Influencia del porcentaje de sedimento y temperatura de cocción sobre la resistencia a la compresión, contracción lineal y absorción de agua en la fabricación de ladrillos de construcción

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(1)BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MATERIALES. TESIS DE INVESTIGACIÓN:. “INFLUENCIA DEL PORCENTAJE DE SEDIMENTO Y TEMPERATURA DE COCCIÓN SOBRE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN, CONTRACCIÓN LINEAL Y ABSORCIÓN DE AGUA EN LA FABRICACIÓN DE LADRILLOS DE CONSTRUCCIÓN” Para optar el título de:. INGENIERO DE MATERIALES AUTORES. :. Br. CORRALES CASTRO, Paul Aland Br. RAMOS ABAD, Katy Carmen. ASESOR. :. Dr. ALVARADO QUINTANA, Hernán. CO-ASESOR. :. Ing. VÁSQUEZ ALFARO, Iván. TRUJILLO – PERÚ 2016. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. DEDICATORIA A Dios por ser mí guía y fuerza, por la vida acompañada de unos grandes padres y hermanos, gracias por cada día que me ha regalado junto a ellos. Le doy gracias por haberme dado la oportunidad de terminar esta etapa de mi vida.. A mis padres María del Pilar Abad Tocto y José Alfonso Ramos De la Cruz, por ser el pilar fundamental en todo lo que soy, en toda mi educación, tanto académica, como de la vida, por sus consejos, sus valores, por la motivación constante que me ha permitido ser una persona de bien. Todo este trabajo ha sido posible gracias a ellos.. A mis hermanos Rosa, Erika, Celine y Leonardo, por el cariño y constante apoyo que me brindan día a día.. A mi compañero de vida Victor, siempre estuviste a mi lado en los buenos y malos momentos, mi amor por siempre en retribución.. KATY i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. DEDICATORIA A Dios Por darme la confianza y la fortaleza para lograr mis objetivos y por haber guiado mí camino con la luz de su Fortaleza, su Bondad y su Amor.. A mis queridos padres: Segundo y Elvia, por ser el mejor ejemplo de trabajo, humildad, sacrificio y coraje. Por la confianza y paciencia que me dieron para seguir adelante.. A mis hermanos Robert y Edward por el gran equipo que somos, porque a través de sus esfuerzos lograron que mi meta sea alcanzada, ya que ellos están conmigo en la tristeza y en la alegría, es pues también de ellos este éxito mío.. A mi esposa Vicky por compartir las alegrías, las penas y por siempre tener palabras de aliento. Porque junto a ti, la alegría compartida aumenta su proporción. y. la. tristeza. disminuye. significativamente y por el gran regalo que me has dado que es mi hijita Emily Victoria.. PAUL ii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. AGRADECIMIENTO En primer lugar, a la Universidad Nacional de Trujillo y a la Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Materiales y a toda la plana docente, por sus valiosas enseñanzas durante nuestra permanencia y formación profesional.. A nuestro Asesor, Dr. Hernán Alvarado Quintana por su orientación en esta línea de investigación.. A nuestro Co-Asesor Ing. Iván Vásquez Alfaro por su apoyo y asesoramiento fundamentales para la culminación de esta investigación.. Finalmente, nuestro agradecimiento a todas aquellas personas que en forma directa e indirecta nos apoyaron en la culminación de este trabajo de investigación.. Nuestra gratitud y reconocimiento por siempre.. Los Autores iii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. INDICE DEDICATORIA. i. AGRADECIMIENTO. iii. INDICE. iv. LISTADO DE TABLAS. viii. LISTADO DE FIGURAS. x. LISTADO DE SIMBOLOGIA. xii. RESUMEN. xiii. ABSTRACT. xiv. CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN I.1.REALIDAD PROBLEMÁTICA. 1. I.2.ANTECEDENTES. 2. I.3.FUNDAMENTOS TEÓRICOS. 3. I.3.1.GENERALIDADES DEL LADRILLO. 3. I.3.1.1. Definición de ladrillo. 3. I.3.1.2. Situación Normativa del ladrillo. 4. I.3.2.Materias primas utilizadas en la fabricación de ladrillos I.3.2.1.Las Arcillas. 4 4. I.3.2.1.1.Clasificación y características de las arcillas. 5. I.3.2.1.2.Propiedades de las arcillas. 6. I.3.2.2.Óxidos Metálicos. 9. I.3.3. Clasificación de ladrillos. 12. I.3.4. Proceso de fabricación del ladrillo. 14. I.4.PROBLEMA. 18. I.5.HIPOTESIS. 19. I.6.OBJETIVOS. 19. I.6.1.Objetivos Generales. 19. I.6.2.Objetivos Específicos. 19. I.7.IMPORTANCIA. 20. iv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. CAPÍTULO II MATERIAL Y MÉTODOS II.1.MATERIAL. 21. II.1.1.Universo muestral. 21. II.1.2.Muestra. 21. II.2.MÉTODOS. 21. II.2.1.Diseño experimental. 21. II.2.2. Procedimiento experimental. 24. a)Obtención de la materia prima: (tierra y sedimento). 25. b)Caracterización de la materia prima. 25. c)Dosificación y preparación de la pasta. 26. d)Prensado. 26. e)Codificado y aleatorización. 26. f)Secado controlado. 26. g)Cocción. 27. h)Ensayos mecánicos y físicos. 27. i)Resultados , análisis y elaboración del informe científico. 27. CAPÍTULO III RESULTADOS Y DISCUSIÓN III.1. ENSAYOS DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN. 28. III.2. ENSAYO DE CONTRACCIÓN LINEAL. 29. III.3. ENSAYOS DE ABSORCIÓN DE AGUA. 34. CAPÍTULO IV CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES IV.1.CONCLUSIONES. 36. IV.2.RECOMENDACIONES. 36. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. 367. v Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. APENDICE APÉNDICE A: Caracterización de la materia prima. 41. I.Límites de atterberg (ASTM D4318). 41. I.1. Límite Líquido (LL). 41. I.2. Límite Plástico (LP). 41. II.Análisis Granulométrico. 43. III.Análisis de Difracción de Rayos X (DRX)-Sedimento. 45. IV.Absorción Atómica (AA)-Tierra. 47. APÉNDICE B: Ensayos mecánicos y físicos. 48. A.I. Ensayos mecánicos. 48. A.I.1.Resistencia ala compresión A.II. Ensayos físicos. 48 49. A.II.1. Absorción de agua. 49. A.II.2. Contracción lineal. 51. A.II.3. Ensayo de densidad. 52. APÉNDICE C: Análisis estadístico de los datos. 41. A.III.1. Cálculo para el Análisis de Varianza (ANAVA) del ensayo Absorción de Agua. 54. A.III.2. Cálculo para el Análisis de Varianza (ANAVA) del ensayo Contracción Lineal. 60. A.III.3. Cálculo para el Análisis de Varianza (ANAVA) del ensayo Resistencia a la Compresión. 66. vi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. ANEXOS ANEXO I. 73. ANEXO I.1: Resistencia a la compresión- ITINTEC 331.018. 74. ANEXO I.2: Absorción de agua- ITINTEC 331.018 745 ANEXO I.3: Contracción lineal y volumétrica por secado y por cocción de una cerámica (ASTM D 427). 76. ANEXO I.4: Reporte de análisis químico. 79. ANEXOS II. 80. ANEXO A. Obtención de la materia prima. 81. ANEXO B. Caracterización de la materia prima. 83. ANEXO C. Dosificación y preparación de la pasta. 85. ANEXO D. Secado y cocción de las muestras. 86. ANEXO E. Ensayo de absorción de agua de las muestras cocidas. 87. ANEXO G. Ensayo de contracción lineal de las muestras cocidas. 89. vii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. LISTADO DE TABLAS Tabla 1.REQUISITOS OBLIGATORIOS: Variación de dimensiones, alabeo, resistencia a la compresión y densidad.. 13. Tabla 2.REQUISITOS COMPLEMENTARIOS: Absorción y coeficiente de saturación. Tabla 3.Niveles de las variables de estudio.. 14 22. Tabla 4.Diseño de la matriz experimental para la Resistencia a la compresión,Contracción lineal y Absorción de agua.. 23. Tabla 5.Proporciones de mezcla.. 26. Tabla 6.Valores de Humedad respecto al N° de golpes.. 41. Tabla 7.Valores de humedad respecto al Límite Plástico.. 41. Tabla 8.Determinación del índice de plasticidad y clasificación del suelo.. 42. Tabla 9.Composición Granulométrica del sedimento.. 43. Tabla 10.Composición Granulométrica de la tierra.. 43. Tabla 11.Composición Granulométrica por lavado con la malla N° 200.. 44. Tabla 12.Determinacion de óxidos presentes en la tierra.. 47. Tabla 13.Datos de Resistencia a la Compresión de ladrillos con (0, 25, 50,75 y 100%) de sedimento de rio a (700, 800 y 900°C).. 48. Tabla 14.Datos de Absorción de agua de ladrillos con (0, 25, 50, 75 y 100%) de sedimento de rio a (700, 800 y 900°C).. 49. Tabla 15.Datos de Contracción Lineal de ladrillos con (0, 25, 50, 75 y 100%) de sedimento de rio a (700, 800 y 900°C).. 51. Tabla 16.Cuadro resumen del análisis de varianza para un diseño factorial de dos factores del ensayo de Absorción de agua. Tabla 17.Datos de la absorción de agua en ladrillos de construcción.. 54 55. Tabla 18.Cálculo para el análisis de varianza de la absorción de agua en ladrillos de construcción.. 55. Tabla 19.Análisis de varianza de los resultados experimentales de la Absorción de agua en ladrillos de construcción.. 58. Tabla 20.Cuadro resumen del análisis de varianza para un diseño factorial de dos factores del ensayo de Contracción lineal.. 60 viii. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. Tabla 21.Datos obtenidos de Contracción lineal en ladrillos de construcción.. 61. Tabla 22.Cálculo para el análisis de varianza de contracción lineal en ladrillos de construcción.. 61. Tabla 23.Análisis de varianza de los resultados experimentales contracción lineal de ladrillos de construcción.. 64. Tabla 24.Cuadro resumen del análisis de varianza para un diseño factorial de dos factores del ensayo de Resistencia a la Compresión.. 66. Tabla 25.Datos obtenidos de la resistencia a la compresión en ladrillos de construcción 67 Tabla 26.Cálculo para el análisis de varianza de Resistencia a la Compresión en ladrillos de construcción.. 67. Tabla 27.Análisis de varianza de los resultados experimentales de la Resistencia a la Compresión en ladrillos de construcción.. 70. ix Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. LISTADO DE FIGURAS Figura 1.Formación de cuellos debido a la sinterización.. 18. Figura 2.Representación esquemática del problema experimental.. 18. Figura 3.Representación de la Muestra.. 21. Figura 4.Procedimiento Experimental para la obtención de ladrillos a partir de sedimentos.. 24. Figura 5.Gráfica Resistencia a la compresión vs. Porcentaje de sedimento.. 28. Figura 6.Gráfica Contracción Lineal vs Temperatura de cocción.. 30. Figura 7.Curvas Dilatométricas vs. Temperatura de cocción.. 31. Figura 8.Analisis Térmicos del sedimento: a) Curva TG y b) Curva DTA.. 32. Figura 9.Analisis Térmicos de la tierra: a) Curva TG y b) Curva DTA.. 33. Figura 10.Gráfica de absorción de agua vs. Temperatura de cocción.. 34. Figura A 1. Plasticidad del suelo según el diagrama de Casagrande. 42. Figura A 2.Representacion gráfica de distribución de tamaño de partículas.. 44. Figura A 3.Difractograma del sedimento.. 45. Figura A 4.Difractograma del sedimento con los correspondientes picos de difracción de las principales fases encontradas.. 46. Figura A 5.Gráfica Densidad vs Temperatura de cocción a diferentes porcentajes de sedimento.. 52. Figura A 6.Sedimento de rio en el canal de irrigación. 81. Figura A 7.Sedimento de rio secado al medio ambiente.. 81. Figura A 10.Tierra de la campiña de Moche.. 82. Figura A 8.Chancado del sedimento de rio para su disminución de tamaño.. 82. Figura A 9.Cernido del sedimento y tierra para separar de impurezas y obtención de tamaño fino.. 83. Figura A 11.Granulometría por tamizado del sedimento - tierra.. 83. Figura A 12.Granulometría por malla N° 200 del sedimento - tierra.. 84. Figura A 13.a) Ensayo de límite liquido del sedimento. b) Ensayo del límite plástico del sedimento.. 84. Figura A 14.Dosificación de la materia prima (sedimento-tierra).. 85. Figura A 15.Mezcla de materia prima en el molde.. 85. Figura A 16.Prensado del molde usando prensa hidraulica.. 86 x. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. Figura A 17.Cocción y secado en el horno tipo mufla pequeño.. 86. Figura A 18.Muestras cocidas en el horno tipo mufla.. 87. Figura A 19.Ensayo de absorción de agua.. 87. Figura A 20.Pesaje de la muestra saturada en agua.. 88. Figura A 21.Prueba de resistencia a la compresión.. 88. Figura A 22.Dilatómetro para el ensayo de contracción lineal.. 89. xi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. LISTADO DE SIMBOLOGIA Ǻ. : Angstroms. AA. : Absorción Atómica. ABS. : Absorción de Agua. ASTM : Asociación Americana de Ensayo de Materiales CL. : Contracción Lineal. DTA. : Análisis Térmico Diferencial. DRX. : Difracción de Rayos X. IP. : Índice de Plasticidad. LL. : Limite Liquido. LP. : Limite Plástico. NTP. : Norma Técnica Peruana. Rc. : Resistencia a la Compresión. TG. : Análisis Termogravimétrico. xii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. RESUMEN En la presente investigación, se evaluó la influencia del porcentaje de sedimento y la temperatura de cocción sobre la resistencia a la compresión, contracción lineal y absorción de agua en la fabricación de ladrillos de construcción.. La materia prima usada para fabricar las muestras fueron sedimento extraído de los canales de irrigación del Proyecto CHAVIMOCHIC como constituyente principal y tierra traída de la “Campiña de Moche’’.. La dosificación del sedimento y la tierra fueron trabajadas con cinco niveles, con contenidos de 0%, 25%, 50%, 75% y 100% en peso. Con respecto a la temperatura de cocción se trabajó con tres niveles de temperaturas de cocción de 700ºC, 800ºC y 900ºC.. Para la conformación de los ladrillos de construcción se empleó la técnica de prensado semi seco, con un 15% de agua de mezcla. Los ensayos de resistencia a la compresión y absorción de agua, se realizaron en base a la NTP E-070 y la contracción lineal empleando la Norma ASTM D 427.. De los resultados obtenidos se determinó que la adición del 75% de sedimento y a una temperatura de cocción de 900°C, se obtuvo una mayor resistencia a la compresión de 14,95MPa, una baja contracción lineal de 1,79% y una mínima absorción de agua de 8,54%, encontrándose dentro de lo permitido por la norma E-0.70.. Los resultados de análisis de varianza confirmaron que el porcentaje de sedimento y la temperatura de cocción influyen significativamente sobre la resistencia a la compresión, contracción lineal y absorción de agua en la fabricación de ladrillos de construcción.. xiii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. ABSTRACT In the present investigation, we evaluated the influence of the percentage of sediment and the cooking temperature on the resistance to compression, linear contraction and water absorption in the manufacture of building bricks.. The raw material was used to manufacture the samples the sediment were extracted from the irrigation canals of the project CHAVIMOCHIC as main constituent and earth brought from the "countryside of Moche''. The dosage of the sediment and the earth were worked with five levels, with content of 0%, 25%, 50%, 75% and 100% in weight. With respect to the temperature of cooking has worked with three levels of cooking temperatures of 700ºC, 800ºC and 900ºC.. For the formation of the building bricks are used the technique of pressing semi dry, with a 15% water mixture. The tests for resistance to compression and water absorption, were based on the NTP E-070 and the linear contraction using ASTM D 427.. The results obtained it was found that the addition of 75% of sediment and a cooking temperature of 900°C, it was obtained a higher resistance to compression of 14,95MPa, a low linear contraction 1.79% and a minimum water absorption of 8.54%, while inside of what is allowed by the standard E-0.70.. The results of analysis of variance confirmed that the percentage of sediment and the cooking temperature influence significantly on the resistance to compression, linear contraction. and. water. absorption. in. the. manufacture. of. building bricks.. xiv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN I.1. REALIDAD PROBLEMÁTICA Uno de los materiales de construcción más empleados en el medio es el ladrillo, los cuales son fabricados mediante el uso de materia prima como la arcilla y tierras arenosas, que son cocidas a temperaturas que van desde los 800 °C hasta los 1050 °C (Galindo, 1994), proceso mediante el cual el suelo crudo endurece y cambia su estructura química para soportar condiciones severas de esfuerzos externos y de intemperie. Sin embargo, para su obtención se está dando una creciente escasez de suelos arcillosos aptos para la elaboración de ladrillos de óptimo desempeño, y la afectación dramática de las zonas de donde se extraen las materias primas para la producción de ladrillos.. Por otro lado, en el ámbito regional de La Libertad observamos una elevada cantidad de sólidos en suspensión que son depositados en las pozas de sedimentación de clarificación de aguas de riego del Proyecto Especial Chavimochic. Las estructuras de sedimentación almacenan una cantidad importantísima de sedimento o lodo (constituido principalmente por arenas finas, limos y arcillas), la cantidad de sedimento acumulado es de 8 000 a 12 000 m 3 aprox. de lodo por poza. (Mendoza & Vizconde, 2008). El manejo, tratamiento y disposición de dichos sedimentos es un problema importante que en la región no ha sido resuelto, contando con pocas experiencias sobre alternativas económicamente viables.. De esta manera se tienen dos problemáticas ambientales: el agotamiento de recursos no renovables y la generación de sedimentos que ocupan vastas porciones de terreno urbano.. Por tanto, la presente investigación, propone disponer y utilizar los sedimentos extraídos de Chavimochic, en la fabricación de ladrillos de construcción, otorgando al sedimento un valor agregado con el uso de una temperatura adecuada que le 1 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. brinde al producto final buenas propiedades como resistencia a la compresión y absorción. Esto sería favorable en la reducción de la depredación de tierras fértiles del distrito de Moche, lo cual nos permitirá reducir costos de producción y además de minimizar los impactos ambientales que se generan.. I.2. ANTECEDENTES (Cárdenas & Deza ,2006) evaluaron “la influencia de la dosificación de tierras de diatomea obtenidas del lodo filtrante de cervecería y de su temperatura de cocción, sobre la resistencia a la compresión, módulo de rotura, absorción de agua y densidad, en ladrillos ecológicos para construcción”, obteniendo del estudio que el ladrillo ecológico para construcción con mejores propiedades mecánicas y físicas, se logró con una dosificación de tierras de diatomea de 10% en peso y una temperatura de cocción de 800ºC. (Alva & Rodríguez, 2008) evaluaron “La influencia del tipo de estabilizante y su porcentaje, sobre la resistencia a la compresión y densidad en adobes ecológicos para construcción obtenidos a partir de los sedimentos de la clarificación de aguas de riego del Proyecto especial Chavimochic – La Libertad. ”, los resultados favorables fueron en los adobes con cemento como estabilizante y con una dosificación del 7%; el mismo que presenta ventaja en cuanto a resistencia y peso, comparado con los adobes de suministro (sedimento con arena y agua).. (Hernández, Villegas, Castaño &Paredes, 2006) estudiaron el “Aprovechamiento de lodos aluminosos generados en sistemas de potabilización, mediante su incorporación como agregado en materiales de construcción”, con este estudio se evaluó el uso del lodo aluminoso como agregado en la fabricación de ladrillos cerámicos, se realizaron pruebas de resistencia a la compresión (Kg-f/cm2) y la absorción de humedad (%) en unidades experimentales fabricadas con porcentajes de 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 y 100% de lodo, obteniéndose mejores resultados al 40% de lodo aluminoso para la resistencia a la compresión (12.98 MPa) y el 60% de lodo para absorción de humedad (13%).. 2 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. (Torres, Hernández &Paredes, 2012) estudiaron el “Uso productivo de lodos de plantas de tratamiento de agua potable en la fabricación de ladrillos cerámicos”, En este estudio se evaluó el uso de lodo en la fabricación de ladrillos, para ello se fabricaron probetas de 4 x 4 x 8 cm ,con 6 niveles 0, 10, 20, 30, 40 y 100% de lodo ,cocidas a una temperatura de 900°C, los resultados muestran que es viable incorporar estos lodos en un 40% para resistencia a la compresión (10 MPa) y para absorción en un 30% (menos de 25% de absorción).. I.3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS I.3.1. Generalidades del ladrillo I.3.1.1. Definición de ladrillo Entre los productos de arcilla que se obtienen a través de cocción, comúnmente. conocidos. como. cerámicas,. se. encuentra. el. denominado ladrillo, el cual está morfológicamente definido como un paralelepípedo rectangular, manufacturado con una mezcla porosa.. La materia prima principal utilizada para la producción de ladrillos es la arcilla, la cual está constituida estructuralmente en base a sílice, alúmina y agua, y además cantidades variables de hierro y otros materiales alcalinos. Las partículas de estos materiales son capaces de absorber higroscópicamente hasta el 70% en peso, de agua. Debido a esta característica, es que la arcilla, que en estado seco presenta un aspecto terroso, hidratada adquiere la plasticidad necesaria para ser moldeada.. Durante la fase de endurecimiento (mediante secado o cocción), el material arcilloso adquiere características de notable solidez, con una disminución de masa (de alrededor de 5 a 15%) en proporción a su plasticidad inicial. De todos modos, en este documento se detalla más sobre las propiedades y características de las arcillas (Mella, 2004).. 3 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. I.3.1.2. Situación Normativa del ladrillo Las características de los ladrillos cerámicos están reguladas por diversas normas peruanas. Los requisitos que deben cumplir los ladrillos arcillosos destinados al empleo en construcciones están contenidos en NTP E-070 (capitulo 3): Definiciones, clasificación, condiciones generales y requisitos que debe cumplir un ladrillo. En el punto 5.3 de este capítulo se detalla la clasificación de los distintos tipos de ladrillos cerámicos. A su vez, los métodos de ensayo para verificar estos requisitos, se encuentran establecidos en NTP 339.613: Métodos de ensayo de variación de dimensiones, alabeo, resistencia a la compresión, densidad, absorción, absorción máxima, coeficiente de saturación, succión y eflorescencia.. I.3.2. Materias primas utilizadas en la fabricación de ladrillos Las materias primas empleadas en la masa cerámica son materiales principalmente arcillosos. Dichos materiales, como las arcillas plásticas, arcillas magras y feldespatos son compuestos a base de sílice y alúmina, principalmente. A continuación, se explica lo que son básicamente estos elementos. I.3.2.1. Las Arcillas La importancia de la utilización de arcilla, está en base a sus propiedades fisicoquímicas que dependen de:  Tamaño de partícula  Morfología laminar  Las sustituciones morfológicas. Como consecuencia de estos factores se obtiene una gran área superficial y la presencia de una significativa cantidad de superficie activa, con enlaces no saturados, por lo que pueden interaccionar con diversas sustancias, en especial compuestos polares, por lo que tienen comportamiento plástico en mezclas arcilla-agua con elevada 4 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. proporción sólido/líquido y son capaces en algunos casos de hinchar, con el desarrollo de propiedades reológicas en suspensiones acuosas. (Domínguez & Schiffer, 1992). I.3.2.1.1. Clasificación y características de las arcillas La arcilla forma parte del suelo fino, que es la fracción que pasa por el tamiz de 0,42 mm. Una lámina de arcilla no se puede medir a simple vista, para esto se ocupa el microscopio electrónico, que suministra los medios para poder medir el espaciado entre los planos atómicos, es decir, el espesor de la lámina. Las distancias así medidas se expresan en Angstroms (Ǻ).. Todas las arcillas están compuestas de minerales arcillosos, la difracción de rayos X, ha hecho posible el análisis detallado de arcillas individuales y el estudio de los diferentes tipos de minerales arcillosos. Estos consisten en silicatos de aluminio, acompañados o no de silicatos de hierro y magnesio. Algunos contienen elementos alcalinos como componentes esenciales.. Ciertos materiales arcillosos pueden ser amorfos, pero no son componentes significativos de las arcillas normales ya que la mayoría de los minerales arcillosos tiene estructuras foliáceas. Las características de estas formas cristalinas son el factor más influyente sobre las propiedades físicas de una arcilla. (Mella, 2004). Los principales minerales arcillosos son:. a) La Caolinita (Al2Si2O5(OH)4).La caolinita tiene un elevado punto de fusión,. requiere. elevadas. temperaturas. para. su. sinterización, con formación de mullita y sílice libre. Las 5 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. arcillas con altos contenidos en caolinita tienen, por tanto, formación de fase vítrea más lenta y gradual lo que quiere decir que presentan rangos de cocción más amplios y mayor estabilidad dimensional (Galindo, 1994).. b) La illita (OH4 K (Si8-y Aly) (Al4 Fe4 Mg4 Mg6) O2-y. Son las más utilizadas debido a que son fáciles de sinterizar y a su plasticidad. Estas arcillas presentan sustituciones de aluminio por cationes alcalinos (fundentes), por lo que presentan temperaturas de cocción bajas con rápida formación de fase vítrea o fundido con el aumento de temperatura y por lo tanto rangos de cocción pequeños (Galindo, 1994).. c) La montmorillonita (OH)4 Si8 Al4 O20 nH2O. Dan lugar a mayores sustituciones por lo que son más fundentes. Tienen un tamaño de partícula muy pequeño por lo que son muy plásticas.. Las. monmorillonita. arcillas son. muy. con. alto. difíciles. contenido de. secar,. de sus. suspensiones tienen una de floculación dificilísima y requiere ciclos de cocción más largos (Galindo, 1994). I.3.2.1.2. Propiedades de las arcillas Las importantes aplicaciones industriales de este grupo de minerales radican en sus propiedades físico-químicas. Dichas propiedades derivan, principalmente, de: - Su extremadamente pequeño tamaño de partícula (inferior a 0.002 mm) - Su morfología laminar (filosilicatos). 6 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. - Las sustituciones isomórficas, que dan lugar a la aparición de carga en las láminas y a la presencia de cationes débilmente ligados en el espacio interlaminar.. Las arcillas poseen cualidades muy interesantes y complejas como:. a) Superficie Especifica El pequeño tamaño de una partícula confiere a las arcillas una elevada área superficial ya que esta aumenta conforme disminuye el grano. El área superficial de un material por unidad de masa se denomina superficie específica, y se mide en m2.g-1 (Galindo, 1994).. b) Capacidad de Absorción Algunas arcillas encuentran su principal campo de aplicación en el sector de los absorbentes ya que pueden absorber agua u otras moléculas en el espacio interlaminar o en los canales estructurales.. La capacidad de absorción está directamente relacionada con las características texturales (superficie específica y porosidad) y se puede hablar de dos tipos de procesos que difícilmente se dan de forma aislada: absorción (cuando se trata fundamentalmente de procesos físicos como la retención por capilaridad) y adsorción (cuando existe una interacción de tipo químico entre el adsorbente, en este caso la arcilla, y el líquido o gas adsorbido, denominado adsorbato).. La absorción depende de la viscosidad, densidad y tensión superficial del líquido empleado, mientras que la 7 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. adsorción está más influenciada por el tamaño, forma y polaridad de las moléculas del líquido empleado (Galindo, 1994).. c) Hidratación e Hinchamiento Todas las arcillas atraen agua a sus superficies (adsorción), pero solo algunas la introducen en su estructura (absorción). Desde el punto de vista de su comportamiento las arcillas pueden ser absorbentes o no absorbentes. En el primer lugar se diferencian los hinchables (esmectitas) y los no hinchables (sepiola, palygorskita). El resto de los principales minerales de la arcilla (illita, caolinita, clorita) se incluirán entre los no absorbentes (Galindo, 1994).. d) Plasticidad Esta propiedad se debe a que el agua forma una envuelta sobre las partículas laminares produciendo un efecto lubricante que facilita el deslizamiento de unas partículas sobre otras cuando se ejerce un esfuerzo sobre ellas. La elevada plasticidad de las arcillas es consecuencia, nuevamente, de su morfología laminar, tamaño de partícula. extremadamente. pequeño. (elevada. área. superficial) y alta capacidad de hinchamiento.. Generalmente, esta plasticidad puede ser cuantificada mediante la determinación de los índices de Attemberg (Límite Líquido, Límite Plástico y Límite de Retracción). Estos límites marcan una separación arbitraria entre los cuatro estados o modos de comportamiento de un suelo sólido, semisólido, plástico y semilíquido o viscoso.. 8 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. La relación existente entre el límite líquido y el índice de plasticidad ofrece una gran información sobre la composición. granulométrica,. comportamiento,. naturaleza y calidad de la arcilla.. Existe una gran variación entre los límites de Attemberg de diferentes minerales de la arcilla, e incluso para un mismo mineral arcilloso, en función del catión de cambio. En gran parte, esta variación se debe a la diferencia en el tamaño de partícula y al grado de perfección del cristal. En general, cuanto más pequeñas son las partículas y más imperfecta su estructura, más plástico es el material (Carretero & Pozo, 2008). I.3.2.2. Óxidos Metálicos Ingresar en el mundo de los cerámicos, implica ingresar al mundo de los óxidos inorgánicos, los cuales son la base de la cerámica, la adición de ciertos óxidos hace que las propiedades de los productos varíen, así mismo, sin necesidad de adicionar un determinado óxido, tan sólo con los mismos materiales a diferentes concentraciones se obtienen productos diferentes. Los principales óxidos componentes de los materiales cerámicos son:  SiO2: Sílice, óxido de silicio El óxido de silicio (IV) o dióxido de silicio (SiO2) es un compuesto de silicio y oxígeno, llamado comúnmente sílice. Es uno de los componentes de la arena. Una de las formas en que aparece naturalmente es el cuarzo. El óxido de silicio, SiO2, es el formador de la retícula de la cerámica.. La sílice es un material muy duro que se encuentra en casi todas las rocas, es un cristal común que se presenta naturalmente. La sílice es el componente principal de la Arena, arenisca, cuarcita, granito, 9 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. etc. Se encuentra en la mayoría de los lechos rocosos y forma polvo durante el trabajo en minería, la formación de canteras, la construcción de túneles y la manipulación de muchos minerales metálicos. Entre sus características más importantes en la cerámica se tiene:. - Aumenta la temperatura de fusión - Amplia el intervalo de fusión de la mezcla - Disminuye la dilatación térmica - Aumenta la resistencia a la compresión - Es el principal componente de las rocas.  Al2O3: Alúmina, Óxido de aluminio La alúmina es el óxido de aluminio (Al2O3). Junto con la sílice, es el componente más importante en la constitución de las arcillas y los. esmaltes,. confiriéndoles. resistencia. y aumentando. su. temperatura de maduración.. El óxido de aluminio existe en la naturaleza en forma de corindón y de esmeril. Tiene la particularidad de ser más duro que el aluminio y el punto de fusión de la alúmina son 2000 °C (2273,15 K) frente a los 660 °C (933,15 K) del aluminio. Fuentes de óxido de aluminio son las arcillas plásticas o grasas. Hay que tener en cuenta:. La arcilla, el caolín y los feldespatos (este es fundente y baja la temperatura de sinterización) se prefieren por ser las materias primas más adecuadas y baratas.. Si es necesario más cantidad de Al 2O3, sin añadir al mismo tiempo más SiO2, se recomienda elegir la alúmina calcinada.. 10 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. Las arcillas, caolines y feldespatos raras veces son muy puros y tienen composiciones variables según el lugar de extracción. El término “china clay” es el común para designar a los caolines ingleses, porque antiguamente, éstos se destacaban principalmente por su pureza frente al resto de los caolines de Europa.. - Aumenta mucho la temperatura de fusión. - Aumenta en general la resistencia química - Contrarresta la cristalización.  Fe2O3: Óxido de hierro Se lo considera con propiedades similares a la alúmina, sin embargo, su efecto importante es en la coloración del cerámico. La presencia de óxido de hierro aumenta impermeabilidad y durabilidad.  Óxidos Fundentes Son aquellos que se emplean para disminuir las temperaturas de sinterización y fusión. En este grupo están:. - Óxido de magnesio, MgO: La presencia de pequeñas cantidades de magnesio disminuye la contracción y da tinte amarillento. En la industria de la cerámica de óxido de manganeso se utiliza para dar los colores rojo, marrón, púrpura y negro a los vidrios y esmaltes. Una de sus propiedades más importantes es el de la estabilidad.. - Óxido de calcio, CaO, llamado también cal: La cal se derrite en la quema de sílice y se unen las partículas entre sí. En los ladrillos también reduce la contracción de ladrillo durante el secado. El exceso de cal en el ladrillo es para fundir.. 11 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. - Óxido de Sodio, Na2O, parcialmente soluble en agua - Óxido de Potasio, K2O, parcialmente soluble en agua  Colorantes Constituidos principalmente por óxidos metálicos finamente molidos. Estos óxidos metálicos son: (Cartero & Pozo, 2008).. - Oxido férrico Fe2O3 Rojo, pardo, verde (en reducción). - Oxido de cromo Cr2O3 Verde. - Oxido de cobre CuO Verde, Azul, negro. - Oxido de cobalto CoO Azul. - Oxido de manganeso MnO2 Marrón, violeta. - Oxido de níquel NiO2 Marrón, amarillo azul. - Oxido de titanio TiO2 Blanco. No da color. I.3.3. Clasificación de ladrillos Según la norma técnica peruana E070 el ladrillo se clasifica en 5 tipos de acuerdo a sus principales propiedades (Tabla 1 y 2) y son los siguientes:. Tipo I: Resistencia y durabilidad muy bajas. Apto para construcciones de albañilería en condiciones de servicio con exigencias mínimas. Tipo II: Resistencia y durabilidad bajas Apto para construcciones de albañilería en condiciones de servicio moderado. Tipo III: Resistencia y durabilidad media Apto para construcciones de albañilería de uso general. Tipo IV: Resistencia y durabilidad altas Apto para construcciones de albañilería en condiciones de servicio riguroso. Tipo V: Resistencia y durabilidad muy altas Apto para construcciones de albañilería en condiciones de servicio particularmente rigurosas.. La N.T.P E070 establece también unas condiciones generales que deben cumplir los ladrillos sobre todo los ladrillos tipo III, IV, V; para los ladrillos. 12 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. tipo I y II estas condiciones se consideran como recomendaciones y son las siguientes: - El ladrillo no tendrá materias extrañas en sus superficies o en su interior. - El ladrillo estará bien cocido, tendrá un color uniforme y no presentara vitrificaciones. Al ser golpeado con un martillo u objeto similar producirá un sonido metálico. - El ladrillo no tendrá resquebrajaduras, fracturas, hendiduras o grietas u otros defectos similares que degraden su durabilidad y/o resistencia. - El ladrillo no tendrá excesiva porosidad ni tendrá manchas o vetas blanquecinas de origen salitroso o de otro tipo (NTP-E070, 2006).. Tabla 1.REQUISITOS OBLIGATORIOS: Variación de dimensiones, alabeo, resistencia a la compresión y densidad. VARIACION DE LAS. TIPO. Hasta 10 cm.. DIMENSIONES. RESISTENCIA A. Hasta. LA. 15 cm.. Hasta. ALABEO. más de. COMPRESION (mínima Kg-f/cm2). DENSIDAD (mínima en g/cm3). 15 cm.. I. II. ±3. ±7. ±6. ±6. ±4. ±4. 10. 8. Sin limite. 1.50. 60. Sin limite. Sin limite. 1.60. 60. 1.55. III. ±6. ±4. ±3. 6. 95. 1.60. IV. ±. ±3. ±2. 4. 130. 1.65. V. ±3. ±2. ±1. 2. 180. 1.70. Nota 1: La variación de la dimensión se aplica para toda y cada una de las dimensiones del ladrillo y está referida a las dimensiones especificadas. Nota 2: El alabeo se aplica para concavidad y par convexidad. Fuente: http://blog.pucp.edu.pe/media/688/20080124-Norma%20E-070%20MV-2006.pdf. 13 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. Tabla 2.REQUISITOS COMPLEMENTARIOS: Absorción y coeficiente de saturación. COEFICIENTE DE. ABSORCION. TIPO. SATURACION. (Máxima en %) (1). (máxima) (2). I. Sin limite. Sin limite. II. Sin limite. Sin limite. III. 25. 0.90. IV. 22. 0.83. V. 22. 0.88. Nota 1: El ensayo de absorción máximo solo es exigible cuando el ladrillo estará en contacto directo con lluvia interna, terreno o agua. Nota 2: Para condiciones de interperismo severo. Fuente: http://blog.pucp.edu.pe/media/688/20080124-Norma%20E-070%20MV-2006.pdf.. I.3.4. Proceso de fabricación del ladrillo La N.T.P E070 establece 2 tipos o formas de fabricación de los ladrillos de arcilla: Artesanal e Industrial. El proceso de fabricación artesanal es el que se presenta a continuación. Se presentan 7 etapas básicas en la producción artesanal de ladrillos de arcilla: a) Extracción Es la operación que consiste en sacar la materia prima (arcilla), los métodos varían de acuerdo a las condicione locales, ya sea usando equipo mecánico o en forma manual. b) Adecuación de la materia prima - Ajuste granulométrico: Dependiendo de la finura de la arcilla esta tendrá mayor o menor grado de plasticidad. El ajuste se hace por medios mecánicos. - Ajuste por contracción: consiste en agregar arena o arcillas no plásticas. - Ajustes. por. humedad:. Se. realiza. teniendo. en. cuenta. las. especificaciones dadas por los límites de Atterberg.. 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. b.1 Ajuste Granulométrico Es el conjunto de propiedades que caracterizan las dimensiones, proporciones y las formas de las partículas, que constituyen un lote de sólidos dispersos. La granulometría tiene una gran influencia en las reacciones en estado sólido, en cuyas condiciones cuanto mayor es la superficie tanto más rápida es la reacción y similarmente en las reacciones sólido-liquido.. b.2 Límites de Atterberg Se basan en el concepto de que los suelos finos, presentes en la naturaleza, pueden encontrarse en diferentes estados, dependiendo del contenido de agua. El método usado para medir estos límites de humedad fue ideado por Atterberg a principios de siglo a través de dos ensayos que definen los límites del estado plástico.. Para medir la plasticidad de las arcillas se han desarrollado varios criterios de los cuales se menciona el desarrollado por Atterberg, el cual dijo en primer lugar que la plasticidad no es una propiedad permanente de las arcillas, sino circunstancial y dependiente de su contenido de agua. Una arcilla muy seca puede tener la consistencia de un ladrillo, con plasticidad nula, y esa misma, con gran contenido de agua, puede presentar las propiedades de un lodo semilíquido o, inclusive, las de una suspensión líquida. Entre ambos extremos, existe un intervalo del contenido de agua en que la arcilla se comporta plásticamente. En segundo lugar, Atterberg hizo ver que la plasticidad de un suelo exige, para ser expresada en forma conveniente, la utilización de dos parámetros en lugar de uno. Según su contenido de agua en forma decreciente, un suelo susceptible de ser plástico puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia, definido por Atterberg.. 1.- Estado líquido, con las propiedades y apariencias de una suspensión. 15 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. 2.-Estado Semilíquido, con las propiedades de un fluido viscoso. 3.-Estado Plástico, en que el suelo se comporta plásticamente. 4.-Estado semisólido, en el que el suelo tiene la apariencia de un sólido, pero aún disminuye de volumen al estar sujeto ha secado. c) Preparación La preparación consiste en la eliminación de cualquier materia ajena a la arcilla que se obtiene en la etapa de extracción. Durante la preparación la arcilla se trabaja hasta que adquiere condición plástica adecuada para el moldeo posterior, es decir que puede ser formada en moldes o en cualquier forma que se le dé.. d) Amasado En el transcurso de esta etapa se le agrega agua a la arcilla, debe tenerse en cuenta el hecho de que las unidades al secarse se contraerán (entre 4 y 10 % en volumen). Consecuentemente, las unidades crudas son hechas de un tamaño mayor de modo tal que, después de secadas y quemadas, el producto final, tenga el tamaño deseado. Dado que es difícil evaluar de antemano la contracción de las arcillas, éste único hecho explica las variabilidades dimensionales mayores que se encuentran en unidades de arcilla comparadas con unidades hechas de concreto o sílice-cal (Frías, 1994). e) Moldeado Es la etapa en la cual se da al ladrillo la forma y tamaño deseado; el proceso es llevado a cabo manualmente al presionar el material amasado en los moldes. El exceso se quita de la parte superior del molde en una operación llamada “golpe limpiador”, luego se golpeará ligeramente el molde con un mazo para soltar el ladrillo que está dentro. Después de esto se extraen los ladrillos, invirtiendo los moldes en una operación denominada vaciado.. 16 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. f). Secado Es la operación en la cual se elimina el exceso de agua. La evacuación del aire de la mezcla plástica antes del quemado da como resultado una mayor resistencia, una densidad más elevada y un mejor control dimensional.. El aire aprisionado en la arcilla tiende a dilatarse durante el cocido produciendo huecos internos. Si se calientan inmediatamente a una temperatura elevada, la gran cantidad de agua absorbida se transforma en vapor y produce vacíos, ocasionando la distorsión y la debilitación del producto (Frías, 1994).. g) Proceso de Horneado El horneado se lleva a cabo en hornos especiales. Una vez secos, cuando el porcentaje de humedad ha disminuido a un 3%, los ladrillos se van acomodando dejando un pequeño espacio entre ellos para que el calor circule y pueda llegar a todos los ladrillos que se encuentran dentro del horno.. h) Sinterización Sinterización es el tratamiento térmico de un polvo o compactado cerámico a una temperatura inferior a la de fusión de la mezcla, para incrementar la fuerza y la resistencia de la pieza creando enlaces fuertes entre las partículas.. Etapas en la Sinterización: Durante las etapas iniciales de la sinterización a temperaturas sub solidos se produce un incremento de las áreas de contacto entre partículas con el tiempo, formándose “cuellos” entre los granos, que crecen en espesor y tiene el efecto de tirar de los cristales aproximándolos y aumentando la densidad del material. Al incrementar el tiempo o la temperatura, continúa la contracción del material y los poros entre partículas llegan a ser más pequeños y pierden 17 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. su conectividad. Si los poros llegan a contraer a un tamaño cero o a ser eliminados de la superficie del material por crecimiento de grano, la densidad del material se aproxima a la densidad cristalina teórica o verdadera (Torres, 2012).. Figura 1.Formación de cuellos debido a la sinterización. Fuente: http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Tema6.MaterialesCERAMICOS.SinterizacionEstadoSolido.pdf. Es durante la cocción cuando se produce la sinterización, de manera que la cocción resulta una de las instancias cruciales del proceso en lo que a la resistencia del ladrillo respecta.. I.4. PROBLEMA ¿En qué medida influye el porcentaje de sedimento y la temperatura de cocción sobre la resistencia a la compresión, contracción lineal y absorción de agua en la fabricación de ladrillos de construcción?. Porcentaje de sedimento. Tierra Agua. Temperatura de cocción. PROCESO DE INVESTIGACIÓN EN LA FABRICACIÓN DE LADRILLOS. Ladrillo de construcción a base de sedimento. Resistencia a la Compresión Contracción lineal Absorción de agua. Figura 2.Representación esquemática del problema experimental. Fuente: Edición Propia. 18 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. V.I.. : Porcentaje de sedimento y Temperatura de cocción. V.D. : Resistencia a la Compresión, Contracción lineal y Absorción de agua.. Muestra. : Materia Prima en la fabricación del ladrillo.. I.5. HIPOTESIS A medida que se incrementará el porcentaje de sedimento y se incrementará la temperatura de cocción, aumentará la resistencia a la compresión y contracción lineal y disminuirá la absorción de agua en la fabricación de los ladrillos de construcción. I.6.OBJETIVOS I.6.1. Objetivos Generales  Determinar la influencia del porcentaje de sedimento y de la temperatura de cocción en la resistencia a la compresión, contracción lineal y absorción de agua en la fabricación de ladrillos de construcción. I.6.2. Objetivos Específicos  Determinar el porcentaje óptimo de sedimento con el cual se obtiene una mejor resistencia a la compresión, contracción lineal y absorción de agua en ladrillos de construcción, mediante la caracterización física y mecánica.  Determinar la mejor temperatura de cocción que ofrece mejor resistencia a la compresión, contracción lineal y absorción de agua en ladrillos de construcción hechos a partir de sedimento, mediante la evaluación de sus propiedades físicas y mecánicas.  Caracterizar y clasificar los ladrillos de construcción hechos a base de sedimento descrito por la Norma Técnica Peruana de Albañilería E-070.  Demostrar estadísticamente la influencia significativa de las variables independientes sobre las variables dependientes mediante un análisis de varianza.. 19 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. I.7. IMPORTANCIA Uno de los problemas más relevantes en los sistemas de potabilización de agua del Proyecto Chavimochic, basados en procesos de coagulación es la generación de sedimentos.. Es por ello que en esta investigación se evaluó el uso de sedimento como agregado en la fabricación de ladrillos, mediante el uso de estos residuos se logrará obtener un ladrillo con características óptimas recomendadas por la Norma Técnica Peruana E-070.. Esta investigación nos permitiría reemplazar suelos de cultivo de la campiña de Moche que son usados en la fabricación del tradicional ladrillo de construcción por el uso del sedimento logrando de esta manera minimizar los impactos ambientales negativos en los suelos productivos que se utilizan en la agricultura.. El desarrollo de este proyecto tendrá un alto impacto positivo a nivel local y regional, tanto en los aspectos tecnológicos, ambientales, económicos y sociales.. 20 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. CAPÍTULO II MATERIAL Y MÉTODOS II.1.. MATERIAL. II.1.1. Universo Muestral El material de estudio es un ladrillo de construcción constituido a base de sedimento (Proyecto Chavimochic) y tierra (Campiña de Moche), cuyas características se describen en el Apéndice A.. II.1.2. Muestra Estuvo constituida por 90 muestras cerámicas, definidos de forma cilíndrica con dimensiones de 2 x 4 cm (diámetro x altura), como se muestra en la Figura 3. 2 cm.. 4 cm.. Figura 3.Representación de la Muestra. Fuente: Edición Propia. II.2.. MÉTODOS II.2.1. Diseño Experimental Se utilizó un diseño experimental de tipo Bi-Factorial donde las variables en estudio se muestran en la Tabla 3, siendo las variables independientes el porcentaje de sedimento con 5 niveles de estudio 0%(a1), 25%(a2), 50%(a3), 75%(a4), 100%(a5) y la temperatura de cocción con 3 niveles de estudio 700°C(b1), 800°C(b2), 900°C(b3), y teniendo como variables 21. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(37) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. dependientes a la resistencia a la compresión, contracción lineal y absorción de agua.. En la Tabla 4 se muestra la matriz de diseño para las 3 variables dependientes, con tres repeticiones cada una, por el cual se conformaron 45 muestras para los ensayos de resistencia a la compresión, 45 muestras para el ensayo de absorción de agua y contracción lineal. Realizando un total de 90 muestras experimentales en toda la investigación.. Tabla 3. Niveles de las variables de estudio. VARIABLES INDEPENDIENTES. Factor A: Porcentaje de Sedimento (%) Factor B: Temperatura de Cocción (°C). NIVELES DE ESTUDIO. 0 (a1) 25 (a2) 50 (a3) 75 (a4) 100 (a5) 700 (b1) 800 (b2) 900 (b3). VARIABLES DEPENDIENTES. Factor X: Resistencia a la Compresión (MPa) Factor Y: Contracción Lineal (%) Factor Z: Absorción de agua (%) Fuente: Edición Propia. 22 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(38) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. Tabla 4.Diseño de la matriz experimental para la Resistencia a la compresión, Contracción lineal y Absorción de agua.. Temperatura de Cocción(°C). Variables de Estudio. 700. 800. 900. Porcentaje de sedimento 0. 25. 50. 75. 100. a1b1 a1b1 a1b1. a2b1 a2b1 a2b1. a3b1 a3b1 a3b1. a4b1 a4b1 a4b1. a5b1 a5b1 a5b1. a1b2 a1b2 a1b2. a2b2 a2b2 a2b2. a3b2 a3b2 a3b2. a4b2 a4b2 a4b2. a5b2 a5b2 a5b2. a1b3 a1b3 a1b3. a2b3 a2b3 a2b3. a3b3 a3b3 a3b3. a4b3 a4b3 a4b3. a5b3 a5b3 a5b3. Fuente: Edición Propia. 23 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(39) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. II.2.2. Procedimiento Experimental En la Figura 4 se muestra el diagrama de flujo del procedimiento experimental para la obtención de los ladrillos, luego se describe cada una de las etapas.. Obtención de la Materia prima Caracterización de la Materia prima Dosificación y Preparación de la pasta Prensado. Codificado y Aleatorización. No. Secado controlado. ¿Conserva la forma?. Si. Cocción. Ensayo de Contracción Lineal. Ensayo de Resistencia a la Compresión. Ensayo de Absorción de Agua. Resultados, Análisis y Elaboración del informe Figura 4.Procedimiento Experimental para la obtención de ladrillos a partir de sedimentos. Fuente: Edición Propia.. 24 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(40) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. a) Obtención de la materia prima: (tierra y sedimento) La muestra de estudio (sedimento) fue obtenida de los canales de Irrigación del proyecto Chavimochic – La Libertad, y la tierra utilizada fue obtenida de “La campiña de Moche”, posteriormente se procedió a chancar y tamizar con una malla N° 50 (0.3mm) para la eliminación de las impurezas. b) Caracterización de la materia prima En esta etapa se realizó un análisis mineralógico al sedimento mediante la técnica de “Difracción de Rayos X”, con el fin de identificar las fases predominantes en la muestra a reemplazar y se realizó un análisis de “Absorción. Atómica”. para. detectar. cuantitativamente. los. óxidos. constituyentes de la tierra. Así mismo, se realizó el “Análisis Térmico Diferencial” (ATD), así como para el “Análisis Termogravimétrico” (ATG). En el análisis del ATG, se determinó la pérdida de peso conforme se aumenta la temperatura, y en el ATD, se determinó los picos endotérmicos y exotérmicos al aumentar la temperatura.. Teniendo en cuenta que el tamaño de partícula puede incidir en el proceso de secado y cocción de los ladrillos, se realizó el análisis granulométrico por lavado, a una muestra de sedimento y tierra que pasa tamiz 75 µm (No. 200) (ASTM C117), además se realizó el análisis granulométrico por tamizado (indicativo de textura y distribución de tamaño de los materiales) (ASTM C136). Ver Apéndice B.. Posteriormente se determinaron los límites de Atterberg (ASTM D 4318). Ver Apéndice A. Éstos límites están directamente relacionados con la cantidad de agua que contiene un material y es capaz de absorber (Mejía et al, 1998), por lo tanto, permitió establecer el posible comportamiento de las unidades experimentales en cuanto a absorción de humedad. Estos resultados permiten clasificar los sedimentos, de acuerdo con su plasticidad y cohesión.. 25 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(41) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. c) Dosificación y Preparación de la pasta La dosificación del ladrillo se basó en rangos y cantidades de tierra, sedimento y agua dadas por estudios y trabajos realizados en la elaboración de este tipo de ladrillo.. En la Tabla 5 se muestra los porcentajes de cada material que se empleó para la fabricación de los ladrillos. Tabla 5.Proporciones de mezcla.. Sedimento. Tierra. Agua. (%). (%). (%). 0. 100. 15. 25. 75. 15. 50. 50. 15. 75. 25. 15. 100. 0. 15. Fuente: Edición Propia. d) Prensado Una vez obtenida una mezcla homogénea del material se fabricaron 90 muestras de 2 x 4 cm, garantizando una humedad del 15% de la masa final a moldear, esto se realizó con ayuda de la Prensa Hidráulica con una presión de +/- 5 Ton.. e) Codificado y Aleatorización Luego del prensado los ladrillos se codificaron de acuerdo al porcentaje de sedimento (0%, 25%, 50%, 75% y 100%) y al número de ensayos, posteriormente fueron secadas a temperatura ambiente durante 7 días.. f) Secado controlado Posteriormente las muestras fueron llevadas al horno Mufla pequeño, donde se realizó el secado controlado a 200 ºC, durante 3 horas, con el fin de 26 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(42) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. eliminar lentamente el agua que contiene el ladrillo. Finalmente se retiró las muestras del horno, dejándolas enfriar por 4 horas.. g) Cocción Se realizó la cocción del ladrillo, elevando la temperatura lentamente hasta 400 ºC, durante 1 hora; luego con una velocidad moderada se elevó la temperatura hasta cocer el ladrillo a (700, 800 y 900 ºC), manteniendo cada temperatura de cocción por 2 horas dándole las propiedades adecuadas. Una vez obtenidos los ladrillos cocidos, se dejaron enfriar dentro del horno durante un día para evitar un enfriamiento rápido. Luego los ladrillos fueron sacados del horno dejándolos curar al medio ambiente durante 7 días.. h)Ensayos mecánicos y físicos Se realizó el ensayo de absorción de agua según el procedimiento de la Norma Técnica Peruana ITINTEC 331.018 (Ver Anexo B). Se realizó el ensayo de contracción lineal según el procedimiento de la Norma ASTM D-427 (Ver Anexo C). Para la determinación de la resistencia a la compresión de los ladrillos se efectuó los ensayos en un equipo del laboratorio de Materiales Cerámicos de la Universidad Nacional de Trujillo según la Norma Técnica Peruana ITINTEC 331.018 (Ver Anexo A).. i) Resultados, Análisis y Elaboración del informe científico Los resultados obtenidos se presentaron en tablas y figuras que permitieron su discusión. Además, se realizó el análisis estadístico que corresponde (Apéndice B – C).. 27 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(43) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. CAPÍTULO III RESULTADOS Y DISCUSIÓN III.1. ENSAYOS DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN La Figura 5 muestra la relación entre la resistencia a la compresión de muestras cocidas a temperaturas de 700, 800 y 900 °C con distintos porcentajes de sedimento, se observa que a medida que aumenta la temperatura, aumenta la resistencia a la compresión hasta un 75 % de sedimento.. Resistencia ala compresión(MPa). 16.00 700°C. 14.00. 800°C. 12.00. 900°C. 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 0. 25. 50. 75. 100. Porcentaje de sedimento. Figura 5.Gráfica Resistencia a la compresión vs. Porcentaje de sedimento. Fuente: Elaboración Propia. Observamos en la figura 5 que la mayor resistencia a la compresión se presenta a una temperatura de 900°C, este comportamiento se debe a que al aumentar la temperatura de cocción se consolidan las partículas, formando cuellos en los puntos de contacto entre las partículas adyacentes, presentándose límites de grano y dando lugar a la desaparición de las fronteras de las partículas, estas partículas se unen por difusión superficial, que ocurre cuando se calienta el compacto a la temperatura de sinterización y reducen el espacio entre ellas, resultando una muestra cerámica fuerte y densa.. 28 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.