Estudio de durabilidad de las piezas cerámicas fabricadas a partir de la introducción del Carbonato de Calcio como aditivo fundente

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas. Facultad de Construcciones.. Estudio de durabilidad de las piezas cerámicas fabricadas a partir de la introducción del Carbonato de Calcio como aditivo fundente.. Trabajo de Diploma. Autora: Yamisel Alvarez Alemán.. Tutor: MSc. Yosvany Díaz Cárdenas.. Santa Clara, Cuba. 2009. 1.

(2) Dedicatoria. A mis padres y abuelos por haber guiado mis pasos por el camino correcto de la vida y a mis hermanos por el amor que siempre me han entregado en este ascenso por la Vida.. 2.

(3) Agradecimientos La autora del presente documento desea agradecer a todas aquellas personas que de una u otra forma contribuyeron de manera desinteresada al feliz término de mi carrera. De manera especial a: Mis padres por el amor y el apoyo durante toda mi vida. A mis hermanos que son parte especial de mi vida. A mis segundos padres Arahís y Luis Enrique por su dedicación y ayuda. A mis abuelos que son la base de mi existir. A toda mi familia por su apoyo incondicional. A Elmis Padrón, por su cariño, paciencia y dedicación durante todos estos años. A mis amigas, Yanet y Ana Lilia, por estar siempre ahí, en los momentos buenos y malos. A mis compañeros más cercanos Dailen, Ernesto, Gustavo y Daymar por haber compartido todos estos años y mostrar su amistad en todos los momentos. A mi tutor MSc. Yosvany Díaz Cárdenas por su paciencia y contribución al desarrollo de la investigación. A Ernesto Pérez, por estar a mi lado en el momento en que más lo necesitaba. A mis compañeros de aula, siempre presentes en todas las situaciones vividas. A los profesores Sergio Betancourt y Miguel Pino, por darme una segunda oportunidad. A los profesores del Departamento de Ingeniería Civil, por todas sus enseñanzas. A todos los que de una forma u otra contribuyeron al desarrollo de este trabajo. A todos muchas gracias. Yamisel Alvarez Alemán.. 3.

(4) Resumen Resumen El presente trabajo se desarrolló en la Facultad de Construcciones de la Universidad Central de las Villas, en el período correspondiente a los meses de Enero a Junio del 2009, con el objetivo de evaluar la acción de los agentes deteriorantes físicos y químicos en las piezas de cerámica roja, con adición de carbonato de calcio en diferentes condiciones de fabricación. Para desempeñar esta tarea se realizaron varios ensayos a nivel de laboratorio con muestras elaboradas con 2, 5 y 8 porciento de aditivo y cocidas a dos temperaturas (800 y 900°C) durante 2, 3 y 4 horas, donde se evaluó la resistencia de las muestras a la acción de los sulfatos mediante la prueba de “cristalización de sales”, además se realizó el ensayo de “humedecimiento y secado,” el cual es un indicio de la resistencia ante los efectos de la humedad. Estas pruebas se complementaron con los estudios físico-mecánicos tradicionales de resistencia y absorción. Se obtuvo que las muestras elaboradas con un 2 y 5 porciento de carbonato de calcio y quemadas a 800°C presentan mejores resultados en cuanto a las propiedades de resistencia, porcentaje de absorción y durabilidad, lo que demuestra la factibilidad de este aditivo.. 4.

(5) Índice ÍNDICE.. Página.. INTRODUCCIÓN CAPÍTULO 1: ESTADO DEL ARTE 1.1 Generalidades 1.2 Productos cerámicos 1.3 Ladrillos de Cerámica Roja 1.3.1 Propiedades de los ladrillos 1.3.2 Características que mas importan de los ladrillos 1.3.3 Condiciones que deben reunir los ladrillos 1.3.4 Calidad del ladrillo 1.3.5 Especificaciones de los índices de calidad de los ladrillos según la UNE 67-019-96 1.3.6 Factores que intervienen en la calidad de los ladrillos 1.4 Proceso de fabricación de los productos cerámicos 1.5 La durabilidad y la deterioración 1.5.1 Efectos destructivos de la humedad en la durabilidad de los ladrillos de cerámica roja 1.5.2 Deterioración de los ladrillos 1.5.2.1 Características básicas de muros 1.5.3 mecanismos de deterioración 1.5.4 La acción crítica de la humedad 1.6 Pruebas y experimentos 1.6.1 Ensayos a los ladrillos de cerámica roja de acuerdo a las normas UNE 1.6.2 Especificaciones de los índices de calidad de los ladrillos según las normas cubanas 1.6.3 Necesidad de pruebas 1.7 Patología de los ladrillos 1.7.1 Eflorescencia 1.7.2 Manchas del carbonato de calcio 1.7.3 Ataque de los sulfatos 1.8 Influencia de la temperatura de quema en la micro estructura de arcillas 1.9 Comportamiento mineralógico y físico-químico de los ladrillos con aditivo 1.10 Conclusiones parciales CAPITULO 2: DISEÑO DEL EXPERIMENTO 2.1 Caracterización de las materias primas 2.2 Diseño experimental 2.3 Cálculo de los materiales 2.4 Caracterización de los ensayos 2.4.1 Preparación de la muestra 2.4.2 Regímenes de temperatura utilizadas en la cocción de las briquetas 2.5 Ensayos del producto terminado. 7 13 13 13 14 14 14 16 17 18 19 20 21 23 24 24 25 26 29 29 29 31 32 32 34 35 36 40 40 42 42 46 48 49 49 50 53. 5.

(6) Índice 2.5.1 Resistencia después de la quema a las 24 horas 2.5.2 Ensayo de absorción 2.5.3 Ensayos de envejecimiento acelerado 2.5.3.1 Ciclos de humedad-sequedad 2.5.3.2 Ciclos de cristalización de sales CAPÍTULO 3: ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS 3.1 Resultados obtenidos de las muestras 3.1.1 Resultados del ensayo de resistencia a las 24 horas 3.1.2 Resultados del ensayo de absorción 3.1.3 Resultados del ensayo de cristalización de sales 3.1.4 Resultados del ensayo de humedecido y secado 3.2 Modelos obtenidos de los análisis de regresión 3.2.1 Modelos de resistencia 3.2.2 Modelos de porciento de absorción 3.2.3 Modelos de ataque de sulfatos 3.2.4 Modelos de humedecido y secado 3.3 Conclusiones parciales CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS. 52 53 54 54 55 56 56 56 58 59 62 63 63 64 65 67 68 69 70 71 75. 6.

(7) Introducción Introducción La evolución del hombre al paso de los siglos ha traído consigo la modificación y mejora de su entorno para su comodidad. Conforme a los avances de la tecnología, los requisitos para satisfacer sus necesidades básicas se volvieron cada vez más sofisticados, hasta que la cueva dejó de cumplir sus expectativas de una vivienda segura y funcional. En un inicio, la búsqueda de materiales de construcción fue afectada por su disponibilidad y por lo apropiado que eran. Luego, se extendió la búsqueda a los materiales cada vez con mejores propiedades físico-mecánicas, lo que dio lugar a la explotación y procesamiento de la materia prima. El desarrollo de los materiales de construcción no va acoplado con la sostenibilidad de la materia prima necesaria, y la producción se realiza utilizando grandes cantidades de materiales combustibles no renovables a precios elevados. Consecuentemente, la adquisición de una vivienda no es asequible a un gran por ciento de la población. El problema de la vivienda, sin duda, es el más serio y más grave que tiene el país desde el punto de vista social, y tiene que ser, por tanto, para los órganos locales del Poder Popular y para todos nosotros, al que más atención le prestemos, en el que hagamos los mayores esfuerzos, donde utilicemos los recursos de la mejor forma y para el que contemos con la mayor participación de la población. Surge la necesidad entonces, de producir materiales con tecnologías sostenibles que ahorren energía. De esa necesidad nacieron las investigaciones llevadas a cabo por varios autores del Centro de Investigación y Desarrollo de Estructuras y Materiales (CIDEM) donde se añadió el carbonato de calcio a la mezcla de arcilla. El carbonato de calcio es el componente químico activo responsable de la modificación del tiempo de sinterización y la formación de nuevas fases 7.

(8) Introducción mineralógicas. Con esta adición se logró reducir la temperatura y el tiempo de quema de forma considerable, lo que hace viable la elaboración a pequeña escala y a bajo costo sin afectar la calidad del producto terminado. Los ladrillos producidos con este aditivo cumplieron con los requisitos de la resistencia y la absorción, pero queda por determinar su resistencia ante los elementos de la intemperie, o sea, su durabilidad. Es de suma importancia cumplir con los parámetros de durabilidad de un material o elemento, sobre todo en el Caribe. Nuestra región tiene que satisfacer las crecientes necesidades de viviendas de la población sin contar con grandes poderes económicos. Además tiene un clima tropical, húmedo e insular, elementos que atacan agresivamente a todo material, ya sea natural o artificial. Dado que la funcionabilidad de cualquier estructura depende de la capacidad de sus elementos componentes de resistir los agentes destructores, es de esperar que la comprobación de la durabilidad de cualquier material o elemento sea decisiva a la hora de evaluar la racionalidad técnico-económica de su utilización. Esta investigación está encaminada a la determinación de la durabilidad de los productos de cerámica roja fabricados a escala de laboratorio (probetas) variando diferentes parámetros como son: . Porciento de aditivo. . Tamaño de partículas. . Temperatura. . Tiempo de residencia.. Fundamentos metodológicos del trabajo. Definición del problema de investigación. En la actualidad, la utilización en Cuba de los ladrillos de cerámica roja en la construcción de viviendas y en edificaciones de manera general, está limitada. 8.

(9) Introducción por el alto consumo de energía que significa su producción tanto a pequeña como a gran escala. Este consumo de energía se puede reducir utilizando “fundentes”, materiales encargados de bajar la temperatura a la que ocurre la sinterización durante el proceso de cocción, cuyo uso reduce el tiempo de quema en un 50 porciento. Se ha demostrado que el carbonato de calcio produce ese efecto dentro de la mezcla de arcilla, pero aún queda por evaluar los efectos que podría causar esta adición en los ladrillos ante la acción de los agentes físicos y químicos del clima. De ahí que esta investigación aborde el siguiente problema: ¿Resulta factible la utilización del carbonato de calcio como aditivo fundente para la elaboración de piezas de cerámica roja, sin que se afecte la durabilidad de los mismos? Por lo antes señalado nos proponemos la siguiente hipótesis: Las piezas de cerámica roja con adición de carbonato de calcio resisten al ataque químico y físico, sin perder sus propiedades a lo largo de su vida útil. Para darle cumplimiento a la hipótesis se estableció el siguiente objetivo general: Evaluar la acción de los agentes deteriorantes físicos y químicos en las piezas de cerámica roja, con adición de carbonato de calcio variando diferentes condiciones de fabricación De éste se derivan los siguientes objetivos específicos: 1. Determinar la correlación entre los ensayos de calidad establecidos en la norma cubana y los ensayos de durabilidad. 2. Obtener los modelos matemáticos que relacionan todas las variables de estudio para la fabricación de materiales cerámicos. Metodología de investigación: 1. Búsqueda bibliográfica sobre el tema. 2. Caracterización de las materias primas: arcilla, carbonato de calcio. 9.

(10) Introducción 3. Diseño del experimento. 4. Preparación de la base experimental. 5. Análisis de los resultados. Tareas científicas:Resumir sobre el estado del arte en los siguientes temas: a) Agentes destructores de los materiales cerámicos en general y de los ladrillos de cerámica roja en particular. b) Ensayos de durabilidad aplicables a los ladrillos y muros de cerámica roja. 2. Evaluación de las principales materias primas a emplear. a) Realizar ensayos físico-mecánicos a las series de ladrillos 3. Realizar ensayos de durabilidad a las series de ladrillos. 4. Obtención de los modelos matemáticos para cada resultado de ensayo. Novedad científica: Se cuenta por primera vez con un estudio a nivel macro estructural del comportamiento de las piezas de cerámica roja ante el ataque de agentes físicos y químicos; estas piezas fueron elaboradas con diferentes dosificaciones de carbonato de calcio y se trabajaron con diferentes tamaños de partículas. Aportes científicos relevantes: 1. La utilización del carbonato de calcio como aditivo fundente en la producción de piezas de cerámica roja. 2. El considerable ahorro de energía que trae consigo la utilización de este aditivo. Valor práctico Ingenieril: La obtención de un ladrillo de características similares a los ladrillos rojos de arcilla quemada que se producen de forma tradicional en la construcción, pero que requiere de mucho menos energía y tiempo de quema que los tradicionales. Estructura del trabajo: La estructura de la tesis guarda una relación directa con la metodología de investigación establecida y, específicamente, con el desarrollo particular de cada una de las fases de la investigación. Consta de una introducción general, tres capítulos, las conclusiones, recomendaciones y bibliografía, así como los anexos necesarios. 10.

(11) Introducción El orden y estructura lógica del trabajo se establece a continuación:  Resumen: Se expone de manera general en que consiste el trabajo para brindar una idea rápida de lo que se hizo en el mismo.  Introducción: Se da un bosquejo de los antecedentes al trabajo.  Capítulo I: Se expone la revisión bibliográfica sobre los agentes que destruyen o afectan la durabilidad de los materiales cerámicos y los muros de ladrillos durante su vida útil, además de los ensayos de durabilidad que internacionalmente se realizan a los ladrillos de cerámica.  Capítulo II: Este capítulo trata sobre el diseño del experimento, esto incluye la cantidad de muestras que se realizarán, la dosificación de las mezclas para fabricar los ladrillos, los tamaño de partículas de carbonato de calcio con las cuales se van a trabajar, las temperaturas a las que se van a quemar las probetas y los tiempos de cocción. También se presentan los resultados de los ensayos a las materias primas y se explican los ensayos físico-mecánicos y los de durabilidad a los que serán sometidos los ladrillos.  Capítulo III: Se brindan los resultados de los ensayos de durabilidad, se comparan los resultados de cada una de las series de ladrillos con los de las muestras patrones, además de comparar los resultados de estos ensayos entre cada una de ellas.  Conclusiones: Constituyen la etapa de síntesis de trabajo, responden a los objetivos planteados en el mismo, por tanto se afirmará cuáles de las muestras ensayadas son las que mejores resultados obtuvieron.  Recomendaciones: Se hacen sugerencias a tener en cuenta para investigaciones futuras. 11.

(12) Introducción  Bibliografía.  Anexos. Esquema Metodológico. Definición del problema de estudio. Recopilación bibliográfica general. Formación de la base teórica general. Planteamiento de hipótesis. Definición de objetivos. Definición de las tareas científicas. Estudio bibliográfico y análisis del estado del arte de la temática. Diseño de experimentos de durabilidad. Análisis de los resultados. Conclusiones y Recomendaciones. 12.

(13) Capítulo 1: Estado del Arte CAPITULO 1: Estado del Arte 1.1. Generalidades. Se le llama materiales cerámicos a los compuestos químicos o soluciones complejas formados por metales y no metales (óxidos, nitruros, carburos, entre otros.) que incluyen minerales de arcilla, cementos y vidrios. [1] Se trata de materiales o minerales que son aislantes térmicos, más resistentes que los metales y los polímeros, a elevadas temperaturas y ambientes agresivos. Desde el punto de vista mecánico, son duros y ligeros pero frágiles. Las cerámicas se pueden presentar en forma vítrea, monocristalina, policristalina o combinaciones de algunas de ellas. La fortaleza del enlace entre sus átomos les confiere un alto punto de fusión, dureza y rigidez, lo que le aporta dos características importantes: capacidad de resistir al calor y resistencia al ataque químico. El término “cerámica” proviene de la palabra griega “keramikos”, que significa “cosa quemada”, indicando que las propiedades deseables de estos materiales generalmente se alcanzan después de un tratamiento térmico a alta temperatura, o sea la cocción. 1.2. Productos Cerámicos. Se les llama productos cerámicos, a aquellos que adquieran consistencia pétrea por procesos físicos, al cocer las tierras arcillosas, vidrios, los obtenidos por la fusión de ciertos óxidos y aglomerantes, cuando se preparan con materiales simplemente comprimidos o unidos por un aglomerante en frío a la temperatura ordinaria mediante el proceso químico de fraguado. [2] Los productos cerámicos se obtienen mediante la cocción de los materiales, se compone por dos ramas: La tejería, elabora los materiales de construcción (ladrillos, tejas y tubos.) y la alfarería, fabrica la cerámica fina (loza y porcelana). En la preparación de una pasta cerámica existen tres ingredientes principales: los elementos plásticos, los magros o desgrasantes y los fundentes. La proporción y calidad de estos tres ingredientes determinará el producto cerámico.. 13.

(14) Capítulo 1: Estado del Arte Elementos plásticos: Son las arcillas y caolines que forman la base de las pastas cerámicas debido a su plasticidad. Elementos magros o desgrasantes: Son la sílice, la arena, trozos molidos de terracota (chamota) y las arcillas silíceas. Son para reducir su excesiva plasticidad, para aumentar la porosidad así como facilitar el secado del objeto. Elementos fundentes: son los feldespatos, las micas, la cal, los fosfatos, las fritas molidas, los vidrios pulverizados y las arcillas fundentes, ferrosas y calcáreas. 1.3. Ladrillos de Cerámica Roja. 1.3.1 Propiedades de los ladrillos Dimensiones: Varían con las regiones y procedimientos de fabricación. Los de tejar y cerámicos en la región de levante suelen medir 29x14x4.5cm y los castellanos o cerámicos 25x12x5cm. Se toleran diferencias en medidas y formas de 8 a 2mm, según calidades. Densidades: La densidad real del material cerámico es igual a 2.6 y la densidad aparente varía desde 1.2 para los ladrillos huecos, 1.7 para los macizos y 1.9 para los vitrificados. El peso medio de la unidad es de 0.9 Kg. la rasilla, 1Kg el ladrillo hueco o sencillo, 1.5 Kg. el hueco doble, 2.5 Kg. el macizo cerámico y 3 Kg. el ladrillo de tejar. Absorción de agua: Varía desde un 20 % para los ladrillos de tejar hasta un 1015 % el cerámico, a las 24 horas de inmersión en el agua. Conductividad térmica: Para el material cerámico macizo el coeficiente de conductividad térmica es =0.68 y para el material hueco =0.32 Kcal/m/m2/h/ C. 1.3.2 Características que más importan a los usuarios del ladrillo Todas las propiedades de los ladrillos están afectadas por la composición de la materia prima y el proceso de fabricación. [3] La normalización de dicho proceso permite limitar las variaciones y producir un ladrillo más uniforme. Las propiedades que más les importan a los usuarios de ladrillos son: 14.

(15) Capítulo 1: Estado del Arte a. Durabilidad b. Color c. Textura, d. Variación del tamaño e. Resistencia a la compresión f. Absorción. Durabilidad. La durabilidad del ladrillo resulta de la fusión incipiente y de la vitrificación parcial durante la cocción. Puesto que la resistencia a compresión y la absorción también se relacionan con las temperaturas de quema, estas características, junto con los coeficientes de saturación, se toman como indicadores de la durabilidad. No obstante, debido a las diferencias en las materias primas, un solo valor de la resistencia o la absorción no indica confiablemente el grado de cocción. Color. El color de la arcilla calcinada depende de su composición química, de las temperaturas de quema y del método de control de la calcinación. De todos los óxidos encontrados comúnmente en las arcillas, el de hierro tiene probablemente el efecto más grande en su color. Sin importar su color natural, la arcilla que contenga el hierro en cualquier forma, se quemará rojo cuando está expuesta a un fuego que oxida, debido a la formación del óxido ferroso. Cuando está cocida en una atmósfera reductora, la misma arcilla tomará un tono púrpura. Para las mismas materias primas y métodos de fabricación, los colores más oscuros se asocian a temperaturas de quema más altas, a absorciones más bajas y a resistencias a compresión mayores. Sin embargo, para los productos hechos de diversas arcillas crudas, no hay ninguna relación directa entre la resistencia y el color ni entre la absorción y el color. Texturas, capas y esmaltes. Muchos ladrillos tienen texturas lisas o con un acabado de arena, producidas por los moldes usados en la formación. La textura lisa resulta de la presión ejercida por el dado de acero mediante el paso de la arcilla a través del dado. En el proceso de extrusión, muchas texturas se pueden aplicar por los accesorios que cortan, rasguñan, ruedan, cepillan o ponen áspera 15.

(16) Capítulo 1: Estado del Arte la superficie de otra manera mientras que la columna de la arcilla sale del dado. El ladrillo puede ser abigarrado antes o después de la cocción para alcanzar un aspecto de ladrillo envejecido. Variación del tamaño. Puesto que las arcillas se contraen durante el secado y la calcinación, los ajustes se deben hacer en el molde y en el espaciamiento de cortar para conseguir el tamaño deseado del producto acabado. Tanto la contracción producto del desecado como la que resulta debido a la quema varían para diversas arcillas, generalmente cayendo dentro del rango siguiente: Contracción debido al secado: del 2 al 6porciento Contracción debido a la quema: del 2.5 al 6 porciento La contracción debido a la quema aumenta con temperaturas mayores que, a su vez, producen ladrillos de tonos más oscuros. Para obtener productos de tamaño uniforme, los fabricantes procuran controlar los factores que contribuyen a la contracción. Sin embargo, debido a variaciones en las materias primas y la temperatura dentro de los hornos, la uniformidad absoluta es imposible. Por lo tanto, las especificaciones para ladrillos incluyen variaciones admisibles del tamaño para permitir la fabricación económica. Resistencia a la compresión y absorción. Tanto la resistencia a compresión como la absorción, son afectadas por las propiedades de la arcilla, el método de fabricación y el grado de quema. Aunque hay excepciones a la regla, el proceso de extrusión generalmente produce unidades que tienen resistencias más altas a la compresión y absorciones más bajas que las unidades producidas por el proceso de moldeado. Para una arcilla y un método dados de fabricación, las resistencias a compresión más altas y absorciones más bajas están asociadas a temperaturas de quema más altas. Aunque la absorción y la resistencia a compresión se pueden controlar hasta cierto grado por métodos de fabricación y de cocción, estas características dependen en gran parte de las propiedades de las materias primas. Por lo tanto, varían extensamente para diversos productos. 1.3.3 Condiciones que deben reunir los ladrillos: a) Ser de masa homogénea, grano fino y no contener caliches. 16.

(17) Capítulo 1: Estado del Arte b) No tener grietas, hendiduras ni oquedades. c) Tener forma y dimensiones iguales para que las hiladas sean del mismo espesor. d) Tener aristas vivas y caras planas. e) Igualdad de color. f) Sonido metálico por percusión y no frágiles. g) Ser fáciles de cortar h) No absorber mas del 15 % de agua a las 24 horas de inmersión los de buena calidad y 20 % los de tejar. i) No ser heladizos. j) Resistir a compresión de 200 a 70 Kg/cm2, según la calidad. k) Tener un contenido de sales solubles menor que el contenido máximo permisible, indicado en la tabla siguiente. Contenido máximo de sales solubles en los ladrillos comunes y de revestimiento (BS 3921). [4] Radical Soluble Sulfato de magnesio Sulfato de potasio Sulfato de sodio Sulfato de Calcio. Contenido Máximo (porciento del peso). 0.03 0.03 0.03 0.30 (no soluble).. 1.3.4 Calidad del ladrillo Un buen ladrillo debe tener una estructura compacta. Su calidad debe reflejarse en su color, el cual es un indicador del tipo de quema (rojo–marrón indica una buena quema). Debe ser de forma razonablemente uniforme; debe estar libre de grietas y esquinas o bordes despostillados, marcas de hornero, incrustaciones de piedras grandes y terrones mal triturados. Una inspección de calidad frecuente para evaluar la dureza y detectar la ausencia de grietas se realiza golpeando un ladrillo con otro. La emisión de un sonido metálico indica la ausencia de grietas en un ladrillo quemado adecuadamente, mientras que un ladrillo mal cocido emite un sonido opaco. Otra evidencia relativa 17.

(18) Capítulo 1: Estado del Arte a la resistencia puede obtenerse raspando la superficie de un ladrillo con una navaja; un ladrillo de buena calidad puede rasparse con dificultad. 1.3.5. Especificaciones de los índices de calidad de los ladrillos según la. UNE 67 – 019 – 96. NORMA DE ENSAYO. ESPECIFICACIONES LADRILLO LADRILLO CARA PARA VISTA REVESTIR. CARACTERÍSTICAS EXFOLIACIONES LAMINACIONES FISURAS. O. DESCONCHADOS. UNE 67DE LA FORMA 030. UNE 67026. SOBRE EL 10 cm < L ≤29 cm VALOR NOMINAL L ≤ 10 cm 10 cm < L SOBRE LA ≤29 cm DISPERSIÓN L ≤ 10 cm L ≥ 30 cm 25 cm < L PLANEIDAD ≤ 30 cm L ≤ 25 cm Pared exterior vista ESPESOR Pared MÍNIMO DE exterior LA PARED no vista Tabiques interiores RESISTENCIA COMPRESION. OTRAS UNE 67019. MASA. Grueso 35 mm Soga Grueso ≤ 260 52 mm mm Grueso 70 mm. Ninguna. ≤ 1 pieza fisurada No se admitirá ningún desconchado con dimensión media superior a 15 mm en las caras no perforadas. UNE 67ESTRUCTURALES 039. UNE 67- TOLERANCIAS 030 DIMENSIONALES. Ninguna. ± 3 mm. ± 6 mm. ± 2 mm. ± 4 mm. 5 mm. 6 mm. 3 mm 4 mm. 4 mm 6 mm. 3 mm. 5 mm. 2 mm. 3 mm. 15 mm. -. 10 mm. 6 mm. 5 mm. 5 mm. ≥ 100 da N/cm2 para ladrillos macizos y A perforados ≥ 50 da N/cm2 para ladrillos huecos utilizados en fábricas resistentes ≥ 1000 g. -. ≥ 1500 g. ≥ 1350 g. ≥ 2000 g. ≥ 1800 g. 18.

(19) Capítulo 1: Estado del Arte Grueso 35 mm Grueso Soga 52 mm ≥ 260 Grueso mm 60 mm Grueso 70 mm. UNE 67029 UNE 67028 UNE 67019. ≥ 1500 g. -. ≥ 2200 g. ≥ 2000 g. ≥ 2550 g. ≥ 2300 g. ≥ 3000 g. ≥ 2700 g. Se admite una reducción en masa del 4porciento si Ladrillos con 16 ≤ A<18 absorción del 7porciento si 18 ≤ A ≥16porciento <20 del 10porciento si A ≥20 Ligeramente EFLORESCENCIA eflorescido HELADICIDAD. No heladizo. -. Los ladrillos esmaltados o coloreados en superficie, no experimentaran variación COLOR sensible de color, ni alteración de la superficie esmaltada o coloreada. 1.3.6 Factores que intervienen en la calidad de los ladrillos Partiendo de los resultados obtenidos en los ensayos se ha determinado que se debe tomar todas las variables que intervienen en el proceso de elaboración de los ladrillos como son: . El tipo de tierra.. . La eliminación de elementos extraños como: piedras, hierbas, metales u otros elementos de características desfavorables.. . Los porcentajes de mezcla adecuados dependiendo del tipo de tierra.. . El nivel de exigencia tomado en cuenta al preparar la mezcla.. . El orden establecido para el dosificado de los componentes.. . La forma como se elabora la mezcla.. . La consistencia de la mezcla.. . La superficie del patio debe ser plana.. . La compactación de la mezcla en el molde de madera.. . La calidad superficial del molde.. . La velocidad de extracción del molde y eliminación de aristas irregulares. 19.

(20) Capítulo 1: Estado del Arte . La protección de los ladrillos elaborados, contra agentes climáticos desfavorables.. 1.4. . La prevención contra inundaciones.. . La altura de los cimientos para el apilado.. . La forma de apilar y el espaciamiento entre ladrillos.. . La distancia de ubicación del horno.. . La velocidad de transportación del ladrillo en verde.. . El correcto secado final.. . El tipo y nivel de secado de la leña.. . El dosificado y disposición de la leña al interior del horno.. . La temperatura generada en el interior del horno. . La atención que el quemador ponga en el proceso de quemado.. . La dirección del viento.. . El sellado del horno. Proceso de Fabricación de los Productos Cerámicos. El proceso de fabricación tiene seis fases generales [3]: . Extracción de las materias primas. . Preparación de la pasta. . Amasado. . Moldeo de los artículos. . Desecado. . Calcinación o cocción. Figura 1.1: Representación Esquemática del Proceso de Fabricación 20.

(21) Capítulo 1: Estado del Arte 1.5. La durabilidad y la deterioración.. Las dos palabras más comúnmente usadas en el campo de los materiales de construcción son quizás la durabilidad y la deterioración. La durabilidad es la calidad más importante para cualquier material de construcción puesto que el funcionamiento adecuado por un tiempo largo es esperado e implicado. [5] Según las normas británicas, la durabilidad es una medida, no obstante en un sentido inverso, del índice de la deterioración de un material o de un componente (BSI, CP3 1950). La durabilidad de un material depende de las condiciones a las cuales está sujetado. Cada material tiene agentes específicos de degradación o de preservación. No es posible determinar la durabilidad de un material en un edificio sin una definición clara de las condiciones bajo las cuales tendrá que funcionar. [6] La durabilidad de un ladrillo se puede definir como la capacidad del mismo de sostener sus características de resistencia, estabilidad dimensional y resistencia al desgaste por la acción atmosférica bajo condiciones de uso para la duración de la vida útil de la estructura. Esta definición sugiere que el ladrillo debe poder mantener un funcionamiento satisfactorio a través de su vida útil incluso bajo la influencia adversa del ambiente natural. También sugiere que aunque los ladrillos pueden inicialmente tener características convenientes y deseables, la influencia continua del ambiente adverso natural, puede alterar estas características para el peor. Cuando tales alteraciones conducen a la falla substancial del ladrillo antes, o dentro de la vida útil prevista, entonces la durabilidad del material se puede cuestionar. Sin embargo, aunque la mayoría de los materiales de construcción se alterarán en una forma o la otra con el tiempo, su durabilidad no siempre se compromete. Esto parece acentuar el hecho de que la durabilidad está relacionada no solamente con el tiempo, sino también con la función prevista del material, y las condiciones de exposición. Las condiciones de exposición influencian grandemente el grado de la alteración que el ladrillo sufrirá en un tiempo determinado. El proceso de la alteración que conduce a la falla se puede llamar deterioración. El término deterioración se definirá como la pérdida de la calidad del ladrillo en el 21.

(22) Capítulo 1: Estado del Arte tiempo, bajo la influencia directa o indirecta del ambiente [20]. El término se puede también utilizar para distinguir la falla debido a la inhabilidad del ladrillo de satisfacer sus funciones básicas de la ingeniería por las alteraciones de la falla eventual posible durante su vida útil. Estas definiciones sugieren que la durabilidad se puede tomar como la capacidad del ladrillo para resistir la deterioración. Parece muy probable, sin embargo, que la durabilidad del ladrillo puede no ser constante. Esto sugiere que debido a la deterioración, la durabilidad del ladrillo pueda cambiar considerablemente. Por ejemplo, la absorción y las características de la permeabilidad del ladrillo pueden relacionarse directamente con la estructura y la densidad del mismo. Sin embargo, la estructura y la densidad del ladrillo pueden alterarse apreciablemente, debido al desgaste por la acción atmosférica (deterioración). Esta alteración puede aumentar considerablemente la absorción del agua y los niveles de la permeabilidad del ladrillo, así acelerando la degradación mediante el ablandamiento de la matriz no cementado del ladrillo, y de tal modo inducir otros mecanismos de degradación. En resumen, la deterioración y la durabilidad se influencian mutuamente pero negativamente. [20].La degradación prematura de ladrillos, y la velocidad en que ésta puede ocurrir, son temas preocupantes para la mayoría de los investigadores. Normalmente se requiere un intervalo determinado de tiempo antes de que la deterioración comience. Este período puede referirse como la etapa de iniciación, que es seguida más adelante por la etapa de propagación cuando ya está ocurriendo la deterioración. Esta conduce eventualmente a un nivel inaceptable de la deterioración. La vida de servicio del ladrillo es por lo tanto la suma de la duración de las fases de iniciación y de propagación. [20] Debe ser precisado, sin embargo, que es muy difícil definir exactamente un criterio para la deterioración inaceptable. Esto es porque tal nivel de la deterioración puede depender de un número de factores tales como el uso de la estructura, el diseño y las consecuencias de la falla. En climas moderados, la fase de la propagación se cree ser corta en comparación con la fase de la iniciación y por lo tanto la vida de servicio se puede aproximar a la duración de la fase de iniciación. 22.

(23) Capítulo 1: Estado del Arte Después del comienzo de la pérdida de material, el proceso de la erosión puede proceder a una velocidad en función del grado de exposición de la superficie del ladrillo y de su resistencia. 1.5.1 Efectos destructivos de la humedad en la durabilidad de los ladrillos de cerámica roja Un ladrillo de arcilla se puede definir como uno formado de una mezcla de suelo suelto y/o agregado fino, un estabilizador y agua en una mezcla húmeda que se comprime para formar un bloque denso antes de que el estabilizador endurezca. Después de endurecerse, el ladrillo debe contar con una mayor resistencia a compresión, durabilidad mejorada y una estabilidad dimensional mejor aún al humedecerse, que uno similar, producido de manera semejante pero sin pasar por el proceso del secado. Dado la pobre resistencia del suelo al agua, el comportamiento de los ladrillos a largo plazo está en función del ambiente y el tiempo. [20] Por eso, desde la introducción de los ladrillos hace algunas décadas, ha estado creciendo el interés para entender los factores críticos que gobiernan la durabilidad a largo plazo del material. Es probable que la durabilidad de los ladrillos siga siendo una preocupación importante en el futuro próximo. Los ladrillos pueden ser utilizados extensamente en países en vías de desarrollo, pero las condiciones ambientales agresivas tales como los cambios cíclicos del contenido de agua, de la temperatura y de la presión en períodos prolongados tienden a provocar el acortamiento inesperado de su vida útil. Esto se ha facilitado con defectos de la producción, o a través de cambios irreversibles en la microestructura del material que conducía a la falla. [17] Aunque varias causas de la deterioración pueden ocurrir en la práctica simultáneamente, es sin embargo importante identificar los mecanismos más críticos y entender los procesos involucrados. El factor más serio que incide en la deterioración de los ladrillos es la humedad, resultando de las lluvias, de la humedad ascendente, o de la condensación del vapor. Si se quiere que los ladrillos sean aceptados más extensamente en el futuro como material de. 23.

(24) Capítulo 1: Estado del Arte construcción durable y alternativo, entonces deben superar la desventaja principal que es su incapacidad de resistir la exposición prolongada a la humedad. [13] 1.5.2 Deterioración de ladrillos 1.5.2.1 Características Básicas de Muros Para entender mejor el proceso de la deterioración, es necesario primero que todo apreciar las características básicas más importantes del muro. Para cualquier material nuevo, es importante identificar, evaluar y entender los criterios estándares básicos que serán utilizados para analizar la capacidad del material de mantener sus cualidades iniciales esenciales. [22] ¿Cuáles son las características primarias y secundarias del material en lo referente al uso particular para el cual se está diseñando? En el caso de la construcción del muro para el cual se producen los ladrillos, las características básicas requeridas incluyen fuerza, estabilidad dimensional, y durabilidad. [22]. Las características secundarias importantes incluyen resistencia a la intemperie, resistencia al fuego, aislamiento térmico, aislamiento acústico y un aspecto satisfactorio. [23] Estas características se rigen en mayor grado por las características de los ladrillos de los cuales se construyen los muros. Las buenas características iniciales del ladrillo son por lo tanto una consideración importante en el estudio de la deterioración de los mismos. ¿Las características iniciales del ladrillo satisfacen los requisitos básicos especificados en las normas? ¿Los ladrillos cumplirán los requisitos durante la vida de la estructura?. Se ha sugerido en la literatura sobre ladrillos, que la durabilidad de estos está estrechamente relacionada con las características del ladrillo que a su vez no son constantes durante el curso de su vida. [20] A pesar de este problema potencial, sin embargo, los ladrillos tienen que tener buena resistencia inicial, y mantener la resistencia adecuada para soportar las cargas verticales o laterales durante la vida útil de la estructura del muro. Los ladrillos tienen que ser durables y resistentes a la intemperie para poder soportar cualquier influencia indeseable del ambiente tal como la lluvia, vientos, humedad ascendente y otras condiciones atmosféricas agresivas. Es necesario que posea estabilidad dimensional para evitar o contener los cambios de volumen debido a la 24.

(25) Capítulo 1: Estado del Arte expansión o a la contracción. Los cambios de volumen, especialmente bajo condiciones de confinamiento tales como ocurren dentro de un muro, inducen a menudo las grietas indeseables en paredes. Éstos tienen que ser evitados si se va a prolongar la vida útil del ladrillo. 1.5.3 Mecanismos de Deterioración. La durabilidad de los ladrillos está afectada por factores de superficie y de masa. Es por lo tanto importante entender en cada caso la fuente y naturaleza de la acción o de la reacción, los procesos de propagación, y las técnicas disponibles que miden y cuantifican sus efectos sobre el ladrillo en un tiempo determinado. Los mecanismos más comunes que influencian el funcionamiento de los ladrillos son: Las deterioraciones por la humedad en áreas de secado y mojado cíclico, continuo o alterno que conducen al retenimiento de grandes cantidades de humedad el bloque puede sufrir los efectos perjudiciales. El ablandamiento y la acción abrasiva de la humedad conducen a la erosión de las superficies expuestas. [8] Cambios de temperatura ocurren en áreas de altas temperaturas ambientales que causan los cambios dimensionales, cuando son resistidas por los confinamientos del muro resulta en rotura, el combeo, y el agrietamiento. Las variaciones de la temperatura pueden también inducir características físicas reversibles como resistencia, dureza, y rigidez. La retención de la humedad y la pérdida con la evaporación son dependientes de la temperatura circundante. Un ladrillo debilitado entonces llega a ser más susceptible a daño adicional por tensiones internas puesto que la carga máxima que puede llevar es reducida. [22] Los agentes químicos: la presencia de las sales solubles de diversos orígenes es un agente significativo de la deterioración. Las sales, aún a concentraciones muy bajas (0.05 % del peso), pueden cristalizarse dentro del material como subflorescencia, dando por resultado la acumulación de la presión de cristalización y causando la formación de grietas y de la desintegración granular. [23] La acción física ocurre sobre todo por la acción adhesiva, abrasiva, y por el desgaste erosivo de la superficie del ladrillo, especialmente de las esquinas y de los bordes. El desgaste adhesivo ocurre cuando dos superficies sólidas resbalan 25.

(26) Capítulo 1: Estado del Arte una contra la otra bajo alta presión conduciendo al retiro de material de la superficie del ladrillo. El desgaste abrasivo puede ocurrir cuando el material es quitado de la superficie del ladrillo por el contacto con, y acción del corte de otras partículas duras. El desgaste erosivo puede ocurrir con el choque y la acción de ablandamiento de los líquidos móviles rápidos que conducen a la pérdida de material. Un ladrillo saturado con los altos niveles de humedad es más susceptible a daño adicional por la acción física en períodos prolongados. [24] Los cambios de volumen pueden ocurrir dentro del ladrillo debido a la contracción del secado, a las variaciones de temperatura, y a las variaciones de la humedad. El agrietamiento resulta cuando el cambio de volumen es resistido por los confinamientos internos o externos. El bloque es intrínsecamente sensible a las variaciones de la humedad debido a que la arcilla es su componente constitutivo principal. La determinación de la cantidad y del tipo de arcilla presente en el suelo para la producción del ladrillo es de suma importancia. La presencia de la humedad tiene el potencial de dispersar las láminas. [23] De la lista anterior de los mecanismos posibles de la deterioración, la presencia directa o indirecta de la acción de la humedad es un denominador común que tiene influencia en los procesos de degradación. El efecto perjudicial potencial de la humedad en el funcionamiento a largo plazo de los ladrillos puede reconocerse ahora como los procesos más críticos que afectan la durabilidad de las estructuras de ladrillos. [25] 1.5.4 La Acción Crítica de la Humedad Los cambios en las características de los ladrillos que conducen a niveles inaceptables de deterioración pueden resultar de factores de la superficie y de la masa del ladrillo. El desgaste por la acción atmosférica conduce a menudo, a la pérdida severa de material de las superficies expuestas de los ladrillos, con la acción abrasiva y erosiva de la humedad. Es por tanto importante identificar las fuentes de la humedad, la naturaleza de su acción, el mecanismo del transporte y los parámetros medibles. Las variables que podrían afectar el funcionamiento del bloque son varias. Las más significativas de éstos sin embargo, incluyen el nivel de exposición a los elementos ambientales (en este caso, la lluvia) y los procesos 26.

(27) Capítulo 1: Estado del Arte de fabricación (la presión de compactación, el contenido de arcilla y la mineralogía, el contenido de agua, el tiempo de curado, el tiempo de mezclado y la vibración). Ambos resultan en las características del producto que varían en el tiempo (densidad, porosidad, permeabilidad, absorción y retención del agua). Las lluvias, la humedad ascendente y la condensación son las fuentes principales de la humedad que podrían potencialmente ser perjudiciales a los ladrillos. [23] El proceso cíclico de humedecimiento y secado de los ladrillos garantiza a menudo de que haya suficiente humedad para tener una influencia de deterioración. La durabilidad del ladrillo parece depender en gran parte de las características del poder absorbente de agua, de la permeabilidad y de la porosidad del ladrillo de una mano, y de la naturaleza de la acción de la humedad, y de la capacidad del ladrillo de resistir fuerzas quebrantadoras en la otra. La permeabilidad y la porosidad parecen jugar un papel importante en la penetración y la retención del agua en el poro, y su movilidad dentro del ladrillo. La acción destructiva real de la humedad una vez que se haya penetrado el bloque podría en gran parte, estar debido a la absorción, resultando en los cambios de energía de la superficie, la disolución y ablandamiento de partículas débilmente enlazadas, interrupción de enlaces débiles o a través de la generación de la presión en los poros dando por resultado las tensiones internas quebrantadoras. [24] La capacidad del bloque de resistir la acción destructora de la humedad determinará la velocidad y el grado a los cuales ocurrirán la debilitación, el ablandamiento, el hinchamiento, la contracción, o la desintegración completa y la pérdida de material. Este análisis parece implicar que un ladrillo cualquiera que es o impermeable, tiene una alta fuerza intergranular, o que no sufre el proceso de ablandamiento, sería muy durable. Los ladrillos de arcilla son especialmente susceptibles al debilitamiento por la humedad. Entre los varios mecanismos que pueden explicar este comportamiento, el intercambio de iones parece ser dominante. Los minerales de la arcilla en el ladrillo son rodeados por una atmósfera de los cationes adsorbidos, generalmente los iones del oxidrilo que todavía están 27.

(28) Capítulo 1: Estado del Arte débilmente enlazados. [16] Las partículas se pueden dispersar en la solución del agua que contiene los iones negativos, o pueden ser floculados por los iones positivos. La disociación iónica de la solución de dispersión según lo medido por su constante dieléctrica controla la eficacia de la dispersión, pero el tipo de arcilla utilizado es también muy importante. Las arcillas de sodio son las más fáciles a dispersar, luego las de potasio, de magnesio y de bario. Algunas arcillas, por ejemplo illita y montmorillonita, contienen iones de potasio en las capas internas que favorecen la hidratación. En este caso, el hinchamiento del arreglo cristalino bien puede ayudar en el proceso de la dispersión. Los efectos capilares, debido a la presencia de poros en la microestructura del ladrillo, probablemente juega un papel importante en la degradación por la humedad. Los meniscos del agua en el ladrillo aumentan su radio de curvatura a medida que el ladrillo se satura, para reducir las tensiones capilares en los contactos del grano, y en las extremidades de grietas. También el agua que es halada dentro del ladrillo por la acción de fuerzas capilares fuertes puede comprimir el aire en su trayectoria, resultando en la interrupción del ladrillo. Para cuantificar la pérdida de material como resultado de la acción de la humedad, es necesario establecer buenos parámetros de medición y de comparación. Hay actualmente un número de pruebas de la durabilidad en uso, pero con el uso escaso. Éstos incluyen la prueba del ciclo de humedecimiento y secado, la prueba de la abrasión, la prueba de la erosión por la lluvia, la prueba del deshielo, y la prueba de la inmersión (BSI 4315). Estas pruebas procuran medir las pérdidas de peso, pero no se puede decir que miden la resistencia del bloque al desgaste por la acción atmosférica, que es lo que sería útil. Se requiere por lo tanto una prueba que mediría la resistencia de la muestra del ladrillo al debilitamiento y a la desintegración resultando de una abrasión acelerada, y de un ciclo de humedecimiento y secado.. 28.

(29) Capítulo 1: Estado del Arte 1.6. Pruebas y Experimentos. 1.6.1. Ensayos a los ladrillos de cerámica roja de acuerdo a las normas UNE [7]. DESCRIPCION DEL ENSAYO Tolerancia dimensional de ladrillos quemados Apariencia y estructura de ladrillos quemados Medición de la masa de ladrillos quemados Resistencia a la compresión de ladrillos quemados Absorción Succión de ladrillos quemados Eflorescencia de ladrillos quemados Colocación de ladrillos quemados Heladicidad Características de forma Determinación del numero de poros por dm2 de ladrillos Prueba de expansión debido a la humedad Determinación de inclusiones calcáreas. NORMA UNE 67030 UNE 67019 UNE 67019 UNE 67026 UNE 67027 UNE 67031 UNE 67029 UNE 67019 UNE 67028 UNE 67030 UNE 136010 UNE 67036 UNE 67039. 1.6.2 Especificaciones de los índices de calidad de los ladrillos según las normas Cubanas 1. Resistencia a la compresión NC – 360 2006 El valor característico no será inferior a 10,0 MPa para los ladrillos macizos y perforados, ni a 5,0 MPa para los ladrillos huecos que se utilicen en muros de cargas. 2. Masa NC – 360 2006 La masa de los ladrillos perforados será como mínimo la indicada en la Tabla 2. Tabla 2 — Masa de ladrillos perforados. Cuando el grueso nominal de ladrillo no coincida con los indicados en la Tabla 2, se tomará el valor más próximo. La masa se determinará sobre una muestra de ladrillos con precisión de 1g, desecando previamente las piezas de una temperatura comprendida entre 100 °C y 110 °C hasta un valor constante. 29.

(30) Capítulo 1: Estado del Arte Ninguno de los ladrillo de la muestra deberá estar por debajo de los valores comprendidos en la Tabla 2. 3. Desconchados en el ladrillo cara vista NC – 360 2006 En una muestra de seis (6) elementos se deberá cumplir: - El número de piezas desconchadas no será superior a 1. - Ningún desconchado en las caras no perforadas tendrá individualmente una dimensión media superior a 15 mm. 4. Tolerancias dimensionales NC – 360 2006 Para cada una de las dimensiones, las tolerancias admitidas son las siguientes: . Sobre el valor nominal (véase Tabla 3). Tabla 3 — Tolerancia sobre el valor nominal. . Sobre la dispersión (véase Tabla 4). Tabla 4 — Tolerancia (mm) sobre la dispersión. Los ladrillos manuales y rugosos, así como las piezas especiales, quedan exentos de cumplir las tolerancias dimensionales. 5. Planeidad NC – 359 2006 Se medirán las flechas según NC 359 admitiendo las tolerancias indicadas en la Tabla 5. Tabla 5 — Tolerancia sobre la planeidad. 30.

(31) Capítulo 1: Estado del Arte Los ladrillos manuales y rugosos así como las piezas especiales quedan exentos de cumplir las tolerancias de planeidad. 6. Espesores mínimos de pared Los espesores mínimos de la pared del ladrillo se indican en la Tabla 6. Tabla 6 — Espesores mínimos. 7. Absorción NC – 359- 2006 La absorción de agua se determinará según la NC 359 para cada tipo de ladrillo el fabricante deberá indicar, si se le solicita, el valor medio de la absorción que deberá estar entre 8 % y 18 %. 1.6.3 Necesidad de pruebas Los ladrillos usados para los muros externos son propensos a la deterioración por la acción atmosférica. Los ladrillos experimentan resistencias menores a la compresión cuando están mojados, y sufren cambios dimensionales mayores que los muros hechos de otros materiales de construcción expuestos bajo condiciones de servicio similares, tales como los bloques de hormigón [24].Los problemas tienden a ser más serios en los climas mojados y húmedos en países que experimentan una precipitación más estacional y mucho más intensa, que en los climas secos y más áridos. [23] Los ensayos en los ladrillos son necesarios en primer lugar, para medir las características del bloque sobre las cuales depende la durabilidad tales como la resistencia, la absorción del agua, los cambios micro y macro-estructurales, y en segundo lugar para monitorear el funcionamiento de los ladrillos en las condiciones que simulan la causa de la deterioración. [5] Las pruebas proporcionarán los resultados y los datos experimentales de los cuales las 31.

(32) Capítulo 1: Estado del Arte tendencias generales y localizadas podrían ser identificadas, y de las cuales se pueden hacer comparaciones con predicciones teóricas u otros datos disponibles. 1.7. Patología de los ladrillos. 1.7.1 Eflorescencia La eflorescencia en el ladrillo de arcilla cocido usado en revestimientos exteriores representa un problema serio que se encuentra a menudo después de la terminación del edificio. Aunque generalmente afecta solamente el aspecto estético. del. edificio,. sus. consecuencias. dañinas. son,. sin. embargo,. incuestionables, tanto del punto de vista económico como del de la calidad en el arte de la construcción. [8] La eflorescencia aparece en el ladrillo después de la implementación de los productos cocidos con el agregado hidráulica. Es debido a la cristalización de las sales solubles que emigran a la superficie a la hora de desecarse [8] El problema de la eflorescencia no es nuevo ni desconocido. En una bibliografía descriptiva extensa elaborada en 1925, se hacen más de 230 referencias a ella para el período de 1877 a 1924. Uno de los artículos traza la historia del problema datándose por lo menos a la época de Napoleón III [9] La eflorescencia es más frecuente durante la vida temprana del edificio, particularmente en el primer año, pero a menudo se repite en el segundo y quizás el tercer año, aunque generalmente a menor grado. Ocurre comúnmente en la primavera (épocas de lluvia), en condiciones húmedas de trabajo tras las heladas del invierno, cuando el edificio se deseca por primera vez. [10] Visible como depósito inofensivo del material soluble en la superficie del ladrillo, su textura puede variar de ligero y algodonoso a vidrioso y duro, dependiendo de su composición. Se compone generalmente de los sulfatos del sodio, magnesio y calcio, aunque todos no se presentan a la misma vez. El carbonato de sodio puede aparecer también, siendo derivado del cemento en el mortero. La eflorescencia ocurre cuando inciden las tres condiciones siguientes: . Hay presencia de sales solubles. 32.

(33) Capítulo 1: Estado del Arte Las sales solubles que aparecen como eflorescencia pueden entrar en la pared de varias fuentes. Los ladrillos, el cemento o la arena de la mampostería pueden todos contener las sales; la atmósfera puede llevar el aerosol del mar en áreas costeras, o los ácidos del sulfuro en áreas industriales. Las aguas saladas de fuentes subterráneas o los fertilizantes disueltos se pueden filtrar dentro de mampostería debajo del manto impermeable. Si los mantos impermeables son defectuosos, las sales de las aguas subterráneas pueden pasar a niveles más altos de la pared. . La mampostería se deseca por la evaporación del agua, que entonces deposita las sales en la superficie.. Aparte de las sales derivadas de los ladrillos y del mortero, casi cualquier sal puede formar eflorescencias si se introduce como contaminación de fuentes externas. Las cantidades de sales implicadas son pequeñas y un porcentaje minúsculo de sales solubles en los ladrillos, o del álcali en el cemento Pórtland, son suficientes para explicar la cantidad de eflorescencia vista generalmente. Las sales en la mampostería son disueltas por el agua, la que se introduce durante la construcción o de la lluvia. Mientras que la pared comienza a desecar, la solución de sales se concentra. Algunas de estas sales serán depositadas en la superficie del ladrillo. Esto tiende a ser frecuente a bajas temperaturas, como al comienzo de la primavera, porque la mayoría de las sales son menos solubles en agua fría que en agua caliente. Pocos ladrillos de arcilla son inmunes a los efectos potenciales de la eflorescencia.. Figura 1.2 Eflorescencia en un muro de ladrillos de cerámica roja 33.

(34) Capítulo 1: Estado del Arte Hay muchos factores que tributan a la incidencia de la eflorescencia y se debe dar atención a estos aspectos para reducir al mínimo los riesgos. Puesto que tantos factores pueden contribuir al desarrollo de la eflorescencia en la mampostería, ninguna medida preventiva por sí sola puede solucionar todas las eventualidades. Para que la eflorescencia aparezca, sin embargo, debe haber presencia de las sales solubles en la mampostería. Por lo tanto se puede ejercer cierto control sobre la selección de materiales bajos en el contenido de tales sales. Los ladrillos de arcilla, por ejemplo, pueden ser ensayados según métodos estándares para determinarse si contienen las sales que contribuirán a la eflorescencia. Aunque no hay prueba estándar disponible para determinar la capacidad del mortero de contribuir a la eflorescencia, hay materiales aglutinantes que tiene bajo contenido de sales que producen la eflorescencia, como son los compuestos de sodio y potasio. El uso de la cal, y del cemento Pórtland de baja alcalinidad reducirá grandemente la capacidad del mortero de contribuir a la eflorescencia. El almacenaje cuidadoso de los materiales en la obra es también necesario para evitar la contaminación del agua subterránea rica en sales. La eflorescencia puede ser reducida al mínimo manteniendo un alto nivel de ejecución durante la construcción. Las recomendaciones a considerar incluyen:  Los ladrillos se deben apilar en una superficie limpia, firma, y llana. se deben proteger contra la lluvia, salpicaduras de fango, cubriéndolos con mantas impermeables.  Quitar los tableros del andamio más cercanos al ladrillo en todas las interrupciones en la construcción. La mampostería nueva se debe cubrir para proteger las cavidades y para evitar la saturación de la mampostería. 1.7.2 Manchas del Carbonato de Calcio El carbonato de calcio es invisible cuando mojado, pero al secarse, se manifiesta como un depósito blanco, o como una película blanca en el ladrillo. Es parecido a la eflorescencia blanca, pero es duro, no pulverulento. [11] La mancha puede ocurrir en las siguientes maneras:. 34.

(35) Capítulo 1: Estado del Arte  Cuando la mampostería nueva queda desprotegida y saturada por la lluvia, la cal del cemento Pórtland o la hidratada en el mortero se pone en solución. Esta solución reacciona con el dióxido de carbono de la atmósfera y se forma el carbonato de calcio. La mampostería nueva queda manchada en bandas blancas del carbonato al desecarse.  Por la interacción con los elementos de hormigón y el mortero de cemento cuando la cal es lixiviada de estos elementos por el agua  Por la limpieza incorrecta del ácido hidroclórico generalmente cuando se utilizan demasiado ácido y cantidades insuficientes de agua, los productos de la reacción entre el ácido y el mortero son absorbidos en las caras de los ladrillos en vez de correrse por la pared. Los problemas del carbonato de calcio pueden ser más prevalecientes donde se utilizan las arenas contaminadas con arcillas, debido a la combinación de la arcilla con los residuos del calcio y del silicio del cemento. 1.7.3 Ataque de los Sulfatos Si la mampostería queda saturada por periodos largos, las sales disueltas pueden migrar a las juntas de mortero y reaccionar químicamente con el aluminato tricálcico en el cemento Pórtland. [12] Es una reacción expansiva pues la superficie de la junta del mortero puede agrietarse, y el interior puede fisurarse y ampliarse, interrumpiendo la continuidad de la mampostería. [13] La fuerza expansiva de la reacción química puede desplazar los muros, provocando una fuerza de tracción. [14]. Figura 1.3 Vista microscópica de cristales de sulfato en el mortero. 35.

(36) Capítulo 1: Estado del Arte 1.8. Influencia de la temperatura de quema en la microestructura de arcillas. Las arcillas son rocas constituidas por minerales plásticos y no plásticos. Durante la quema, estos minerales sufren transformaciones importantes de carácter físico y. químico.. Pueden. ocurrir. interacciones. entre. los. diversos. minerales. constituyentes de las arcillas, los cuales son también fuertemente influenciados por las condiciones de quema como atmósfera de horno, temperatura máxima y velocidad de enfriamiento. En los minerales plásticos ocurren las reacciones de pérdida de agua de constitución y transformaciones de fases. [15] De la parte de los minerales no plásticos pueden ocurrir la descomposición de hidróxidos, la oxidación de materia orgánica, la transformación alotrópica del cuarzo, la descomposición de los carbonatos, transformaciones de fases, reducción de compuestos y formación de fase líquida, entre otras [16]. La quema de las arcillas es una etapa bastante compleja que involucra diversas transformaciones. El conocimiento de estas transformaciones es de gran interés tecnológico ya que, después de la quema, los productos deben presentar una microestructura compatible con las propiedades finales deseadas. [15] Las arcillas ablandan lentamente y derriten o se funden gradualmente cuando están sujetadas a aumentos de temperaturas. La fusibilidad es la característica de la arcilla, que hace que se vuelva dura, sólida y de absorción relativamente baja cuando está cocido correctamente. [3] La fusión ocurre en tres etapas: 1) Fusión incipiente, el punto cuando las partículas de la arcilla llegan a ser suficientemente suaves para que la masa se pegue 2) Vitrificación, cuando hay fundición extensa y la masa se vuelve firme, sólido y no absorbente 3) Fusión viscosa, el punto en el cual la masa de la arcilla se rompe y tiende a llegar fundirse. La clave al proceso de quema es controlar la temperatura en el horno de modo que la fusión incipiente y la vitrificación parcial sean completas pero que se evite la fusión viscosa. 36.

(37) Capítulo 1: Estado del Arte Según Cultrone et al. (2004), la quema de los ladrillos de arcilla influencia su porosidad y produce una serie de cambios mineralógicos, físicos y de textura, que dependen de muchos factores, por ejemplo, el tamaño de grano. Esto es un parámetro significativo, puesto que la cerámica fabricada con una fracción alta de arena tiende a ser muy porosa y permeable. Variaciones significativas en la composición y/o la concentración de las fases minerales también causan cambios en el sistema de poros. (Valdeón, 1993) Se ha demostrado, por ejemplo, que una proporción elevada de calcita produce cerámicas más porosas debido a su alta temperatura de descomposición y a la producción de CO 2. [15] Los cambios físicos y químicos que ocurren durante la quema son en parte responsables de los cambios de volumen en las cerámicas. Estos cambios incluyen la expansión y contracción rápidas y desiguales asociadas a los cambios estructurales y químicos que pueden manifestarse como reacciones exotérmicas o endotérmicas. [16] Generalmente, los productos calcinados a temperaturas altas son más vítreos y experimentan cambios más grandes de tamaño (contracción) y porosidad. [18] La contracción implica una reducción excesiva en la porosidad durante la quema de una arcilla cruda, y puede ser reducida mezclando esta con el polvo de ladrillo obtenido mediante la cocción de la misma arcilla. La porosidad puede ser aumentada sin alterar la composición, agregando a la arcilla un material que calcina totalmente, por ejemplo, el polvo del carbón. [16] La composición mineralógica de los ladrillos verdes juega un papel importante en la evolución del sistema de poros al ser calcinados. La presencia o ausencia de carbonatos influencia fuertemente en el desarrollo de la porosidad y por lo tanto, la textura del ladrillo y sus características físico-mecánicas. A los 700 ºC, el contenido de carbonatos en el no produce diferencias significativas de textura o de porosidad. Alrededor de los 800 ºC, la cantidad de la fase no cristalina es mayor en ladrillos que contienen carbonatos, conduciendo a conexiones mejores entre partículas. Los carbonatos en la arcilla cruda promueven la formación de grietas y. 37.

(38) Capítulo 1: Estado del Arte de poros de tamaño menor que 1µm cuando los ladrillos se queman entre los 800 y 1000ºC. La descomposición térmica de los carbonatos también causa el desarrollo de una microporosidad que afecta la durabilidad de los ladrillos. La ausencia de carbonatos da lugar a una reducción continua en la porosidad y a un aumento significativo en la fracción de poros con un radio mayor que1 µm a medida que se aumenta la temperatura de quema y los poros más pequeños empiezan a combinarse. A los 900ºC, la fase no cristalina es más abundante en los ladrillos conteniendo carbonatos. Los ladrillos sin carbonatos experimentan una reducción leve en la conectividad de los poros y en el volumen de poros con el radio menor que 1µm. En el caso de las arcillas conteniendo carbonatos de alrededor del 20 % de su peso una distribución similar de poros no se alcanza hasta una temperatura de 1000ºC. Los ladrillos sin carbonatos experimentan una vitrificación más significativa (90 % a los 900 ºC y el 65 % a los 1000ºC), que da lugar a una conectividad reducida entre los poros y al desarrollo de una estructura celular donde el 70% de los poros tienen un radio de acceso mayor de 1 µm. A los 1100ºC los ladrillos sin carbonatos experimentan otra reducción en la conectividad de poros debido a la vitrificación mejorada. Esta circunstancia es debido al alto contenido de agua producido por la deshidroxilación de los fillosilicatos con el aumento de la temperatura de quema, que favorece la fundición. Se observa una reducción en la cantidad de poros con r<1 µm, que es más significativo en los ladrillos sin carbonatos. La fase no cristalina en los ladrillos del carbonato quemados a los 1100ºC es más reducida debido a la formación de los silicatos de calcio y magnesio de alta temperatura que deja poco sílice o alúmina en fase vítrea, puesto que se incorporan en la estructura de la gelenita, del diopsido y/o de la wollastonita. El problema principal con los ladrillos calcáreos, por lo tanto, es la presencia de grandes cantidades de poros pequeños (< 1 µm) y la formación de grietas que progresa rápidamente con el tiempo. Las grietas, que salen de los granos de la portlandita, y los poros menores que 1 µm, formados por la descomposición de 38.

(39) Capítulo 1: Estado del Arte carbonato de calcio (CaCO3) y su transformación al oxido de calcio (CaO), dan lugar a un aumento notable de los valores de absorción, mientras que la desecación es más lenta. En contraste, los ladrillos hechos de la arcilla nocalcárea muestran una disminución clara de los valores de la absorción y una desecación más rápida a medida que la temperatura de quema aumenta. El agrietamiento no ocurre en los ladrillos calcáreos calcinados a los 700ºC y los 1100ºC, porque los carbonatos no experimentan ningún cambio mineralógico, y debido a la vitrificación considerable, que contrarresta la fuerza expansiva de la portlandita, (16) Los ladrillos de la calidad más alta son los hechos de arcilla no-calcárea calcinados a una temperatura alrededor de los 1000ºC. Si la arcilla contiene carbonatos cerca de 20% de su peso no produce ladrillos de buena calidad hasta temperaturas cerca de los 1100ºC. Como la porosidad de las fases formadas después de la quema se relaciona directamente con las propiedades tecnológicas, tal conocimiento es de gran interés práctico, para auxiliar en la utilización de las materias primas como componentes de la masa cerámica. Tabla Resumen de las características de los ladrillos (16) Tipo de ladrillos. Porosidad. Durabilidad. Con carbonatos. Muchos microporos (<1µm) Muchas grietas. Resistencia reducida al ataque de sales y ciclos de heladicidad debido al aumento en el número de microporos. Sin carbonatos. Aumento en el número de macroporos (>1µm) La porosidad es inversamente proporcional a la temperatura de quema La conexión entre poros disminuye. Fundición extensiva, que implica la ausencia de planos débiles Gran aumento de durabilidad debido al número limitado de microporos. 39.

(40) Capítulo 1: Estado del Arte 1.9 Comportamiento mineralógico y físico- mecánico de los ladrillos con aditivos De acuerdo a los resultados de un estudio [17] se demuestra que la presencia de aditivos en la materia prima arcillosa aún en cantidades pequeñas, afecta significativamente el comportamiento y las características del producto. Las diferencias más grandes fueron observadas cuando los carbonatos fueron agregados, puesto que éstos dieron lugar a ladrillos con mayor grado de vitrificación a bajas temperaturas de quema. Una vitrificación mayor debe, en teoría, mejorar la calidad de los ladrillos, pero es contrarrestado por la porosidad y absorción de agua mayores. Por lo tanto, la adición de carbonatos puede mejorar las características tecnológicas de ciertos tipos de productos, tales como las cerámicas, pero no de los materiales de construcción. Los cambios de textura y mineralogía más significativos se observan en muestras con carbonatos cuando están cocidos a temperaturas mayores que 800º C. En general la fusión empieza a temperaturas más bajas (alrededor de 800º C) cuando los carbonatos están presentes. Los del calcio y el magnesio pueden actuar como fundentes. 1.10 Conclusiones Parciales 1. Se pude definir la durabilidad de un ladrillo como: la capacidad que tiene de sostener sus características de resistencia, estabilidad dimensional y resistencia al desgaste por la acción atmosférica, durante la vida útil de la estructura. 2. La durabilidad de un material depende de las condiciones a las cuales está sujetado. 3. Para medir la durabilidad de un ladrillo, hay que evaluar su resistencia tanto al ataque químico como al ataque físico. 4. Dentro de los agresores químicos figuran las sales solubles que cristalizan dentro de los poros del ladrillo. Para evaluar la acción dañina de las mismas, se realiza el ensayo de cristalización de sales.. 40.

(41) Capítulo 1: Estado del Arte 5. Los principales agentes del deterioro físico son los cambios de temperatura y humedad. Para estimar los efectos que provocan en las construcciones, hay que simular su acción mediante los ensayos cíclicos de humedad-secado.. 41.