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

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(1)Pensamiento.. Facultad de Construcciones Departamento de Ingeniería Civil. TRABAJO DE DIPLOMA. Estudio de durabilidad de las piezas cerámicas fabricadas a partir del Carbonato de Calcio como aditivo fundente.. Autora: Rosanna Herrera Machado Tutor: MSc. Yosvany Díaz Cárdenas.. Santa Clara, Cuba. 2010. Página 1.

(2) Pensamiento.. En la tierra hacen falta personas que trabajen más y critiquen menos, que construyan más y destruyan menos, que prometan menos y resuelvan mas y aspiren a recibir menos y a dar más. Que digan ahora que mañana. Che.. Página 2.

(3) Agradecimientos.. Quiero agradecerles a todos los que de una forma u otra me brindaron su apoyo para realizar mi sueño de ser ingeniera. De manera especial a: A mis padres, por su amor incondicional, por su apoyo durante esos cinco años, por estar a mi lado en aquellos momentos difíciles cuando más lo necesitaba, gracias. A mi ABUELITA que siempre estuvo al tanto de mis estudios, por haberme dicho sigue adelante cuando todo se veía gris. A mi hermana y mi cuñado por darme su apoyo, Y ser tan especial en mi vida. A mi sobrinita que a pesar de su corta edad me ha sabido dar mucho ánimo cuando lo he necesitado. A mi novio por estar junto a mí dándome amor cuando mas falta me hacía. A todos mis amigos, pero en especial a Yarelin González Rosales, por ser como una hermana para mí y brindarme toda su ayuda y comprensión. A toda mi familia pero en especial a mi tío fide que siempre estuvo al tanto de mi carrera universitaria. A mis compañeros de estudios, con los cuales pase momentos inolvidables que nunca saldrán de mi memoria.. Página 3.

(4) Agradecimientos.. A mi tutor Yosvany Díaz Cárdenas por toda su dedicación y por haber confiado en mí. A todos los profesores de la Facultad de Construcciones por todas sus enseñanzas brindadas. A todos Muchas Gracias. Rosanna Herrera Machado.. Página 4.

(5) Dedicatoria.. En estas páginas se encierra una parte de mis sueños: por eso se las dedico a mi familia, y especialmente a mis padres que me dieron la vida y me enseñaron a caminar por el camino correcto…. Página 5.

(6) Resumen.. Resumen El presente trabajo se desarrolló en la Facultad de Construcciones de la Universidad Central de las Villas, con el objetivo de evaluar la acción de los agentes deteriorantes físicos y químicos en las piezas de cerámica roja, con la adición de carbonato de calcio como fundente bajo diferentes condiciones de fabricación. Para desempeñar esta tarea se realizaron varios ensayos a nivel de laboratorio con muestras elaboradas con un 2 % de aditivo y cocidas a dos temperaturas (800°C y 900°C) durante 3 horas, donde se evaluó la resistencia de las muestras realizando los ensayos de Humedecido y Secado, el cual es un indicio de la resistencia ante los efectos de la humedad, ensayo de Capilaridad y por ultimo ensayo de Sorptividad. Se obtuvo que las muestras elaboradas con un 2 % 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.. Página 6.

(7) Resumen.. Resumen (ingles) The present work was developed in the Faculty of Constructions of Central University of Santa Clara, with the aim of evaluating the action of the physical and chemical deterior agents in the pieces of red ceramics, with the calcium carbonate addition like flux in the different conditions of manufacture. In order to carry out this task several tests concerning laboratory with made samples were realized with 2%of additive and cooked to two temperatures. (800°C y 900°C). during 2 or 3 hours where the resistance of the samples was evaluated realizing the tests of “Dampened and Dried,” which is an indication of the resistance before the effects of the humidity, test of Capillarity and finally test of Soportivity. These tests complemented with the traditional physicomechanical studies of resistance and absorption. It was obtained that the samples made with 2% of carbonate and burned at 800°C present better results as far as the properties of resistance, percentage of absorption and durability, which demonstrates. the. feasibility. Página 7. of. this. additive..

(8) Índice.. Pág.. PENSAMIENTO AGRADECIMIENTO DEDICATORIA RESUMEN ÍNDICE INTRODUCCIÓN ---------------------------------------------------------------------12 Capítulo 1: Estado del Arte---------------------------------------------------------19 Generalidades--------------------------------------------------------------------------19 1.1.1 Productos cerámicos-------------------------------------------------19 1.1.2 Materias primas en los materiales cerámicos--------------------20 1.1.3 Selección de la materia prima--------------------------------------21 1.2 Características de las arcillas---------------------------------------------22 1.2.1 Estructura Micro estructural.----------------------------------------24 1.2.2 Composición mineralógica.------------------------------------------25 1.2.3 Composición química.------------------------------------------------25 1.2.4 Tipos de arcilla que existen-----------------------------------------27 1.2.5 Reguladores de la plasticidad.--------------------------------------28 2.0 Ladrillos de Cerámica Roja-------------------------------------------------29. Página 8.

(9) Índice.. 2.1.1 Clasificación de los ladrillos------------------------------------------29 2.1.2 Propiedades de los ladrillos------------------------------------------31 2.1.3.1 Condiciones que deben reunir los ladrillos.-------------------35 3.0 Características de los materiales cerámicos.------------------------35 3.1 Las propiedades de los materiales cerámicos son los siguientes-37 3.1.1 Materia prima de los materiales cerámicos-----------------------37 3.1.2 Naturaleza, composición química----------------------------------37 3.1.3 Tratamientos de los materiales cerámicos------------------------38 4.0 Durabilidad-----------------------------------------------------------------38 5.0 Patología de los ladrillos-------------------------------------------------39 5.1.1 Ataque de sulfatos----------------------------------------------------40 5.1.2 Uso de materiales inestables. Caliches---------------------------41 5.1.3 Acción del hielo.------------------------------------------------------41 5.1.4 Corrosión de materiales metálicos--------------------------------42 5.1.5 Cambios dimensionales. Expansión por humedad-------------43 5.1.6 Eflorescencias--------------------------------------------------------44 6.0 Factores que afecta el proceso de deterioro------------------------45 6.1 Efecto de la humedad--------------------------------------------------46 6.2 Efecto de la temperatura----------------------------------------------46. Página 9.

(10) Índice.. 6.3 Efecto de la presión atmosférica------------------------------------47 6.4 Congelación y deshielo------------------------------------------------47 6.5 Los agentes químicos--------------------------------------------------48 6.6 La acción física----------------------------------------------------------48 6.7 Los cambios de volumen----------------------------------------------48 7.0 Influencia de los aditivos fundentes sobre las propiedades de los materiales cerámicos-----------------------------------------------------------49 7.1 Los fundentes-----------------------------------------------------------49 7.1.1 Generalidades de los Fundentes------------------------------------49 7.1.2 Utilización de aditivos fundentes-------------------------------------50 8.0 Patologías de los muros u otros elementos cerámicos--------------52 9.0 Necesidad de pruebas-------------------------------------------------------53 Conclusiones Parciales Capítulo 2: Diseño del experimento 2.1 Diseño de experimento---------------------------------------------------56 2.2 Declaración de las variables independientes y sus niveles -----58 2.3 Declaración de las variables dependientes.-----------------------59 2.4 Materias primas utilizadas-----------------------------------------------60 2.5 Características de las materias prima-------------------------------60 2.6 Ensayo de Granulometría----------------------------------------------61 Página 10.

(11) Índice.. 2.7 Ensayo de Composición Química a las diferentes materias primas utilizadas------------------------------------------------------------------------62 2.8 Dosificaciones empleadas-----------------------------------------64 2.9 Ensayos de Durabilidad al Producto Terminado---------------65 2.9.1 Ensayo de Humedecido y Secado------------------------------65 2.9.2 Ensayo de Capilaridad--------------------------------------------66 2.9.3 Ensayo de Sorptividad-------------------------------------------69 Conclusiones Parciales Capítulo 3: Análisis de los resultados 3.1 Análisis de los resultados----------------------------------------------71 3.2 Ensayo de Humedecido- Secado---------------------------------71 3.3 Ensayo de Capilaridad----------------------------------------------73 3.4 Ensayo de Sorptividad----------------------------------------------77 Conclusiones Parciales Conclusiones Generales Recomendaciones… Referencias… Bibliografía. Anexos…. Página 11.

(12) Introducción.. Introducción Al paso de los siglos el hombre ha modificado y mejorado su entorno para su comodidad, así como ha ido avanzando la tecnología, también lo hicieron los requisitos para satisfacer sus necesidades básicas, y por esta razón se volvieron cada vez más sofisticados, hasta que la cueva dejó de cumplir sus expectativas de una vivienda segura y funcional. La búsqueda de materiales de construcción fue influenciada 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, donde la sostenibilidad de la misma no va acoplada con el desarrollo de los materiales de construcción. Consecuentemente, la adquisición de una vivienda no es asequible a un gran por ciento de la población, y actualmente el problema de la vivienda, sin duda, es el más serio y más grave que tiene el país desde el punto de vista social, surgiendo de esta forma la necesidad. de producir. materiales con tecnologías sostenibles que ahorren energía; de esa necesidad nacieron diversas investigaciones 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 mineralógicas. Con esta adición se logró reducir la temperatura y el tiempo de quema de forma considerable, haciendo 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. Página 12.

(13) Introducción.. económicos. Además tiene un clima tropical, húmedo e insular, elementos que atacan agresivamente a todo material, ya sea natural o artificial. Una vivienda debe durar como mínimo 50 a 80 años. La Cerámica Roja (Ladrillos, pisos y tejas) es uno de los pocos materiales de construcción que puede mostrar obras de más de 1000 años de antigüedad y que todavía conservan todo su esplendor. A modo de ejemplo podemos citar la Gran Muralla China, Monumentos de la Antigua Roma y la Ciudad de Venecia con sus críticas condiciones higrotérmicas. Una vivienda de mampostería, bien diseñada y construida, no debería tener problemas durante su vida útil, sin embargo a veces por falta de conocimientos, o usos y costumbres no se construye de acuerdo a las reglas establecidas. 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 ladrillos de cerámica roja fabricados a escala industrial utilizando el carbonato de calcio como fundente variando diferentes parámetros como son: . Porciento de aditivo. . Tamaño de partículas. . Temperatura. . Tiempo de residencia.. Página 13.

(14) Introducción.. Definición del problema de investigación. Con la utilización de fundentes (carbonato de calcio) dentro de la mezcla de arcilla, se hace necesario 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 ladrillos 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 como fundente, 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: Demostrar que el empleo del carbonato de calcio como aditivo fundente en la fabricación de ladrillos de cerámica roja no afecta significativamente la durabilidad de los mismos. De éste se derivan los siguientes objetivos específicos: 1. Estudiar el comportamiento de los ladrillos de cerámica roja con adición de carbonato de calcio ante la acción de agentes deteriorantes tanto físicos como químicos. 2. Establecer una comparación entre las muestras elaboradas con aditivo y sin aditivo en cuanto a durabilidad.. Página 14.

(15) Introducción.. Metodología de investigación: 1. Búsqueda bibliográfica sobre el tema. 2. Caracterización de las materias primas: arcilla, carbonato de calcio. 3. Diseño del experimento. 4. Preparación de la base experimental. 5. Análisis de los resultados Tareas científicas: 1. Resumir sobre el estado del arte en los siguientes temas:  Agentes destructores de los materiales cerámicos en general y de los ladrillos de cerámica roja en particular.  Ensayos de durabilidad aplicables a los ladrillos y muros de cerámica roja. 2. Evaluación de las principales materias primas a emplear:  Realizar ensayos físico-mecánicos a las series de ladrillos 3. Realizar ensayos de durabilidad a las series de ladrillos. 4. Realizar un estudio de la influencia del Carbonato de calcio como fundente. dentro de las pastas cerámicas utilizando el microscopio óptico. Página 15.

(16) Introducción.. Novedad científica: Se cuenta por primera vez con un estudio a nivel macro y micro estructural del comportamiento de los ladrillos de cerámica roja con la adición de carbonato de calcio ante el ataque de agentes físicos y químicos. Aportes científicos relevantes: 1. La utilización del carbonato de calcio como aditivo fundente en la producción de ladrillos de cerámica roja. 2. La utilización del carbonato de calcio como fundente no afecta la durabilidad de los mismos Valor práctico Ingenieril: Obtener un ladrillo con características similares a los ladrillos rojos de arcilla quemada que se producen de forma tradicional en la construcción, pero en esta ocasión se va a requerir mucho menos energía y tiempo de quema que los ladrillos tradicionales. El trabajo desarrollado se estructura en tres capítulos: 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, las temperaturas a las que se van a quemar los ladrillos y los tiempos de cocción. Página 16.

(17) Introducción.. 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. Cuenta además con una referencia bibliográfica y anexos.. Página 17.

(18) Introducción.. 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. Página 18.

(19) Capítulo I. 1.0 Estado del Arte 1.1 Generalidades. Se les dice materiales cerámicos a los compuestos químicos constituidos por metales y no metales (óxidos, nitruros, carburos, etc.) que incluyen minerales de arcilla, cementos y vidrios. (1) Se trata de materiales o minerales que son aislantes térmicos y que a elevadas temperaturas y en ambientes agresivos, son más resistentes que los metales y los polímeros. Desde el punto de vista mecánico, son duros y ligeros pero frágiles. Los enlaces interatómicos pueden ser de carácter iónico, o bien pueden ser de carácter predominantemente iónico con carácter covalente parcial. Las cerámicas se pueden presentar en forma vítrea, monocristalina, policristalina o combinaciones de algunas de ellas. Estos materiales tienen dos características importantes: por un lado, su capacidad de resistir al calor y por otro, su resistencia al ataque químico que son debidas sustancialmente a la fortaleza del enlace entre sus átomos que les confiere un alto punto de fusión, dureza y rigidez. 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. 1.1.1 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). Página 19.

(20) Capítulo I. 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, tubos, etc.) 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. Elementos plásticos: Son las arcillas y caolines que forman la base de las pastas cerámicas debido a su plasticidad. Las arcillas son rocas sedimentarias disgregadas, comprenden varios silicatos-alumínicos hidratados y cristalizados procedentes de la descomposición de los feldespatos por la acción erosiva de la atmósfera, junto con la acción química del anhídrido carbónico y emanaciones volcánicas. Las arcillas puras reciben el nombre de caolín y poseen un 46.3% de SiO2, 39.8% de Al2O3 y 13.9% de H2O, forman una tierra suelta, poco plástica, pierde rápidamente el agua de amasado por desecación, contrayéndose poco; da por cocción productos compactos, duros y blancos. Su densidad es igual a 2.6 y una dureza 1 en la escala de Mohs. 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. 1.1.2 Materias primas en los materiales cerámicos: La materia prima principal del proceso de fabricación de la cerámica, es la arcilla. Raramente esta puede ser utilizada tal y como está en la naturaleza, por lo que hay que añadir otros materiales tales como fundentes u otros tipos de. Página 20.

(21) Capítulo I. arcillas para mejorar sus propiedades. De hecho existen diferentes formas de preparar las arcillas de acuerdo con el fin que se persiga. (11) No obstante en la preparación de una pasta cerámica existen tres ingredientes principales: los elementos plásticos, los magros o desengrasantes y los fundentes. La proporción y calidad de estos tres ingredientes determinará el producto cerámico. 1.1.3 Selección de la materia prima: Para diseñar correctamente la pasta se debe tener información sobre las materias primas disponibles, las propiedades del producto a fabricar y las características del proceso de fabricación. En efecto, la información acerca de las materias primas disponibles puede pasar por ver su costo. En una primera aproximación hay que suponer que las propiedades de las materias primas son aditivas, lo cual no es siempre cierto. (12) Propiedad. Caolinita. Illita. Montmorillonita. superficie especifica. Baja. Intermedia. Altísima. Tamaño de partícula. Grande. Intermedio. Pequeño. Defloculación. Buena. Regular. Difícil. Resistencia mecánica. Baja. Buena. Altísima. Plasticidad. Baja. intermedia. Altísima. Contracción en secado. Baja. Baja. Altísima. Temperatura de cocción. Alta. Baja. Baja. Rango de cocción. Ancho. Estrecho. Estrecho. Tabla N°1: Influencia de las materias primas en el producto final. Página 21.

(22) Capítulo I. 1.2 Características de las arcillas: Podríamos definir a la arcilla como una sustancia mineral terrosa, compuesta en gran parte de hidrosilicato de alúmina, que se hace plástica cuando se humedece, dura y semejante a la roca cuando se cuece, es. la sustancia. mineral proveniente de la disgregación y descomposición de las rocas feldespáticas durante millones de años, para dar lugar a partículas pequeñísimas. Esta descompuesta en partículas de tamaño inferior 4µ, se puede encontrar en ambientes marinos. Podríamos definir la cerámica como el conjunto de productos basados en la arcilla ó el caolín transformados por la acción del fuego. El término arcilla se usa habitualmente con diferentes significados:(9), (24) El término arcilla se usa habitualmente con diferentes significados:(25) Desde el punto de vista mineralógico, engloba a un grupo de minerales (minerales de la arcilla), filo silicatos en su mayor parte, cuyas propiedades físico – químicas dependen de su estructura y de su tamaño de grano, muy fino (inferior a 2 µm).mayor parte de los casos de origen detrítico, con características bien definidas. Para un ceramista una arcilla es un material natural, que cuando se mezcla con agua en la cantidad adecuada se convierte en una pasta plástica. Desde el punto de vista económico las arcillas son un grupo de minerales industriales con diferentes características mineralógicas y genéticas y con distintas propiedades tecnológicas y aplicaciones. El color de las mismas depende de la proporción de impurezas y partículas de oxido de hierro: Por ejemplo: Blanquecino – pobres en hierro. Rojas – ricas en hierro y poca alúmina. Anaranjado - poca alúmina y ricas en hierro y calizas. Página 22.

(23) Capítulo I. Se clasifican por su origen geológico y su composición química  Por su origen geológico: Modernas – Aluviales Provenientes por arrastres de ríos Características: - Heterogéneas – Consistencia variable - Impurezas Antiguas - Consolidadas Provenientes de la presión de suelo Características: - Homogéneas – Consistentes  Por su composición química Magras - Excesiva cantidad arena (sílice) . Bajo porcentaje de alúmina (10 a 20%). . Pierden humedad con rapidez con poca contracción. . Funden a temperaturas menores que las grasas. Grasas - Alto porcentaje de alúmina (>40%) . Alta contracción en el secado. . Alta plasticidad. . Funden a altas temperaturas. Página 23.

(24) Capítulo I. 1.2.1 Estructura Micro estructural: ARCILLAS. LIMOS 0,002mm. ARENAS 0,063 mm. GRAVAS 4 mm. Tabla N°2: Estructura Micro estructural (10) Considerando las arcillas como un mineral natural complejo, constituido principalmente por una mezcla de sílico aluminatos cristalinos a los que denominamos minerales arcillosos y de otros silicatos y minerales de hierro, calcio, titanio, etc., acompañados frecuentemente por materia orgánica, su composición mineralógica y química es determinante en el comportamiento de los procesos a los que se destine; asumiéndose las siguientes fórmulas teóricas como representativas de cada mineral:. Página 24.

(25) Capítulo I. 1.2.2 Composición mineralógica: 1. Caolinita: Al2O3 2SiO2 .2H2O. P.M. = 258 g. 2. Illita: K Al2O3 4SiO2. H2O. P.M. = 399 g. 3. Clorita: Al2O3 = 33,52% ; SiO2 =39,85%; 4. Fe2o3=4,46%; MgO =4,58%; CaO = 0,15%; K2O =1,61%; Tio2 = 1,61%; H2O = 13,8% 5. Esmectita (Montmorillonita) Al2O3 4SiO2 .H2O P.M. = 360 g. 6. Feldespato de sodio (Albita) Na2o Al2O3 6sio2 P.M.= 524 g. 7. Feldespato de potasio (Ortoclasa) K2O Al2O36SiO2 P.M. = 556. 8. Anatasa (Tio2) P.M. = 79,9 g. 9. Hematita (fe2o3) P.M. = 159.7 g. 10. Cuarzo (SiO2) P.M. = 60 g. 11.Óxido de calcio (CaO) P.M. = 56 g. Cuando se presentan dos minerales estratificados se asume que la proporción es 1:1; esta se adiciona a cada mineral arcilloso que le corresponda. 1.2.3 Composición química: Se calculan en cada caso los porcentajes de las especies minerales atribuibles a cada elemento, empezando por los limitantes, aplicando el método tradicional de cálculo a partir del peso molecular gramo de cada mineral y de sus componentes químicos, como se muestra a continuación: Silicato de alúmina hidratado.. Página 25.

(26) Capítulo I. Componentes: . sílice - 40%. . alúmina - 39% (variable). Define el grado de calidad del material: . agua - 14%. . impurezas - óxidos (hierro – calcio). . soda. . potasa. Actualmente se conoce que existen numerosos tipos de arcillas, que difieren entre si por la temperatura y los productos, los mismos se muestran a continuación:. Página 26.

(27) Capítulo I. 1.2.4 Tipos de arcilla que existen: Según su composición química:. Tabla N°3: Composición química (10) Según existan en la naturaleza: Podemos hablar de dos tipos de arcillas: las primarias y las secundarias. Arcillas primarias o residuales: Son las formadas en el lugar de sus rocas madres y no han sido por tanto transportadas por el agua, el viento o el glaciar. Estas tienden a ser de grano grueso relativamente no plásticas. Cuando han sido limpiadas de fragmentos de roca, son relativamente puras, blancas y libres de contaminación con materiales arcillosos. La mayoría de los caolines son arcillas primarias. Arcillas secundarias: Son las que han sido desplazadas del lugar de las rocas madres originales. Aunque el agua es el agente más corriente de transporte, el viento y los glaciares pueden también transportar arcilla. Éstas son mucho más corrientes que las anteriores y tienen una constitución más compleja debido a que están compuestas por material procedente de distintas fuentes: hierro, cuarzo, mica, materias carbonosas y otras impurezas.. Página 27.

(28) Capítulo I. Otras de las características principales de las arcillas es la cohesión, contracción, cochura, y la plasticidad, la cual es la capacidad de un material de adoptar diversas formas a través de fuerzas exteriores y poder mantenerlas una vez retiradas las mismas; estas se regulan de diferentes formas: 1.2.5 Reguladores de la plasticidad:  Pureza del material (relación directa).  Cantidad de agua (justa proporción).  Cantidad de aire (relación inversa).  Agregados: Plastificantes, aumenta la plasticidad Sustancias inorgánicas (carbonato y silicatos sódicos) Sustancias orgánicas (humus) Desengrasantes, reduce la plasticidad y contracción Sustancias inorgánicas (ladrillos molidos, cenizas o arenas muy finas) Algunos actúan también como reductores del punto de fusión (fundentes) Desengrasantes Fundentes Colorantes Con relación a la cohesión la cual es la estructura laminar del material (tamaño y forma de las partículas), permiten retener la humedad y mantener la forma. (10)Por su parte la contracción es el fenómeno consecuente de la pérdida de agua (Reducción promedio aprox. 10%). Página 28.

(29) Capítulo I. Elementos que regulan: 1 – forma de secado 2 – calidad de la arcilla 3 – temperatura y humedad del aire La cochura es otra de las características principales de la arcilla mediante la cual el producto adquiere sus características definitivas cerámicas. Escala de temperaturas de cochura: 1. hasta 400° - secado sin cambios estructurales reversible 2. 400° a 600° - elimina el agua de composición con variación de sus propiedades. Contracción definitiva, irreversible. 3. Mayor a 600° - depende de los tipos de arcillas. (9) 2.0 Ladrillos de Cerámica Roja: 2.1.1 Clasificación de los ladrillos: Son piezas de forma de paralelepípedo resultantes de la cocción de tierras arcillosas, en las que se establece una relación del ancho al largo de 1:2 y de grosor variable para poder ser manejados con una sola mano. (3) a) Por su fabricación se clasifican en: Ladrillos de tejar y mecánicos. Los ladrillos de tejar se hacen a mano destacándose entre sus principales características las de ser toscos, con caras rugosas y no muy planas. Según su grado de cocción, reciben las siguientes denominaciones. Página 29.

(30) Capítulo I. . Porteros: No cocidos, simplemente desecados.. . Pardos: Poco cocidos, tienen ese color y pequeña resistencia.. . Pintones: Cocción deficiente, presentan manchas pardas y rojas.. . Recochos: Grado exacto de cocción, son resistentes.. . Escafilados: Exceso de cocción, son alabeados y deformados.. . Santos: Muy excesiva la cocción, vitrificados, tienen color azulado.. Los ladrillos mecánicos o cerámicos, se obtienen con arcillas más seleccionadas, moldeados con máquinas llamadas galleteras o prensas, cocidos en hornos de fábrica intermitente o continuos, lo que se traduce en uniformidad de tamaño y cocción. Pueden ser macizos o huecos. b) Por su forma se clasifican en . Ladrillos macizos: Son los prismáticos rectangulares, variando sus dimensiones con las regiones, desde 30x14x6.5cm hasta 25x12x5cm.. . Ladrillos huecos: Los que tienen aligeramiento de sección rectangular. El volumen de huecos es mayor del 33% del aparente del ladrillo.. . Ladrillos de mocheta: Los rectangulares que tienen un corte cuadrado en uno de sus ángulos y sirven para adaptarlos a los cercos de los huecos.. . Ladrillos aplantillados: Tienen forma de cuña, dovela, etc., empleados para dinteles, chimeneas y cornisas.. . Ladrillos perforados: Los que tienen huecos rectangulares o cilíndricos paralelos a una de las aristas, con un volumen del 5 al 33% del aparente del ladrillo.. . Rasillas: Son los ladrillos de menor espesor que se fabrican, variando desde. Página 30.

(31) Capítulo I. 1.5cm para los macizos a 3cm para los huecos y dimensiones de 25x12x3cm. c) Por su destino se clasifican en . Ladrillos de paramento o finos, son los obtenidos mecánicamente, fabricados esmeradamente, con aristas vivas y rectas, caras perfectamente planas y coloraciones uniformes, empleados para exteriores.. . Ladrillos de muro, son los cerámicos corrientes que se emplean en obras enlucidas o interiores.. . Ladrillos refractarios, son los fabricados con productos que pueden resistir temperaturas de 1580 ºC.. d) Por su calidad se clasifican en . De primera: los cerámicos finos, que tienen una resistencia a la compresión de 200 Kg/cm2. . De segunda: los que tienen resistencias de 100 Kg/cm2.. . Ordinarios o corrientes: los que presentan una resistencia mínima de 70 Kg/cm2.. 2.1.2 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. Página 31.

(32) Capítulo I. 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: El coeficiente de conductividad térmica λ está dado en Kcal./m/m2/h/ ºC. Para el material cerámico macizo λ=0.68 y para el material hueco λ =0.32 Resistencias mecánicas: Según la norma española UNE 41004 los ladrillos cerámicos deberán tener las resistencias aparentes mínimas siguientes:. Macizos (Kg/cm2). Perforados y huecos (Kg./cm2). A y B - 200. B - 200. A y B - 100. B - 100. C - 70. B - 50 C - 20. Tabla N° 4: Características imprescindibles para el uso 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:. Página 32.

(33) Capítulo I. 1) durabilidad 2) color 3) textura, 4) variación del tamaño 5) resistencia a la compresión 6) 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.. Página 33.

(34) Capítulo I. 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 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 6% Contracción debido a la quema: del 2.5 al 6 % 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.. Página 34.

(35) Capítulo I. 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. 2.1.3.1 Condiciones que deben reunir los ladrillos: a) Ser de masa homogénea, grano fino y no contener caliches. 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. j) Resistir a compresión de 200 a 70 Kg/cm2, según la calidad. 3.0 Características de los materiales cerámicos: (33) Existen tres tipos de, materiales cerámicos: 1. Cerámicos porosos. Página 35.

(36) Capítulo I. 2. Cerámicos no porosos 3. Cerámicos refractario Y los mismos sirven en la fabricación de grandes productos como son: 1- Artesanales 2 -Industriales 3-de bicocción 4-de monococción Productos y usos en la construcción: 1.- Productos artesanales  Ladrillo  Tejuela  Chorizó Uso en la construcción:  Mampostería: elevación de muros  Revestimiento: Muro visto: Ladrillo Chorizo Aplacado: Tejuela Pavimentos: Ladrillo Tejuela  Estructura: cerámica armada. Página 36.

(37) Capítulo I. 3.1 Las propiedades de los materiales cerámicos son los siguientes:  Aspecto: dimensiones, coloración, etc.  Densidad: 1000 y 2100 Kg./m3  Porosidad  Absorción  Succión  Permeabilidad  Resistencias mecánicas  Resistencia a la intemperie  Eflorescencias 3.1.1 Materia prima de los materiales cerámicos: Arcilla Agua Adiciones Tratamientos superficiales 3.1.2 Naturaleza, composición química: Caolín al2o3 2sio2 + 2h2o. Página 37.

(38) Capítulo I. 3.1.3 Tratamientos de los materiales cerámicos: . Esmalte. . Vidriado. . Hidrofugación. 4.0 Durabilidad: La durabilidad es una de las palabras más comúnmente usadas en el campo de los materiales de construcción; es la calidad más importante para cualquier material de construcción puesto en el funcionamiento adecuado por un tiempo largo 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. 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.. Página 38.

(39) Capítulo I. 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. 5.0 Patología de los ladrillos: La durabilidad de los productos cerámicos es una de las características más interesantes y apreciadas, ya que existen pocos materiales como los ladrillos que puedan resistir el paso del tiempo de una forma tan favorable y sin cuidados de mantenimiento. (7) En muchas ocasiones las obras de productos cerámicos presentan defectos que puede ser internos debidos a los materiales empleados (cerámica o mortero), o externos por alteración de agentes procedentes del exterior (terreno, atmósfera...). Los defectos más corrientes son producidos por las siguientes causas: 1.- Ataque de sulfatos. 2.- Uso de materiales inestables. Caliches 3.- Acción del hielo. Heladicidad 4.- Corrosión de materiales metálicos. 5.- Cambios dimensionales. Expansión por humedad. 6.- Eflorescencias. 7.- Impermeabilidad frente al agua de lluvia.. Página 39.

(40) Capítulo I. 5.1.1 Ataque de sulfatos: La presencia de sulfatos puede deberse a la misma cerámica (de la arcilla o de los gases de combustión durante el proceso de cocción), proceder del terreno (aguas sulfatadas) o de la atmósfera (humos industriales o calefacciones). Los sulfatos representan uno de los mayores riesgos de agresión química para el mortero y hormigón. Las reacciones químicas que incluyen la formación de productos expansivos en el hormigón o mortero ya endurecido pueden dar lugar a efectos perjudiciales, ya que la expansión puede producir tensiones mecánicas internas que, eventualmente, se traducen en deformaciones y desplazamientos en diferentes partes de la estructura, en la aparición de grietas y fisuras, desconchados, etc. Figura 1: Micrografías de la etringita. (a).- Etringita masiva expansiva mal cristalizada formada topo químicamente.. Página 40.

(41) Capítulo I. (b).-Cristales bien formados de etringita no expansiva precipitados a partir de la solución. 5.1.2 Uso de materiales inestables. Caliches. La causa principal son los nódulos de cal viva sin apagar o caliches, existentes en el mortero o la pieza cerámica. Habitualmente se utiliza el término” caliches” para denominar los granos de óxido cálcico existentes en las piezas cerámicas de arcilla cocida. Los desconchados por caliche se deben a la expansión producida por la hidratación de granos de óxido cálcico para formar hidróxido cálcico. Si la cal está finamente molida, el efecto se reduce. Los granos de óxido cálcico se forman durante la cocción y proceden de los granos de caliza (carbonato cálcico), contenidos en la materia prima, que no han sido suficientemente triturados durante el proceso de molienda. Para tamaños menores de 0.5 mm, la actividad de los “caliches” es muy baja, siendo muy poco probable su acción rompedora. Para minimizar los desconchados por caliches, el fabricante cuenta con medios durante el proceso de fabricación como son molienda más fina, la regulación correcta de la temperatura de cocción y/o la inmersión del material en agua a la salida del horno. 5.1.3.- Acción del hielo. Si los materiales cerámicos o los morteros contienen agua en tiempo frío, existe peligro de heladas con la consiguiente expansión y disgregación del material. La acción destructiva del hielo se debe al aumento de volumen (un 9 % aproximadamente) que se produce al pasar al estado sólido el agua existente en el interior del material durante las heladas. El hielo formado produce fuertes. Página 41.

(42) Capítulo I. tensiones que sólo pueden ser adecuadamente soportadas por aquellos materiales cerámicos cuya estructura interna y resistencia sean adecuadas. (7), (17).. Figura 2: Expansión y posterior disgregación debidas al ataque de las heladas 5.1.4 Corrosión de materiales metálicos. Si se produce la corrosión de elementos metálicos empotrados en una obra de fábrica o en cerámicas armadas por filtración de agua, ácidos, sulfatos o cloruros, da lugar a un aumento de volumen que ocasiona la rotura del material. La reacción del Ca (OH)2 del mortero con el CO2 de la atmósfera produce la formación de carbonatos: Ca (OH) 2 + CO2 ⇒CO3Ca + H2O. Lo cual lleva consigo una disminución del pH. Al disminuir por lo tanto la basicidad del mortero disminuye la protección que este ofrece a las armaduras por lo que puede iniciarse el ataque a las mismas con el consiguiente aumento de volumen (el oxido tiene un volumen ocho veces mayor que el metal que lo forma). Dicho aumento provoca tensiones internas que provocan la fisuración.. Página 42.

(43) Capítulo I. El fenómeno es más acentuado en los metales férricos que se deben proteger siempre contra la corrosión. 5.1.5 Cambios dimensionales. Expansión por humedad. La expansión por humedad se puede definir como la característica que tienen los productos cerámicos de aumentar mínimamente sus dimensiones, como consecuencia de la fijación de agua procedente de la humedad ambiente. Dicha característica no es específica de la cerámica, ya que existen otros materiales de construcción cuya estabilidad dimensional depende en gran medida de su contenido de humedad. La expansión por humedad en los materiales cerámicos depende de varios factores, entre los que destacan como más importantes: • El tipo de arcilla. • La temperatura de cocción. • El tiempo desde la cocción hasta la puesta en obra. • La humedad. En la Figura 1.3 puede verse el efecto de la expansión por humedad sobre una fachada de ladrillo cerámico.. Figura 3: Efecto de la expansión por humedad sobre una fachada de ladrillo cerámico. Página 43.

(44) Capítulo I. 5.1.6 Eflorescencias: Las eflorescencias son manchas producidas por la cristalización de sales solubles como nitratos, sulfatos alcalinos o de magnesio, que están disueltas en el agua y al evaporarse ésta, aparecen en la superficie del ladrillo. Normalmente se trata de un problema leve de tipo estético, que no afecta a la durabilidad del ladrillo, a excepción de los casos en que se produzca un aporte continuo de sales procedentes del terreno, y que se autoelimina a corto plazo con los ciclos naturales de humectación-secado. Si la cristalización se produce con aumento de volumen y se da internamente puede disgregar la pieza. La causa directa de las eflorescencias es la migración de una solución salina a través del sistema capilar del conjunto mortero-ladrillo y la acumulación de dichas sales solubles en la superficie expuesta, donde se produce una evaporación relativamente rápida. En las zonas de máxima evaporación, se precipitan las sales cuando la solución sobrepasa su concentración de saturación.. Figura 4: Manchas de Eflorescencias.. Aunque en algunos casos pueden tener un aspecto muy parecido, es importante no confundir las eflorescencias con las manchas de mortero, debidas a una deficiente eliminación del sobrante de este material durante la ejecución de la fábrica.. Página 44.

(45) Capítulo I. Origen de las sales solubles: Si bien la aparición de eflorescencias se produce en la superficie del ladrillo, favorecida por la naturaleza del sistema capilar de éste con respecto al mortero, el origen de las sales solubles causantes del problema puede estar en cualquiera de los elementos que componen la fábrica:. 5.1.7. Impermeabilidad frente al agua de lluvia: Cuando la superficie exterior de un muro de ladrillo se moja por acción del agua de lluvia, la humedad tiende a desplazarse hacia la parte seca del mismo. Si la humedad llega a la cara interior del muro siendo éste de una hoja, los problemas que esto crea son bien conocidos: deterioro del revestimiento interior y de los materiales colocados en sus inmediaciones y un ambiente insano en la habitación por el exceso de humedad relativa. 6.0 Factores que afecta el proceso de deterioro: 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: la humedad, la temperatura y la presión.. Página 45.

(46) Capítulo I. 6.1 Efecto de la humedad: 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), (9) En general, para que haya procesos de deterioro en los materiales, se requiere de la presencia de agua. El factor principal es el estado de humedad en el material y no en la atmósfera circundante. Sin embargo, la humedad de la atmósfera circundante contribuye a los fenómenos de deterioro en la medida en que se presenten ciclos de humedecimiento y secado en el material. 6.2 Efecto de la temperatura: Cuando se hace referencia a la agresividad de los procesos físicos, mecánicos, químicos o biológicos del material, se suele olvidar el hacer mención de la temperatura. Sin embargo, el efecto de la temperatura, es muy importante por cuanto ella incide notablemente en la velocidad con la cual pueden ocurrir los fenómenos de deterioro. Las reacciones químicas usualmente son aceleradas por el aumento de la temperatura. Una regla general es que un aumento de la temperatura de diez grados centígrados, duplica la velocidad de la reacción. Por ello, los climas tropicales (cálidos y húmedos), se consideran más agresivos que los demás. Tampoco podemos olvidar las variaciones de la temperatura porque las mismas ocurren en áreas de altas temperaturas ambientales que causan los cambios dimensionales, cuando son resistidas por los confinamientos del muro resulta en rotura, el alabeo, y el agrietamiento 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. Página 46.

(47) Capítulo I. susceptible a daño adicional por tensiones internas puesto que la carga máxima que puede llevar es reducida. 6.3 Efecto de la presión atmosférica: La presión atmosférica y el régimen de vientos, también tienen incidencia sobre la durabilidad de los materiales expuestos al aire, por cuanto puede darse deterioro por erosión de partículas arrastradas por el viento, porque se pueden promover los ciclos de humedecimiento y secado, porque también se pueden ver afectados los ciclos de calentamiento y enfriamiento de la superficie de la tierra. Para estructuras sumergidas en el suelo o en el agua, la acción de la presión del medio que la rodea, el cual puede ser líquido (agua), sólido (suelo contaminado o húmedo), o gaseoso (vapor de agua, oxígeno u otros gases), puede ser más dramática, por cuanto se promueve la penetración de elementos o sustancias que pueden deteriorar los materiales. 6.4 Congelación y deshielo: En las regiones donde las condiciones ambientales permiten la acción de las heladas en ladrillos expuestos y confinados en la estructura del muro puede causar la deterioración. El contenido de agua del ladrillo puede acercar o alcanzar el de saturación por la presencia del agua del deshielo o de otras fuentes. Un ladrillo sometido a los ciclos repetidos de congelación y de deshielo, junto con el efecto de la formación del hielo en los vacíos, y el desarrollo de presiones hidráulicas y osmóticas, dan lugar a la acumulación de fuerzas expansivas dentro del sistema de poros. Esto conduce a la interrupción, aflojamiento y desintegración de partículas. (13). Página 47.

(48) Capítulo I. 6.5 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. (14) 6.6 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 una contra la otra bajo alta presión conduciendo al retiro de material de la superficie del ladrillo. Un ladrillo saturado con los altos niveles de humedad es más susceptible a daño adicional por la acción física en períodos prolongado. (23), (15) 6.7 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. (22), (16).. Página 48.

(49) Capítulo I. 7.0 Influencia de los aditivos fundentes sobre las propiedades de los materiales cerámicos: Los fundentes son productos que se le adicionan a los materiales cerámicos con el fin de disminuir su temperatura de fusión y existen una gran variedad de ellos utilizados en la producción de cerámica tanto industrial como artesanalmente. (18) Estos materiales al combinarse con los aluminosilicatos presentes en las arcillas forman fases mineralógicas a más bajas temperaturas. La temperatura a la que comienza la sinterización o densificación del material cerámico depende del tipo de fundente y del tipo de arcilla; generalmente se conoce que la sinterización comienza (cuando se emplean fundentes) a partir de los 850°C y en casos muy específicos, alrededor de los 500°C. Existen una amplia gama de estos materiales, siendo el carbonato de calcio cuyo componente principal es el mineral Calcita se considera un material fundente. 7.1 Los fundentes: 7.1.1 Generalidades de los Fundentes. Los fundentes dentro de las pastas cerámicas son componentes de bajo punto de fusión, que se combinan con los compuestos alumino-silíceos y que reducen la temperatura de fusión de la masa arcillosa; son sustancias que funden y hacen que fundan otros componentes. En otras palabras, son los encargados de bajar la temperatura de vitrificación y hacen que la pasta cerámica densifique más rápidamente. Algunos de los más comunes agentes fundentes, que disminuyen la temperatura de vitrificación, la temperatura de fusión o la temperatura de reacción, son utilizados con mucha frecuencia en la fabricación de piezas de cerámica como pueden ser:. Página 49.

(50) Capítulo I. Bórax, ácido bórico, carbonato de sodio, carbonato de calcio, nitrato de sodio, carbonato de potasio, huesos calcinados, apatita, fluoruro de calcio, criolita, óxidos de hierro, óxidos de antimonio, óxidos de plomo, minerales de litio y minerales de bario. 7.1.2 Utilización de aditivos fundentes: Carbonato de Calcio (CaCO3) como fundente: Este mineral ejerce una acción fundente muy enérgica en las pastas cerámicas rebajando la temperatura de cocción. Por acción del calor, se descompone en óxido de calcio y desprende gas carbónico, por eso se usa también cuando se desea obtener cerámica porosa. Si aparece en la arcilla como granos grandes, la cal formada durante la cocción tiende a carbonatarse e hidratarse al salir del horno por acción del medio ambiente, produciendo grietas en el interior y erosión en la superficie de los productos como resultado del aumento de volumen. En las pastas crudas actúa como anti plástico, aunque no reduce el encogimiento en el secado tanto como la sílice. Dolomita: El nombre de Dolomita se reserva para las rocas compuestas principalmente por el mineral Dolomita, que consiste en doble carbonato de calcio y magnesia (54% CaCO3 y 46% Mg CO3). La Dolomita se emplea como fundente en los altos hornos y como fundente y escorificante en la metalúrgica. Se emplea como refractarios básicos para la extracción del magnesio metálico. En la industria se utiliza para la preparación de las sales de magnesio. (30) El vidrio molido como fundente en la mezcla de arcilla: El vidrio molido procedente de botellas y recipientes de vidrio es actualmente el aditivo fundente más utilizado en la fabricación de ladrillos de cerámica. Se ha comprobado que una adición entre un 5-10% de vidrio pulverizado a la masa de arcilla influye en el mejoramiento de las propiedades de este material, sobre. Página 50.

(51) Capítulo I. todo en el incremento de la resistencia a la compresión, en la disminución de la absorción de agua y por ende en su durabilidad.(26) El lodo rojo de aluminio o residuo de bauxita: El lodo rojo de aluminio o residuo de bauxita es uno de los más importantes residuos la incorporación del mismo a la mezcla de arcilla, mejora las propiedades de los materiales cerámicos. La presencia en estos lodos de material alcalino en un 4-5% es la que le provee al lodo rojo de aluminio la acción fundente. (27) El Silicato de Sodio: El silicato de sodio es un eficiente y barato aditivo utilizado en la producción de productos a base de arcilla. Se usa específicamente en la extrusión de ladrillos, tejas y otros productos de arcilla cocida. (28) El Feldespato: El feldespato es un mineral que se encuentra muy frecuentemente dentro de la composición química de las arcillas, se encuentra en proporciones entre un 25-55% en las mismas y actúa como un agente fundente bajando la temperatura de fusión de las arcillas y del cuarzo durante la cocción. Las propiedades fundentes de los materiales feldespáticos dependen de su contenido de sílice libre y óxidos alcalinos. Cuando es usado en preferencia al feldespato potásico, es posible hacer ahorros considerables de costos de energía porque son posibles menores temperaturas de quemado. El Bórax: En estudios realizados a ladrillos a base de arcilla con la adición de bórax se ha comprobado que los compuestos del bórax decrecen el punto de fusión de las arcillas, lo cual significa que estos ayudan a alcanzar la vitrificación a más. Página 51.

(52) Capítulo I. bajas temperaturas; además, mejora las propiedades de los ladrillos: Incrementa la densidad, disminuye la absorción de agua y la resistencia a la compresión se incrementa considerablemente. (29) 8.0 Patologías de los muros u otros elementos cerámicos: Al observar un muro defectuoso no solo debemos concentrarnos en el efecto en si mismo sino que además debemos iniciar una pesquisa tratando de lograr la mayor cantidad de datos que nos den una pista sobre la verdadera causa del defecto. Una fisura puede tener múltiples orígenes, en algunos casos una rápida mirada será suficiente para determinar el origen de la misma, pero en la mayoría de los casos no es así. Solo tendremos pistas sueltas que debemos ir uniendo a fin de hallar la verdadera causa. (9), (19) 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. (21) Las características básicas requeridas incluyen fuerza, estabilidad dimensional, y durabilidad (21).Las características secundarias importantes incluyen resistencia a la intemperie, resistencia al fuego, aislamiento térmico, aislamiento acústico y un aspecto satisfactorio. (22) 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. Página 52.

(53) Capítulo I. 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 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. 9.0 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. (31)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 (32).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.(4)Las pruebas proporcionarán los resultados y los datos experimentales de los cuales las tendencias generales y localizadas podrían ser identificadas, y de las cuales se pueden hacer comparaciones con predicciones. teóricas. u. Página 53. otros. datos. disponibles..

(54) Conclusiones parciales.. 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, durante la vida útil de la estructura. La información acerca de las materias primas puede pasar por ver su costo (que sea razonable), pero se ha comprobado que influye mucho en el producto final, en su resistencia mecánica, temperatura de cocción, rango de cocción, plasticidad y la contracción en el secado. Una temperatura de fusión más baja es cumplida si un "agente fundente" se agrega a las materias primas antes del tratamiento térmico. Baja el punto de la fusión del vidrio y permite la sinterización a temperaturas más bajas y probablemente en un periodo mas corto de tiempo. La adición de cantidades de carbonato de calcio de un 2 % de la masa de arcilla mejora la resistencia a compresión de los ladrillos entre 4050% a temperaturas cercanas a los 900°C, y tiempos de sinterización de 1-3 horas. En los ladrillos de arcilla influye su porosidad y produce una serie de cambios mineralógicos, físicos y de textura. Los ensayos en los ladrillos son necesarios para medir sus características de las cuales depende la durabilidad, (tales como la resistencia, la absorción del agua, los cambios micro y macroestructurales).. Página 54.

(55) Conclusiones parciales.. Para medir la durabilidad de un ladrillo, hay que evaluar su resistencia tanto al ataque químico como al ataque físico. Los principales agentes del deterioro físico son los cambios de temperatura. y. Página 55. humedad..

(56) Capitulo II. 2.1 Diseño del Experimento: En el presente capítulo se explica el procedimiento llevado a cabo para realizar las diferentes pruebas a las que fueron sometidas las muestras cerámicas, como es el caso de los ensayos de sorptividad y capilaridad, ensayos de (humedecimiento-secado. Para los ensayos de laboratorio se utilizo una arcilla del combinado de ladrillos ´´Fructoso Rodríguez en Cienfuegos y el carbonato de calcio procede de la cantera de Palenque ubicada en el municipio de Remedios. Se hizo varias visitas al combinado de ladrillo mencionado, el mismo se encuentra en la zona industrial II de la ciudad de Cienfuegos, la fabrica cuenta con dos almacenes de arcillas techados con planchas metálicas, una trituradora donde se trituran y se mezclan a seco las dos arcillas(la aglomerante y la desgrasante), luego se lleva la mezcla seca a otra trituradora donde se tritura hasta una finura bien alta, fina se lleva a una amasadora donde se le vierte la cantidad requerida de agua, antes de seguir al molde donde se puede elaborar los bloques con mas de una forma, el mismo lleva un sistema de compactación lo que mejora la calidad del producto final, el producto sale del molde en barras continuas para que se corte mediante una cortadora mecánica, los bloques húmedos se llevan a almacenar bajo techo de planchas metálicas para un secado a temperatura ambiente, días después se cargan los bloques al horno donde se colocan en espera de la quema; la fabrica tiene dos hornos, uno pequeño de quema invertida, y un horno Hoffman de 50 mil bloques de capacidad; la torre chimenea del horno Hoffman se quedó desaprovechada por las tupiciones que sufrían los conductos subterráneos, por ello se conectó la conductora principal de la torre al horno con conductos inducidos con ventiladores grandes, y de esta manera se tiran las gases desprendidas por la quema de los ladrillos.. Página 56.