy resistentes.

2-Cargas y esfuerzos.

2.1 Fuerzas que actúan sobre las estructuras.

Las fuerzas que soportan una estructura se denominan cargas. Estas cargas pueden ser fijas o variables.

· Las cargas fijas no varían con el paso del tiempo y siempre afectan a la estructura de la misma manera.

· Las cargas variables cambian con el tiempo, unas veces actúan y otras no, y no siempre tienen la misma magnitud.

2.2 Esfuerzos.

Debido a las cargas que soportan, las estructuras están sometidas a esfuerzos.

Según cuál sea su forma, su posición dentro de la estructura y el tipo de cargas que actúan sobre ellos, los elementos o piezas de las estructuras pueden soportar uno o varios de los siguientes esfuerzos:

· Tracción: Las fuerzas que actúan sobre la pieza tienden a estirarla.

· Compresión: Las fuerzas que actúan sobre la pieza tienden a aplastarla.

· Frexión o pandeo: Las fuerzas que actúan sobre la pieza tienden a doblarla.

· Torsión: Las fuerzas que actúansobre la pieza tienden a retorcerla.

· Corte o cizalladura: Las fuerzas que soporta la pieza tienden a cortarla.

Análisis de esfuerzos.

Puente de arco: Tanto el arcocomo los pilares están sometidos a esfuerzos de compresión que se transmite hasta el suelo.

Punte de viga: La fuerza que se transmite a través de los pilares es vertical y hacia abajo, de manera que los pilares se ven sometidos a esfuerzos de compresión.

Puente colgante: Los cables y tirantes están sometidos a esfuerzos de tracción. Las torres o pilares que soportan los cables están sometidos a esfuerzos de compresión.

Silla: El tablero está sometido a flexión, como si fuera el suelo de una vivienda. Las patas a compresión; es decir, tieneden a encogerse.

 

 

 

 

3-Elementos resistentes.

3.1 Los elementos resistentes.

Son los elementos básicos con los que construye una estructura. Los más utilizados son:

· Pilares: Apoyos verticales sobre los que descansan las vigas y el resto de la estructura. Soportan esfuerzos de compresión.

· Vigas: Piezas horizontales con forma de prisa rectangular. Están sometidas a esfuerzos de flexión y de cizallaen los puntos de apoyo sobre los pilares.

· Tirantes: Cables inextensibles que se emplea para sujetar o colgar vigas o para estabilizar los elemntos verticales de la estructura. Tienen que soportar esfuerzos de tracción.

· Escuadras: Triángulos rectángulos que se emplea para reforzar la estructura.

· Diagonales: Barras que unen dos vértices opuestos de un polígono.

· Arcos: Elementos con forma curvilínia que se apoyan sobre dos pilares. Están sometidos a esfuerzos de compresión.

3.2 Otros elementos resistentes.

· Dinteles: Elementos horizontales que salvan un espacio libre entre dos apoyos. Se emplea para abrir huecos en los muros para crear ventanas y puertas.

· Contrafuertes: Pilares que se colocan adosados a los muros reforzados y aguantar su empuje.

· Bóvedas: Estructuras curvas que se apoyan en muros, pilares o columnas. Se engendran mediante la repetición de arcos.

· Cúpulas: Bóvedas semiesféricas que se utulizan como cubiertas y ejercen el mismo empuje en todas las direcciones.

· Membranas:  Cumplen la misma función que los pilares.

· Placas o losas: Distribuyen las cargas por toda su superficie, mediante flexión.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4-Construcción de estructuras estables.

4.1 Problemas que resuelven las estructuras.

Entre otros usos, las estructuras se construyen para:

· Proteger y proporcionar apoyo a los elementos de un conjunto. Esqueletos, armaduras, chasis y caparazones.

· Salvar accidentes geográficos.

Puentes y túneles.

· Generar siperficies.

Pistas de aterrizaje, carreteras y campos deportivos.

· Cerrar y cubrir espacio.  

Techumbres, marsinas, bóvedas y cúpula.

· Almacenar materiales.

Presas, piscinas, botellas,envases de cartón.

· Alcanzar alturas en el espacio.

Torres, antenas, postes y grúas.

4.2 Condiciones que debe reunir una estructura.

Para cumplir su función, una estructura debe cumplir dos requisitos:

· Ser estable: Se debe mantener el equilibrio, sin volcarse ni caerse.

· Ser resistente: Tienen que mantener la forma, sin romperse y sin deformarse permanentemente.

4.3 El centro de gravedad y la estabilidad.

El centro de gravedad de un cuerpo es un punto imaginario enel que podemos considerar que se concentra todo el peso del cuerpo.

 

 

 

 

 

 

5-Construcción de estructuras resistentes.

5.1   Cálculo de estructuras.

Los elementos con los que se construye una estructura deberían ser macizos, para que aguanten bastante peso.

Cuantos más elementos macizos contenga, tanto más aumentará su peso.

El calculo de estructuras consiste en conseguir la mayor resistencia de una estructura utilizando para ello la menor cantidad posible de material.

5.2 De qué depende la resistencia de una estructura.

La resistencia de una estructura depende del material con el que se ha construido, de la cantidad de material que se ha utilizado y de la forma que se le ha dado a la estructura.

5.3 Estructuras de barras.

Muchas estructura se construyen uniendo barras para formar un armazón o entramado que servirá de soporte al resto de la estructura.

5.4 Triangulación.

Para evitar que un polígono se deforme, se añaden barras que lo dividan en triángulos.

Una estructura triangulada está formada por barras unidas formando triángulos. Estas estructuras pueden resistir grandes esfuerzos y resultar, al mismo tiempo,bastante ligeras.

5.5 Perfiles.

Un perfil es una barra que tiene una forma determinada. Tienen distintas secciones.

Cada sección es adecuada para soportar un cierto tipo de esfuerzo.

Al darle a las barras estas formas, se consiguen estructuras que soportan grandes esfuerzos empleando mucho menos material del que sería necesario si se construyeran con barras sólidas.

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Tema 4

Los metales

El descubrimiento de los metales transformó el mundo. Gracias a las herramientas metálicas mejoraron la agricultura, la carpintería, la cantería y el trabajo de la piedra.

Con la llegada del oro, del cobre, del bronce y del hierro cambiaron la forma de entender la guerra y el comercio.

Se emplean en la fabricación de estructuras, herramientas, piezas de maquinaria, conductores eléctricos, joyas, utensilios de cocina y todo tipo de objetos que necesiten de alguna de sus propiedades.

1 Los materiales metálicos.

Los materiales son aquellos que están compuestos por uno o más metales, aunque pueden contener otros componentes no metálicos, como, por ejemplo el carbono.

Según cuál sea la composición los materiales metálicos se suelen clasificar en dos grandes grupos:

Materiales metálicos férricos.

Materiales metálicos no férricos.

1.1 Las aleaciones.

Las aleaciones son materiales metálicos que se obtienen al fundir un metal con otros materiales, casi siempre con otros metales,y dejar que se enfríe la mezcla.

1.2 Propiedades de los materiales metálicos.

Los materiales metálicos se caracterizan por:

·Son sólidos a la temperatura ambiente, excepto el mercurio y el galio, que son líquidos. Cuando los calentamos lo suficiente, los metales funden, cada uno de ellos a una temperatura determinada que llamamos punto de fusión. Por ejemplo mientras que el estaño funde a los 232ºC, el hierro necesita 1500ºC.

·Conducen bien el calor y la electricidad.

·Tienen buena resistencia mecánica frente a los esfuerzos de tracción, compresión y flexión.

·Son dúctiles y maleables; es decir, que pueden estirarse, para formar alambres y láminas, respectivamente sin sufrir roturas.

·Algunos metales como el hierro, el cobalto o el níquel, tienen propiedades magnéticas.

·Muchos metales se oxidan con facilidad, lo que puede llegar a deteriorarlos, aunque hay metales como el oro y el platino que no se oxidan.

·Se mecanizan con facilidad.

Los metales se dilatan y contraen apreciablemente cuando se calientan o se enfrían.

1.3 Obtención de los materiales metálicos.

Los metales por lo general, no se encuentran libres en la naturaleza, sino que están combinados con otros elementos, formando minerales.

La minería se encarga de la extracción de estos materiales (menas) y  de separarlos de los materiales sin utilidad que los acompañan (ganga). Después, son necesarios una serie de procesos físicos y químicos para extraer los metales de sus minerales y transformarlos en productos útiles para la actividad técnica.

La obtención de los metales se realiza por diferentes técnicas, entre las que tenemos:

●     Calcinación y tostación: El mineral se calienta en un horno, con lo que, dependiendo del mineral, se consigue que el metal quede libre o forme un óxido.

●     Electrorisis: El mineral se disuelve o se funde y, a continuación, se introducen dos electrodos en la disolución o mineral fundido, haciendo que pase la electricidad a través de ellos, con lo que se consigue que el metal puro se deposite sobre uno de los elecrodos a medida que ciscule la corriente.

1.4 Formas comerciales de los materiales.

Las formas más habituales en las que podemos encontrar los materiales son:

●     Largos: Son barras de sección cuadrada o circular.

●     Planos: Consisten en superficies planas de distintos espesores. Cuando son delgados se llaman chapas.

●     Perfiles: Son barras con formas especiales.

●     Lingotes: Son bloques que se obtienen vaciando el metal fundido en un molde y dejando que se solidifique.

2 El hierro y el acero.

El hierro es un elemento químico que constituye aproximadamente el 5% de la corteza terrestre.

2.1 El hierro dulce.

Este producto siderúrgico contiene entre un 99,90 y un 99,99 de hierro. En estas condiciones, se puede considerar como hierro prácticamente puro.

El hierro dulce tiene pocas aplicaciones industriales, dadas sus bajas propiedades mecánicas y su difícil obtención. Es un material dúctil y maleable que admite la forja. Es por esto, por lo que se le llama también hierro forjado. Se emplea principalmente en electricidad y electrónica.

2.2 Los aceros.

Los aceros son aleaciones de hierro y carbono, a las que se les suelen añadir otros elementos como el cromo, el manganeso, el níquel, el vanadio o el titanio. Con ello se consigue que el acero adquiera ciertas propiedades, dependiendo de los elementos y de la proporción en la que se le añadan, tales como la elasticidad, mayor dureza o mayor resistencia a la corrosión.

Según su composición, se distinguen dos clases de acero:

●     Aceros comunes: Contienen únicamente hierro y carbono.

●     Aceros aleados: Contienen otros elementos además del hierro y del carbono.

2.3 Las fundiciones.

Las fundiciones son aleaciones de hierro y carbono que se diferencian de los aceros en que contienen un mayor porcentaje de carbono.

2.4 La siderurgia.

La siderurgia es la metalurgia del hierro, del acero y de las fundiciones.

A grandes rasgos, el proceso siderúrgico transcurre de la siguiente manera:

1.   Extracción del mineral de hierro en las explotaciones mineras.

2.    Separación de la mena (el mineral que contiene el hierro) y la ganga (arena, cal, otros minerales) y preparación del mineral y del carbón para el horno.

3.    Calcinación del mineral de hierro en un alto horno, para obtener el arrabio, que es un producto formado por hierro que contiene entre el 2,5% y el 4,5% de carbono, además de silicio, maganeso, fósforo, azufre y otras impurezas.

4.   Transformación del arrabio en hierro dulce, fundiciones o acero.

3 Materiales metálicos no férricos.

Los materiales férricos son relativamente fáciles de obtener, su coste es bajo y, además presencian una gran resistencia mecánica.

3.1 El cobre.

Es un metal de color rojo brillante, buen conductor del calor y la electricidad, muy dúctil y maleable, fácil de cortar y doblar y muy resistente a la corrosión. Se obtiene a partir de distintos minerales, como la cuprita, la calcopirita y la malaquita.

· Bronces, latones y alpacas.

●     Bronces: Aleaciones de cobre y estaño.

●     Latones: Aleaciones de cobre y cinc.

●     Alpacas: Aleaciones de cobre, cinc y níquel, muy dúctiles y fáciles de trabajar a la temperatura ambiente.

3.2 El cinc.

El cinc es un metal blando, de color blanco azulado, resistente a la intemperie. Se obtiene a partir de la blenda.

3.3 El estaño.

El estaño es un metal de aspecto blanco brillante, muy resistente a la corrosión atmosférica, fácil de fundir y de trabajar. Es muy maleable en frío, pero en caliente se vuelve quebradizo. Se obtiene a partir de la casiterita.

· La hojalata.

Consiste en una lámina de hierro o acero recubierta de estaño. Es un material fácil de cortar, doblar y soldar.

3.4 El aluminio.

El aluminio es un metal de color plateado claro, muy resistente a la oxidación. Es, además, muy ligero, buen conductor del calor y la electricidad y fácil de mecanizar. Se obtiene principalmente a partir de la bauxita.

· Aleaciones ligeras.

El aluminio se emplea aleado con otros elementos, formando las llamadas aleaciones ligeras, que tienen la misma resistencia que los aceros pero son considerablemente menos pesados que ellos.

Se emplean en la fabricación de automóviles, aviones, trenes, bicicletas, material deportivo, etc.

4 Fabricación manual con materiales metálicos.

Trazado y doblado.

4.1 Trazar y marcar.

Para trazar, se utiliza un lápiz blando o un rotulador.

Para marcar, emplearemos la punta de trazar, el compás de puntas y el granete. Los puntos de corte se pueden marcar con unos alicates o con una lima.

4.2 Sujetar.

Los utensilios que se emplean para sujetar piezas metálicas son los mismos que los que se utilizan con las piezas de madera: los gatos y el tornillo de banco.

Cuando las piezas son pequeñas o difíciles de manipular, se utilizan las tenazas, las pinzas o los alicates.

4.3 Doblar.

· Doblar alambre.

●     Si el alambre es grueso y se quiere doblar en ángulo, se emplean los alicates universales.

●     Si se quiere hacer un anillo o un doblez curvo, se emplean los alicates de punta redonda.

●     Si el alambre no se puede doblar con el alicate, se sujeta en el tornillo de banco y, después, se golpea con suavidad con el martillo, lo más cerca posible del tornillo.

· Doblar chapa.

●     Si la chapa metálica no es muy gruesa, se puede doblar en ángulo apoyándose sobre uno de los bordes de una mesa, sujetando con una mano, y haciendo fuerza, hacia abajo, con la otra.

5 Fabricación manual con materiales metálicos. Cortes.

Para cortar alambres finos, se usan los alicates. Si lo que queremos es cortar en una plancha, no muy gruesa, emplearemos las tijeras de chapa. Para cortar tubos, barras, chapas gruesas y alambres gruesos, utilizaremos la sierra para metales.

5.1 Cortar chapa.

Para cortar chapa, utilizaremos guantes de longa gruesa o de cuero resistente. Siempre que sea posible el material tiene que estar bien sujeto.

5.2 Cortar alambre.

Si el alambre no es demasiado grueso, se puede cortar con los alicates universales, que tienen dos filos de corte y dos hendiduras destinados a este fin. Para ello:

1.   Se coloca el alambre entre dos filos cortantes de los alicates.

2.   Se hace fuerza, lo más atrás posible, sobre los mangos de los alicates.

5.3 Cortar con la sierra de metales.

1.   Se elige la hoja de sierra adecuada, según la cuál sea la dureza de la pieza que se va a cortar.

2.   Se sujeta firmemente la pieza en el tornillo de banco, o empleando un gato o sargento.

3.   Se inicia el corte, dando unas suaves pasadas hacia atrás sobre la marca en la que se debe serrar, guiando la hoja con el pulgar de la otra mano, hasta que el corte quede perfectamente señalado.

4.   Se mueve la sierra hacia delante y hacia atrás, sujetándola con las dos manos y manteniéndola perpendicular a la pieza que se está serrando.

5.4  Taladrar.

Cuando la pieza que se quiere taladrar es fina:

1.   Se coloca un retal de madera debajo de la pieza que queremos taladrar.

2.   Se taladra la pieza con un sacabocados y un martillo.

3.   Se redondea el orificio, girando el sacabocados en uno y otro sentido.

5.5 Limar.

El limado de metales es la técnica que se emplea para rematar los cortes, eliminar rebabas, redondear perfiles, reparar superficies curvas y planas, etc. Este trabajo se realiza con las limas.

6 Fabricación manual con materiales metálicos. Uniones.

Las piezas metálicas pueden unirse de distintas maneras, dependiendo de la consistencia que se quiera conseguir y de si queremos que la unión sea fija o desmontable.

6.1 Uniones desmontables.

Las uniones desmontables permiten la unión y separación de las piezas sin romperlas. En el caso de piezas metálicas, las más habituales son:

●     Tornillos y tuercas.

●     Tornillos para chapa.

●     Espárragos.

●     Pasadores.

· Llaves.

Para apretar y aflojar tuercas y tornillos, se utilizan llaves. Hay distintos tipos de llaves, que se eligen según sean la forma y el tamaño de la tuerca.

6.2 Uniones fijas.

Una vez unidas, las piezas no pueden separarse sin que se rompan o se deterioren.

· Pegado.

En la actualidad existen pegamentos para unir casi todo tipo de materiales.

· El pegamento termofusible es bastante eficaz con la mayoría de los materiales, entre ellos los metales.

· Los pegamentos epoxy de dos componentes consisten en dos sustancias líquidas que se deben mezclar en la misma proporción.

· Remachado.

La unión mediante los remaches se emplea cuando hay que unir piezas de poco espesor, como láminas o chapas. La instalación de los remaches se lleva a cabo de la siguiente manera:

1.   Se superponen las dos piezas que se quieren unir y se taladran juntas.

2.   Una vez hecho el taladro, se introduce por el orificio que se ha practicado la caña del remache.

3.   Se apoya la cabeza sobre una superficie dura y se aplasta el otro extremo con un martillo. La cabeza y el extremo impiden que las piezas se separen.

· Soldadura manual.

Consiste en unir dos piezas metálicas vertiendo sobre ellas estaño fundido.

· Cómo soldar con estaño.

1.   Una vez limpias las piezas, se sujeta en un tornillo de banco una de ellas.

2.   Se toca ligeramente la punta del soldador con un hilo de estaño, con lo que se recubre con una fina capa de metal fundido.

3.   Antes de aplicar el estaño sobre el metal, se debe calentar previamente la pieza a soldar, apoyando sobre ella la punta del soldador.

4.   Una vez caliente la pieza, se aplica el estaño sobre el metal en una zona próxima a la punta del soldador, pero no directamente sobre este, hasta que la pieza se recubra con estaño fundido.

5.   Se juntan las dos piezas metálicas lo más posible por las zonas previamente estañadas, y se apoya sobre ellas la punta del soldador, que ya tiene un poco de estaño.

7 Fabricación industrial con materiales metálicos.

7.1 Fabricación por deformación.

Entre otros, la forma de la pieza se consigue mediante los siguientes procedimientos:

●     Plegado: Consiste en doblar una pieza a lo largo de una de sus aristas.

●     Embutición y estampación: Ambos procedimientos se emplean para deformar metales en frío.

●     Forja: Consiste en deformar un bloque de metal, una vez que se ha calentado, golpeándolo con mazas o con una prensa.

●     Trefilado: Consiste en forzar el paso del material a través de unos orificios calibrados de diferentes diámetros.

●     Extrusión: Consiste en empujar un lingote al rojo (tocho) a través de una abertura que tiene una forma determinada.

●     Laminado: Se hace pasar el metal de dos cilindros o rodillos que lo arrastran y que van reduciendo progresivamente su espesor.

7.2 Fabricación por moldeo o fundición.

Consiste en calentar el metal en un horno que alcanza su punto de fusión, vertiendo a continuación el material licuado en un molde, que tiene forma y el tamaño de la pieza que se quiere fabricar

7.3 Fabricación por corte.

El corte puede realizarse por medios mecánicos y térmicos.

Entre los procedimientos mecánicos tenemos:

●     Corte por chorro de agua: Utiliza para cortar un chorro muy fino que se proyecta a una presión muy elevada.

●     Serrado: Se lleva a cabo con sierras de cinta o de disco, accionadas por máquinas especiales.

Entre los procedimientos térmicos se encuentran:

●     Oxicorte: Se lleva a cabo mediante la acción conjunta de un gas combustible y un chorro de oxígeno que quema una franja del material, convirtiéndola en escoria.

●     Corte con láser: Emplea una fuente de luz muy concentrada, consiguiendo cortes de una gran precisión en todo tipo de materiales.

●     Corte con arco: Se realiza aprovechando el calor obtenido a partir de la corriente eléctrica, que puede llegar a fundir el metal.

7.4 Fabricación por mecanizado.

Entre otros procedimientos, el mecanizado se puede realizar mediante:

·Fresado. Se lleva a cabo con una  fresadora.

·Torneado. Se lleva a cabo con un torno.

7.5 Fabricación por soldadura.

La soldadura consiste en unir dos bloques de material por medio del calor. El la mayoría de los casos es necesario, además, añadir un material de relleno.

Según como se genere el calor, hay distintas formas de soldar:

●    Soldadura a la llama.

●    Soldadura de resistencia eléctrica.

●    Soldadura de arco eléctrico.

7.6 Acabados.

El acabado dependerá de las características de cada metal. Muchos metales se oxidan o se cubren de una pátina al contacto con la atmósfera.

Para alisar  y pulir las superficies metálicas, se emplean el lijado y el rectificado.

8 Impacto ambiental de la obtención, uso y desecho de los metales.

8.1 Impacto de la minería.

La minería es una de las actividades que más impactan sobre el ambiente. Las canteras y las minas a cielo abierto degradan profundamente el paisaje, además de mover enormes cantidades de materiales y producir gran cantidad de polvo.

8.2 Impacto de la industria metalúrgica.

La industria metalúrgica es una de las más contaminantes. Como consecuencia de su actividad se producen, entre otros, los siguientes efectos:

●     Emisión de gases procedentes de los hornos.

●     Consumo de energía, especialmente en forma de electricidad.

●     Producción de escorias, lodos y vertidos.

8.3 Impacto de los residuos metálicos.

Nuestra sociedad genera grandes cantidades de residuos metálicos: latas, alambres, envases, carcasas de electrodomésticos...No obstante, los materiales metálicos son fáciles de reciclar, ya que se pueden fundir y conformar una y otra vez.

Tema 3

Los materiales.

La madera.

La madera es un material elástico, resistente, flexible, cálido, fácil de trabajar y capaz de admitir una gran cantidad de acabados.

La madera, además, es un material renovable, recicable y biodegradable.Ahora bien, para que sea realmente renovable, es preciso gestionar bien los bosques a la hora de extraer la madera y de replantar lo talado.

Si se explota de forma racional, resulta un material muy ecologíco; el consumo de energía para extracción es bajo, y los residuos de su transformación ( cortezas, serrín, virutas...) también son aprovechables.

1- Los materiales y las materias primas.

La mayoría de los materiales que utilizamos no se encuentran así en la naturaleza. El aluminio, por ejemplo, es el metal más abundante en la corteza terrestre, pero no se encuentra libre, sino que es necesario separarlo de losminerales que lo contienen.

 1.1 Las materias primas.

Llamamos materias primas a aquellos recursos naturales a partir de los cuales obtenemos los materiales que empleamos en la actividad técnica.

 La mayoría de los materiales de uso técnico se obtienen a partir de:

·El aire: A partir del aire se obtiene nitrógeno, que se emplea para fabricar amoníaco,ácido nítrico, fertilizantes, etc.

· El agua: Se emplea en la elaboración de alimentos y bebidas, productos químicos, hormigón, papel, etc.

· Las rocas y minerales: A partir de los que obtenemos los metales y materiales necesarios para la elaboración de vidrios, cerámicas, cemento, etc.

· El petróleo y el gas natural: A partir de los que se obtienen el propano, el butano, la gasolina y el gasóleo, así como los compuestos necesarios para la fabricación de los plásticos.

· Los vegetales: Proporcionan madera, fibras, resinas, aceites, fármacos, etc.

· Los animales: A partir de ellos obtenemos grasas, seda, lana, cuero, fertilizantes, ceras, perfumes, hormonas, etc.

 

1.2 La transformación de los materiales.

Desde su extracción, a partir de las materias primas, hasta su distribución en el mercado, los materiales sufren distintas transformaciones que los convierten en productos útiles para la actividad tecnológica.

Según lo sencillas que sean estas transformaciones, los materiales se suelen clasificar en tres grandes grupos:

· Materiales naturales: Se utilizan tal y como se encuentran en la naturaleza, con pocas o ninguna modificación.

· Materiales transformados: Se obtienen sometiendo las materias primas a varios procesos.

· Materiales sintéticos: Se preparan, generalmente, mediante procesos químicos, a partir de otros materiales que tienen propiedades muy diferentes a ellos.

1.3 Formas comerciales de los materiales.

Los materiales obtenidos industrialmente pueden tener presentaciones muy diferentes en el mercado. Las distintas formas de distribuir un determinado material, con el fin de cubrir todo tipo de aplicaciones, son lo que se denomina sus formas comerciales.

 

 

 

2 La elección de los materiales.

Para construir objetos, se necesitan  materiales. Las características de cada objeto dependen en gran medida de los materiales empleados para fabricarlo.

2.1 ¿Qué factores hay que tener en cuenta al elegir un material?

Al elegir un material para una determinada aplicación técnica, se tienen en cuenta los siguientes factores:

· Las propiedades del material.

· La disponibilidad.

· El precio.

· El impacto que tiene su obtención, uso y desecho sobre el medio ambiente.

Para algunos usos, ciertos materiales pueden reemplazarse por otros que sean más baratos, menos contaminantes, más estéticos, etc.

2.2 Las propiedades de los materiales.

Los materiales se diferencian por sus propiedades; es decir, por la forma que tienen de comportarse en distintas circunstancias, como la humedad, los golpeos o el paso de la corriente eléctrica.

2.3 Propiedades de interés técnico.

Según el uso que se les quiera dar, los materiales se eligen, entre otras, por algunas de las propiedades siguientes:

· Propiedades ópticas: Estas tienen que ver con el comportamiento del material frente a la luz.

· Conductividad eléctrica: Indica la mayor o menor facilidad con la que el material permite el paso de la corriente eléctrica.

· Conductividad técnica: Consiste en la mayor o menor facilidad que tiene el material para conducir calor.

·Resistencia a la corrosión:Indica la mayor o menor facilidad que tieneun material de oxidarse.

· Textura: Está relacionada con la sensación que provoca al tacto la superficie externa del material.

· Imflamabilidad: propensión del material al arder.

· Impacto medioambiental: Producido por la fabricación, la transformación, el uso y la posterior eliminación del material.

2.4 Propiedades mecánicas.

Son aquellas propiedades del material que están relacionadas con su comportamiento frente a los esfuerzos y las cargas. Entre ellas tenemos:

· Elasticidad.

· Flexibilidad.

· Tenacidad.(antónimo de frágil)

· Dureza.(antónimo de blando)

3 La madera.

La madera ha sido y es uno de los recursos técnicos preferidos por el ser humano. La madera se utiliza en la fabricación de todo tipo de objetos: barcos, muebles, instrumentos musicales, etc.También se emplea como materia prima para la obtención de papel y fibras textiles.

3.1 Composición de la madera.

La madera se obtiene de los árboles. Se puede defininir como la parte del tronco que está rodeada por la corteza. Se compone de fibras de celulosa unidas mediante una sustancia que se llama lignina. Por las fibras circulan y se almacenan sustancias como agua, resinas, aceites, sales, y pigmentos.

3.2 Propiedades de la madera.

La madera es un material elástico, resistente, flexible, buen aislante acústico, térmico y eléctrico; cálido, fácil de trabajar y capaz de admitir una gran cantidad de acabados. Además de estas propiedades generales, hay distintos tipos de maderas, que se diferencian en el color, la textura, la disposición de sus vetes y la densidad.

· El color de la madera es consecuencia de la presencia de sales, pigmentos y resinas.

· La textura de una madera condiciona el tratamiento que se necesita antes de pintarse, barnizarse o lacarse.

· Las vetas de una madera se deben al color y a la orientación de sus fibras.

· La densidad de una madera está relacionada con el peso y la resistencia.

 

 

 

3.3 Tipos de madera.

Las maderas se suelen clasificar en duras y blandas.

· Las maderas duras: Proceden de los árboes de crecimiento lento y hoja ancha, como el roble, el nogal, la encina, la teca o la caoba.Son caras y se suelen emplear en la fabricación de muebles de calidad.

· Las maderas blandas: Proceden de las coníferas, como el pino y el abeto, y de los árboles de crecimiento rápido, como el chopo y el abedul. Son más baratas que las duras y más abundantes. Se emplean en la fabricación de muebles económicos, en la construcción, en embalajes...

                             

3.4 Formas comerciales de la madera.

La madera puede encontrarse en el mercado en forma de tablas y listones, tableros, molduras, chapas y redondos.

 · Tablas y listones.

· Tableros.

· Molduras.

· Chapas

·Redondos.

4 Los derivados de la madera.

Los derivados de la madera son materiales que se obtienen a partir de láminas, virutas, y fibras de madera, que se mezclan con aditivos y pegamentos, y se prensan. Entre ellos se encuentran los transformados de la madera, como el aglomerado o el táblex, y los materiales celulósucos, como el papel y el cartón.

4.1 El papel.

El papel se elabora a partir de una pasta de fibras vegetales.

Entre otras propiedades, el papel es una material ligero, aislante del calor y la electricidad, poroso y resistente a la tracción.

Tiene múltiples usos y se distribuye en una amplia variación de formas y acabados.

Entre otras características, los distintos tipos de papel se diferencian por la rigidez, el acabado de la superficie (liso, brillante, satinado...), la opacidad y la cantidad de humedad que son capaces de absorber.

4.2 El cartón.

Es un material formado por varias capas de papel superpuestas. Sus propiedades por tanto son similares a las del papel, pero es un material más grueso, duro y resiestente.

Se emplea para fabricar envases y embalajes, principalmente cajas.

Al igual que el papel se puede encontrar en una variedad de formas y acabados.

También se presenta combinado con otros materiales. Por ejemplo, el cartón pluma consiste en una capa central de poliestireno expandido revestida por dos caras de papel couché.

·         El cartón corrugado.

Está formado por una o varias capas de papel ondulado, encoladas sobre una o varias hojas (tapas) de papel plano.

 

 

 

4.3 El corcho.

El corcho es un tejido vegetal que se obtiene de la parte más externa del alcornoque. Se caracteriza por ser un material muy poroso, ligero, impermeable y muy buen aislante.

Los tableros artificiales:





Tableros contrachapados. ·Los tableros contrachapados, piezas extensas y finas, pueden trabajarse cómodamente con        herramientas sencillas, como la segueta.

Tableros aglomerados.

·Los tableros aglomerados están formados por       virutas de madera encoladas a altas presiones. Suelen estar sellados y emplastecidos para facilitar su pintura,     encolado o chapeado.

Tableros de fibra

 ·Los tableros de fibras están formados por           partículas o fibras de madera que se prensan.    Están formados por fibras reconstituidas para   conseguir un material barato, estable  y             homogéneo. Se fabrican diferentes tipos  de        tableros cuyos usos y aplicaciones dependen de su densidad, aunque los más usados son los de     densidad media, conocidos como DM

-Además de los tableros, otras presentaciones       comerciales de la madera son:

·Las láminas o chapas son piezas rectangulares de poco espesor y anchura variable que se       emplean para recubrir superficies extensas.

·Los listones son piezas alargadas de poca        anchura, en algunos casos de madera maciza,    empleadas para rematar esquinas, rincones, para actuar como soportes en cajones, etc.

·Las molduras o perfiles son piezas algo más   anchas que los listones y más planas que estos, usadas como elemento decorativo en techos,   puertas, etc.

5 Fabricación manual con madera.Trazado y corte.

5.1 Medida y trazado de las piezas.

Generalmente, las piezas se fabrican a partir de un croquis.

 Trazar una pieza consiste en dibujarla sobre el tablero, chapa o listón a partir del que la vamos a fabricar, respetando las indicaciones que aparecen en el croquis.

Para que la form de las dimensiones de la pieza coincidan con las que aparecen en el croquis, tendremos que medir.

5.2 Marcado de las piezas.

Marcar una pieza consiste hacer sobre ella hendiduras y pequeños orificios para facilitar su fabricación.

Las herramientas que se emplean para marcar dependen del tipo de marca que queramos hacer y del material con el que se vaya a fabricar la pieza.

5.3 Sujeción de las piezas.

Para que podamos trabajar con seguridad y precisión sobre una pieza, por ejemplo para cortarla o para limarla, tendremos que sujetarla. Para ello emplearemos el tornillo de banco o los sargentos.

5.4 Herramientas de corte.

·         Caja de ingletes

·         Una caja de ingletes o ingletadora, es una herramienta de carpintería que se usa para guiar un serrucho o serrote y lograr obtener cortes de empalme angular en una tabla.

·         La forma más común de una caja de ingletes, es la que tiene 3 lados abiertos por arriba y a los extremos. Se fabrica lo suficientemente ancha para acomodar el grosor de las tablas que se vayan a cortar. Lleva ranuras en sus paredes que indican ángulos precisos, generalmente de 45 y 90 grados que sirven como guía de corte.

5.5 Corte con segueta.

1.                  Se elige el pelo más apropiado para el corte que se va a realizar.

2.                  Se coloca el pelo con los dientes mirando hacia fuera y hacia el mango.

3.                  Se sujeta la pieza que se va a cortar.

4.                  Se agarra la segueta con firmeza por el mango y se apoya el pelo de manera que quede perpendicular a la pieza.

5.                  Para cortes interiores a una pieza, se dibuja sobre ella la silueta que hay que recortar y se hace un agujero en cualquier punto interior con el taladro.Después se suelta uno de los extremos del pelo, se introduce dicho pelo por el agujero y se vuelve a apretar. Luego se comienza a cortar, teniendo cuidado de que, en todo momento, el pelo de la segueta esté perpendicular a la pieza.

5.6             Corte con el serrucho.

   Se fija la pieza al banco de trabajo, utilizando gatos o el tornillo de banco

1.      Se adopta la posición de adecuada, que debe ser cómoda y debe permitir sujetar la pieza con una mano y mover el serrucho con la otra.

2.      Se inicia el corte con la punta del serrucho inclinada hacia abajo y apoyando la parte más próxima a la empuñadura sobre el borde de la pieza que queremos cortar.

3.      Se corta con un movimiento de vaivén, presionando la hoja contra la pieza al avanzar y dejando de presionar al retroceder.

4.      Al final del corte, para evitar que la madera se astille, se sujeta la pieza por el extremo y se dan las últimas pasadas con suavidad.

6 Fabricación manual con madera. Desbastado.

Desbastar la madera es rebajarla para eliminar el material sobrante.

6.1 Cepillado.

Consiste en quitar virutas de una superficie de madera para nivelarla, reducir su espesor o alisarla. Se lleva a cabo con un cepillo de carpintero.

6.2 Limado.

Se emplea para eliminar las astillas de los cortes, corregir imperfecciones, ajustar el tamaño de la pieza, redondear las aristas, etc. Se lleva a cabo con las limas. Las limas que se emplean con la madera se llaman escofinas.

·Cómo limar.

1.      Se elije la lima más adecuada para el trabajo que se va a realizar.

2.      Se sujeta la pieza que se va a limar al banco de trabajo.

3.      Se sostine el mango de la lima con una mano y se apoya la palma de la otra mano en el extremo opuesto de la herramienta.

4.      Se dan sucesivas pasadas; la mano de delante dirige y presiona la lima contra la pieza durante el movimiento de avance.

5.      Se completa el trabajo con el lijado.

6.3 Lijado.

Se realiza a continuación del limado, para eliminar cantidades más pequeñas de material y consequir una superficie más lisa .

1.      Se corta un trozo de papel de lija, rasgándolo sobre el canto de una mesa. No se deben utilizar tijeras.

2.      Se monta el trozo de lija sobre un taco de madera.

3.      Se comienza a lijar con una lija áspera y se termina el trabajo con una lija fina. Al lijar, se ejerce una presión moderada y siempre de adelante hacia atrás, no en círculos.

6.4 Taladro.

Consiste en perforar la madera y se lleva a cabo con la barrena, el berbiquí, el taladro manual o la taladradora eléctrica, dependiendo de la madera, del grosor de la pieza y del tipo de orificio que queramos hacer.

7 Fabricación manual con madera. Uniones y acabados.

7.1 Encolado.

Se emplea cola de carpintero y se lleva a cabo de la siguiente manera:

1. Se elimina con una lija, las astillas y los restos de pintura de las superficies que vayamos a encolar y se quita el polvo.

2. Se extiende la cola uniformemente con una brocha o una espátula.

3. Se prensan las piezas con gatos y se eliminan los restos de cola con un trapo húmedo.

4. Se deja secar. Dependiendo de la cola que se utilice, puede tardar varias horas.

7.2 Pegado con cola termofusible.

Es una forma rápida pero no muy resistente.

1. Se enchufa la pistola de unión y se deja calentar durante cinco minutos.

2. Se introduce una barra de pegamento en la pistola.

3. Se aprieta el gatillo y se reparte la cola que sale por la boquilla, poniendo más o menos cantidad según las características de los materiales que se quieren unir.

7.3 Clavado.

Consiste en unir piezas mediante clavos.

1.      Se comprueba que la longitud y el grosor del clavo so los adecuados.

2.      Se clava la punta hasta la mitad del grosor de una de las piezas.

3.      Se colocan las piezas.

4.      Se termina de clavar y se deja secar.

7.4 Atornillado.

Consiste en unir piezas con tornillos.

1.      Se comprueba que la longitud y el grosor del tornillo son los adecuados.

2.      Se marca con un lápiz el punto donde irá el tornillo.

3.      Con un punzón o una pequeña barrena se inician los agujeros que recibirán los tornillos.

4.      Se empieza a enroscar el tornillo con la mano.

5.      Se continúa enroscando con el destornillador, haciendo girar en el sentido de las agujas del reloj.

·         Uniones de listones con escuadras de madera.

1.      Se sierra un cuadrado de contrachapado por la diagonal, para obtener dos escuadras de madera.

2.      Se colocan las escuadras a los listones que queremos unir y se sujetan con cuadros o tornillos

7.5 Ensambles.

Para  hacer una unión en ensamble, hay que realizar rebajes en las piezas de madera de modo que encajen y ajusten perfectamente.Este tipo de unión se refuerza con cola de carpintero.Existen muchos tipos de ensamble y cada uno de ellos cumple una finalidad.

7.6 Preparación de superficies.

Toda superficie necesita una preparación antes de aplicar sobre ella cualquier forma de acabado. Esta preparación consiste básicamente en alisar la superficie, limpiarla y tapar las grietas y hendiduras.

·         Defectos de la madera.

Las maderas, en ocasiones, presentan defectos, unas veces son malformaciones originales, y otras deben fallos en alguno de los procesos a los que han sido sometidas.

7.7 Pintado o barnizado.

1.      Se separa la superficie que se va a pintar o barnizar.

2.      Se aplica un tapaporos y se deja secar.

3.      Se lija la superficie hasta conseguir que esté lo más lisa posible.

4.      Se aplica la pintura o el barniz, utilizando un ppincel, una brocha o un rodillo, según el tamaño y la forma de la pieza que queremos pintar. La pintura o el barniz siempre se tiene que aplicar en la misma dirección

5.      Si es preciso se darán varias capas de pintura o barniz.

6.      Al terminar cerrar los botes de pintura o barniz y limpiar y secar los pinceles.

8 Trabajo de la madera con máquinas y herramientas.

Las máquinas herramienta son aparatos que permiten trabajar los materiales por medio de harramientas movidas por un motor.

8.1 Corte.

La madera suele cortarse mediante serrado, que se lleva a cabo con sierras de vaivén o circulares.

La segueta eléctrica se utiliza se utiliza para el corte de piezas en tableros finos.

La sierra de calar es una sierra de vaivén, con una hoja recta y corta.

La sierra circular se emplea para hacer cortes rectos en todo tipo de tableros.

8.2 Taladro.

Se lleva a cabo con la taladradora eléctrica.  

Antes de taladrar hay que asegurarse de que:

·         La máquina esté desenchufada.

·         La máquina que se va a taladrar esté bien sujeta.

·         La broca que se va a utilizar esté bien fija en el cabezal.

Tomadas estas precauciones....

1.      Se enchufa la máquina y se selecciona la velocidad con la que se va a taladrar.

2.      Se acerca la broca a la pieza y se comprueba que esté centrada.

3.      Se taladra, haciendo avanzar la broca lentamente.

8.3 Mecanizado.

El mecanizado consiste en arrancar partes del material para conseguir que la pieza tome la forma que se busca. Se consigue combinando un movimiento de giro con un desplazamiento en línea recta.

·Torneado. Se lleva acabo con un torno.

·Fresado. Se lleva a cabo con una fresadora.

8.4 Atornillado.

Se lleva a cabo con los destornilladores eléctricos, que van provistos de un motor que pueden girar en uno u otro sentido según se esté atornillando o desatornillando.

8.5 Lijado.

Se consigue con las lijadoras, que arrancan partículas muy finas de material. Las hay de distintos tipos:

·Las lijadoras excéntricas.

·Las lijadoras orbitales o vibratorias.

·Las lijadoras de cinta.

8.6 Seguridad en el uso de máquinas herramientas.

Aunque vienen provistas de dipositivos de seguridad, el uso de estas máquinas( en particular la sierra circular) supone un riesgo

Si vas a trabajar con una máquina eléctrica antes de enchufarla y de ponerla en marcha:

· Sujeta la máquina en un soporte y la pieza que vas a tratar.

· Asegúrate de que la herramienta cortante (hoja de sierra, cuchilla, broca, etc.) esté bien sujeta a su máquina.

· Ponte gafas de seguridad si la máquina produce virutas.

Una vez puesta en marcha la máquina:

· No trates de parar la máquina ni la pieza con la mano.

· No pongas la mano delante del filo de las herramientas.Las manos siempre deben colocarse detrás del filo.

· Evita los objetos que pueden salir proyectados.

9 Impacto ambiental de la obtención, uso y desecho de la madera.

9.1 Obtención de la madera.

A pesar de que se considera un material natural, la madera sufre una serie de transformaciones desde que se tala el árbol hasta que se llega a sus formas comerciales. Estas transformaciones son:

1.      Talado: Para talar los árboles, se utilizan máquinas especializadas, como las sierras mecánicas.

2.      Despiece y troceado: Se lleva a cabo en la serrería.

3.      Secado: Como la madera verde contiene una gran cantidad de agua, no se puede trabajar con las herramientas, ni tampoco se puede pintar o barnizar.

4.      Acabado y tratamientos: La mayoría de las maderas deben conservarse secas,  o completamente mojadas, para evitar el ataque de hongos, termitas y parásitos.

9.2Fabricación del papel.

1.      En primer lugar se tritura la madera y se mezcla con una gran cantidad de agua, para fabricar pasta de papel.

2.      Se añaden reactivos químicos a la pasta para blanquearla.

3.      Se reparte la pasta sobre una rejilla, para que se escurra el agua.

4.      Se pasa por unos rodillos calientes, que terminan de secarla y consiguen que tenga el espesor deseado.

5.      Se enrolla formando bobinas.

9.3 Impacto ambiental de la explotación de la madera.

La madera es un material renovable y biodegradable. Tanto ella como sus derivados se pueden renovar con facilidad. Sin embargo, la explotación de la madera se puede generar, entre otros, los siguientes problemas ambientales:

· La deforestación se produce cuando la cala es excesiva e incontrolada.

· Contaminación del agua y de el aire  por los productos químicos que usan las industrias papeleras en la producción y blanqueado del papel.