Propiedades Generales de los Metales

Si hemos definido las propiedades generales de los materiales de construcción como la forma en que reaccionan ante acciones externas que pretenden modificar su comportamiento (tanto físico como químico), al hablar de las propiedades de los metales, lo correcto será especificar en qué grado poseen cada propiedad.

Todos los materiales, en general, poseen propiedades similares; por ejemplo, si el hierro es conductor del calor, la madera también lo es. Sin embargo, en la práctica, a la madera no se le atribuye comúnmente esta propiedad.

Existen las propiedades intrínsecas del material, independientes de los agentes externos: su peso, volumen atómico, densidad, constitución de sus átomos, etc. También hay propiedades que se manifiestan al actuar sobre el metal agentes físicos exteriores, como la conductividad térmica o eléctrica, y el calor específico.

Otras dependen tanto del propio material como del agente externo que las pone de manifiesto: la resistencia, la durabilidad, etc.

Las propiedades más interesantes de los materiales metálicos en la construcción son:

• Propiedades mecánicas: resistencia a la rotura, deformabilidad, tenacidad, dureza y soldabilidad.
• Propiedades eléctricas: resistencia eléctrica.
• Propiedades térmicas: conductividad térmica, dilatación.
• Propiedades químicas: oxidación y corrosión.

Todas estas propiedades se determinan sometiendo a los metales a ensayos específicos.

Propiedades Mecánicas

Son, en general, las que caracterizan la calidad de un metal para su uso en construcción. En la mayoría de los casos, los metales se emplean para soportar esfuerzos mecánicos.

En las propiedades mecánicas de los metales influyen:

• Las características intrínsecas del metal: átomos, estructura cristalina.
• Las del ambiente en que se encuentra.

Estas últimas pueden variar notablemente sus propiedades, ya sea de forma inmediata o en el transcurso del tiempo.

Resistencia Mecánica

Resistencia a la Tracción

Los metales se caracterizan por tener una excelente resistencia a la tracción, muy superior a la de los materiales pétreos, cerámicos u hormigones.

La resistencia a la tracción se determina por el ensayo de tracción. En este ensayo, una barra metálica (probeta) se somete en sus extremos a dos fuerzas iguales y de sentido contrario.

Resistencia a la Compresión

En los metales, en general, la resistencia a la rotura por compresión alcanza valores elevados. Salvo excepciones, los metales son isorresistentes, es decir, su resistencia a la tracción es similar a la resistencia a la compresión.

Resistencia a Cortadura

La resistencia al esfuerzo cortante es tal que, salvo en elementos como chavetas, tornillos o remaches, no es fácil que las piezas metálicas utilizadas en construcción puedan romperse por cortante.

Fatiga

Comportamiento de un metal ante esfuerzos exteriores que se repiten un gran número de veces.

Deformabilidad

Elasticidad

Aptitud de un metal para deformarse sin romperse, volviendo a su estado inicial tan pronto como cesan las cargas que originan la deformación. La elasticidad de los metales es alta si la comparamos con los materiales pétreos.

Plasticidad

Expresa la aptitud de los metales para sufrir deformaciones permanentes.

Dentro de la plasticidad tenemos:

• La ductilidad: aptitud de un metal para ser transformado en alambre mediante esfuerzos de tracción.
• La maleabilidad: capacidad de un metal para transformarse en láminas por esfuerzos de compresión.

Fragilidad

Un material es frágil cuando su deformación antes de la rotura es muy pequeña. La fragilidad en los metales es muy variable, no solo si se comparan entre sí (acero y plomo), sino incluso dentro de un mismo metal, dependiendo de los tratamientos térmicos.

Tenacidad

Combina los conceptos de resistencia y deformación.

Dureza

Expresa la capacidad de un metal para resistir la deformación superficial.

Existen diversos tipos de dureza:

• Dureza al rayado
• Dureza a la penetración
• Dureza elástica: reacción de la superficie de un material al ser sometido al impacto de un elemento que choca contra él.
• Dureza al corte.

La dureza a la penetración es el concepto más utilizado para los metales empleados en construcción. Para determinar la dureza a la penetración de los metales se utiliza la prueba de dureza Brinell.

Soldabilidad

Propiedad que tienen algunos metales por la cual dos piezas de los mismos, en contacto, pueden unirse íntimamente formando un conjunto rígido.

La soldadura de los metales puede definirse como una recristalización de la unión.

Esto se puede conseguir:

• Por presión: Cuando se comprimen fuertemente las dos partes que se van a soldar y se calienta la unión (para provocar los procesos de recristalización).
  • Sistemas: forja y soldadura eléctrica.
• Por fusión (el más utilizado): Puestas en contacto las dos partes a soldar, se calientan hasta provocar un estado de fusión que permita la unión íntima entre ambas.
  • Sistema cómodo, rápido y económico.

  Soldadura por soplete:

  • Autógena: cuando no interviene ningún otro metal.
  • Con metal de aportación: a través de un tercer metal.

Propiedades Eléctricas

Se define como la facilidad con que un metal permite el paso de la corriente eléctrica a través de él.

Los materiales metálicos son excelentes conductores eléctricos, aunque la conductividad presenta valores muy variables para los distintos metales.

En la práctica, los metales más empleados como conductores son el cobre y el aluminio.

Propiedades Térmicas

Dos son las propiedades derivadas de fenómenos térmicos:

• La conductividad térmica: Expresa la facilidad con que un material permite el paso del calor.

  En general, los metales son buenos conductores térmicos, mucho más que otros materiales.

• Coeficiente de dilatación lineal: Mide la variación de la unidad de longitud de un cuerpo cuando su temperatura aumenta un grado.

  En los metales, las dilataciones son mucho más rápidas que en otros materiales.

Propiedades Químicas

Los metales, en general, en estado puro son muy poco estables, siendo más común que aparezcan combinados con otros elementos.

La actividad química depende de una serie de factores:

• La temperatura.
• De la superficie que el metal ofrece al agente con el que reacciona.
• De las impurezas presentes en su masa.

Dada su importancia para los metales utilizados en la construcción, trataremos la oxidación y la corrosión.

La Oxidación

La oxidación de los metales es la combinación directa de estos con el medio que les rodea, mediante una reacción de oxidación. La oxidación, también conocida como corrosión seca, tiene lugar sin intervención del agua.

El oxígeno atmosférico recubre los metales con una película de óxido que, en algunos casos, evita la progresión del ataque.

Para que esta película desempeñe la acción protectora debe cumplir:

• Tener adherencia y continuidad sobre el metal.
• La permeabilidad al oxígeno: Será un factor preponderante que regulará el avance de la corrosión.

Normalmente, el avance de la corrosión se produce tanto hacia el interior como hacia el exterior del metal.

Metales con capa de óxido porosa: acero, hierro.

Metales con capa de óxido protectora: aluminio, cobre, cinc.

La Corrosión

La corrosión húmeda se produce cuando el metal está en contacto con agua, soluciones salinas, ácidos, bases, etc.

La intensidad o velocidad del ataque depende de varios factores:

• Concentración de iones negativos (aniones) en el electrólito (agua).
• De las posibles capas protectoras que se formen en los ánodos.

El ataque de los metales por el agua no se produciría o sería prácticamente nulo si no hubiese en disolución elementos como el oxígeno u otros compuestos que aumentan la concentración de aniones.

El ataque a los metales por contaminación ambiental, debido a la presencia de gases, no tendría lugar o sería despreciable si no fuese por la presencia de agua en la superficie del metal, que al disolver los gases contaminantes, se convierte en un agente muy activo.

Tipos de Corrosión

La corrosión puede afectar a los metales de distintas formas; atendiendo a su localización puede ser:

• Corrosión generalizada: Es la que tiene lugar cuando un metal es atacado uniformemente en toda la superficie que está en contacto con el medio agresivo. Como consecuencia, el metal experimenta una pérdida de peso y una disminución de sus dimensiones.
• Corrosión intercristalina: Se produce en el interior de un metal a causa de las impurezas que rodean los cristales del metal, con origen en el proceso de cristalización, pudiendo generar un par galvánico. Los metales afectados por esta corrosión se fracturan como un metal frágil, es decir, sin sufrir deformación plástica.
• Corrosión localizada: Corrosión en zonas de extensión limitada.

  Su acción es muy peligrosa porque es más activa que la corrosión general y puede localizarse en sitios poco visibles (pasando desapercibida).

  Las causas pueden ser la existencia de impurezas superficiales, que el metal tenga una composición heterogénea, o discontinuidades en las capas protectoras.

  Este tipo de corrosión puede generar picaduras u orificios cuyo tamaño va creciendo si el proceso continúa, llegando a perforar el metal con el consiguiente peligro de rotura.

• Pares galvánicos: Cuando se ponen en contacto dos metales diferentes en presencia de un electrólito, como el agua ligeramente ácida, se produce entre ellos un par galvánico que causa la destrucción del metal más electronegativo.

  En la construcción es habitual la unión de metales de distinta naturaleza. Si en su unión hay agua (lluvia, filtraciones, condensaciones, etc.), se dan las condiciones necesarias para que esta corrosión se produzca.

  Experimentalmente se ha establecido una clasificación electroquímica de los metales, que para los más comunes es la siguiente:

  • Aluminio
  • Zinc
  • Hierro, acero.
  • Níquel
  • Estaño
  • Plomo
  • Cobre.

  Cuando dos metales de esta lista están en contacto en presencia de una solución salina o de aire húmedo, el metal de índice más bajo se corroe. Esta corrosión es tanto más rápida cuanto más alejados se hallen los metales en la escala electroquímica, siendo muy ligera si los metales son contiguos en la serie, sobre todo si el electrólito es agua de lluvia.

Protección contra la Corrosión

La protección contra la corrosión puede hacerse:

• Aprovechando las posibilidades que el propio metal ofrezca para ello.
• O bien, aislándolo de la atmósfera o del ambiente corrosivo.

En cada caso habrá que tener en cuenta lo siguiente:

• Las soluciones constructivas.
• El ambiente en que el material está ubicado.
• Condiciones económicas.

Para evitar la acción corrosiva aplicar las siguientes soluciones:

• Selección de materiales:
  • Empleando aleaciones anticorrosivas.
  • Evitando la posible formación de pares galvánicos.
• Tratamientos superficiales:
  • Puliendo la superficie de los metales.
  • Procurando evitar los efectos mecánicos (golpes, roces, etc.) que puedan perjudicar la débil capa protectora.
• Grasas anticorrosivas:

  Empleadas para la protección de máquinas y mecanismos. Deben ser neutras.

• Las pinturas:

  Es uno de los procedimientos más usados. Consiste en el recubrimiento de los materiales metálicos con el objetivo de protegerlos contra la corrosión.

  A la pintura se le deben exigir las características necesarias para que proporcione un aislamiento eficaz entre el metal y el agente corrosivo.

  Deben formar una capa impermeable, continua, adherente y de durabilidad adecuada.

  Suele aplicarse en dos capas:

  • Pintura de imprimación (protección).
  • Pintura de acabado (estética y durabilidad).
• Oxidación anódica:

  Consiste en provocar, por medio de electrólisis, una capa de óxido alrededor de la pieza metálica para proteger el resto del metal.

• Con capas de otros metales:

  Consiste en crear una capa autoprotectora o que produzca el fenómeno del pasivado: cromo, níquel, cadmio, zinc, estaño, etc.

• Por inmersión de la pieza en baño de metal:

  El elemento protector está fundido.

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