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Ladrillos Cerámicos en la Construcción para el Desarrollo

De Construpedia

Uoc.jpg ESF.jpg ACCD.jpg Nota: Este artículo ha sido creado gracias a Ingeniería Sin Fronteras en el marco del Programa de Afiliados de la Construpedia. El contenido pertenece a la publicación Tecnologías y Materiales de Construcción Para el Desarrollo (Cladera, A., Etxeberria, M., Schiess, I., Pérez, A.).

¡Atención! Esté artículo está sujeto a Derecho de Autor.


Los Materiales Cerámicos se obtienen por transformaciones físico-químicas de la arcilla mediante el calor, moldeándose previamente las piezas gracias a la plasticidad que adquieren las pastas arcillosas con cierto contenido de agua.

Es uno de los materiales más antiguos que se utiliza actualmente tanto en países en vías de desarrollo como en países desarrollados.

Sus aplicaciones se centran en la construcción de Muros.

Se pueden utilizar los Adoquines cerámicos como material de construcción en lugares donde se quieren mejorar la pavimentación, donde el tráfico no es pesado como la pavimentación de las calles de Santa Cruz en Bolivia.

Las aplicaciones son numerosas gracias a su propiedades físicas (ligereza, porosidad y buen Aislamiento Térmico aunque no Acústico), mecánicas (buena resistencia a Compresión y Tracción y perfecta adherencia a los Morteros) y química (inalterabilidad a agentes atmosféricos y durabilidad).

Contenido

Materias Primas y Fabricación

Los materiales cerámicos se obtienen a partir de los siguientes materias primas:

  • Materiales plásticos (distintos tipos de arcillas por descomposición de los feldespatos cuya fórmula esquemática es: SiO2 Al2O3 H2O),
  • Materiales no plásticos:
    • desgrasantes (arenas, reducen la excesiva plasticidad de algunas arcillas),
    • material fundentes (reducir la temperatura de cocción ya que bajan el punto de fusión del material).
  • Se añadirá agua para obtener plasticidad.

Se conforman las piezas por presión debido a su plasticidad, se desecan y luego consiguen su transformación irreversible que le darán carácter pétreo por cocción que se hará a diferentes temperaturas según la aplicación deseada (pueden necesitar diferente composición).


Materias Primas

Para la fabricación de materiales cerámicos se utilizan las siguientes materias primas:

  • Plásticas: arcillas naturales de una o más variedades para poder conseguir mejores propiedades. Normalmente micas y caolines. Son silicatos alumínicos hidratados y cristalizados cuya fórmula esquemática es SiO2Al2O3H2O.
  • No plásticas: materias que se agregan a las arcillas para disminuir su excesiva plasticidad, trabajar su temperatura de cocción, aumentar su porosidad, colorear o recubrir de esmalte las piezas.

Se utilizan dos tipos fundamentalmente:

  • Desgrasantes: Materiales arenosos que reducen la excesiva plasticidad de algunas arcillas. Los más utilizados son:
    • La arena de cuarzo (SiO2). Aumenta de volumen al elevar la temperatura reduciendo la contracción de la pasta aunque un alentamiento brusco produce una expansión violenta que podría romper la pieza.
    • El feldespato potásico que da transparencia a porcelanas y lozas.
    • La chamota o barro cocido en el más utilizado y económico por proceder de piezas rotas o defectuosas que se pulverizan añadiéndose a la arcilla y no se contrae al volverse a conocer.
  • Fundentes: Se añaden a la pasta para reducir la temperatura de cocción ya que bajan el punto de fusión del material, abaratando costos y permitiendo la parcial vitrificación de las piezas.
    • Carbonato cálcico es el más utilizado.

El agua se presenta en las arcillas en tres formas: Hidratación químicamente combinada, plasticidad, rodeando las partículas minerales o intersticial, rellenando los huecos entre los granos.

Las arcillas de acuerdo al grado de plasticidad se clasifican en secas, magras y grasas. Esta plasticidad se puede aumentar con hidróxido, carbonato o silicato sódico, con cal, oxalato y humus. La misma se puede reducir con la utilización de desgrasantes.

En la fase de desecación, inicialmente se pierde el agua intersticial de los poros y a continuación le da plasticidad pero en ningún caso le da hidratación, siendo en este último caso el proceso irreversible.

De acuerdo con el cociente entre sus óxidos Al2O3 y Fe2O3, según el porcentaje que contengan las materias primas se clasifican en:

  • A/F > 5.5: Arcillas puras alúmina para refractarios y porcentaje de color blanco.
  • A/F < 5.5: Arcillas ricas en alúmina y pobres en hierro para lozas y color amarillo grisáceo.
  • A/F = 3: Arcillas pobres en alúmina, y ricas en hierro para materiales de construcción (tejeria). Color rojo a violáceo.
  • A/F = 1.5: Arcillas ricas en hierro y cal. También para construcción. Colores rojo claro y blanco amarillento.

Efecto de las impurezas: Las impurezas que aportan las arcillas, debida a su origen sedimentario, pueden mejorar alguna propiedad del material cerámico pero perjudicar otras. En esquema, el efecto es el siguiente:

  • SiO2 arenas: aportan dureza y resistencia mecánica a las piezas y son desgrasantes pero quitan homogeneidad. Para evitarlo se deben moler muy finamente. Se detectan por el tacto, tamaño del grano y brillo.
  • CO3Ca caliza: CO3Ca + Calor ---> CO2 + CaO y se hidratan con carácter muy expansivo al mojar las piezas fisurándose.
  • CO3Mg dolomía: se descompone a mayor temperatura que la caliza por lo que no produce su efecto. Es refractaria.
  • Fe2O3 óxido de hierro: aporta resistencia mecánica. Da arcillas más bastas y heterogéneas. Da coloración rojiza o gris.
  • SO4Ca y álcalis: no aporta nada, tiene alta solubilidad que produce eflorescencias y manchas externas.

Ingredientes de un Buen Ladrillo

Ingredientes de un buen ladrillo.

La arcilla que se utiliza para fabricar los ladrillos tiene sílice y alúmina como principales componentes, pero además tiene otros componentes.

Función de cada uno de los ingredientes

Sílice

Permite al ladrillo mantener su forma y le da durabilidad, previene la retracción. Un exceso de sílice produce un ladrillo frágil y débil al calor. Una cantidad elevada de arena o una sílice no combinada no es deseable. Pero se añade para disminuir la refractariedad de la arcilla baja en alúmina.

Alúmina

Absorbe agua y da plasticidad a la arcilla. Si hay exceso se producen fisuras en el ladrillo al cocer. Arcillas con alto contenido de alúmina son muy refractarios.

Cal

Normalmente en la arcilla hay menos del 10%. Influye de la siguiente manera:

  • Reduce la retracción por secado.
  • Produce que se funda la sílice de la arcilla y ayuda a la adherencia
  • En forma carbonatada, reduce la temperatura de fusión.
  • En exceso produce que el ladrillo se funda y pierda su forma.

Óxido de hierro

Normalmente tiene menos de 7%:

  • Le da el color rojo en exceso podrá pasar a ser de color azul.
  • Mejora la impermeabilidad y durabilidad.
  • Tiende a bajar la temperatura de fusión de la arcilla.
  • Le da resistencia y dureza.

Impurezas

Elementos dañinos.

Pirita

Se oxidan y se descomponen el ladrillo durante el cocido.

Álcalis

En cantidades elevadas, la arcilla es inaceptable para la fabricación de ladrillo.

Agua

Una proporción alta de agua libre en la arcilla.

La cocción

Las piezas cerámicas se destinan a diferentes usos y presentan diversos aspectos según la temperatura de cocción y su composición química:

  • 900 y 1000 ºC: Productos porosos para tejeria.
  • 1100 y 1300 ºC: Productos semiporosos de loza y gres cerámico.
  • 1300 y 1500 ºC: Productos impermeables de gres vitrificado. Porcelana y refractarios.

Mediante el aporte de calor se produce un proceso de transformaciones físico-químicas que modifican la estructura química y cristalina de las arcillas de forma irreversible, adquiriendo consistencia pétrea y obteniéndose finalmente los productos cerámicos.

Es proceso esquematizado en la cocción es el siguiente:

  • de 0 a 400 ºC, se elimina residuo de humedad en dilatación de la pasta.
  • de 400 a 600 ºC, eliminación del agua combinada. Descomposición en óxidos. Retracción de la pasta y aumento de la porosidad.
  • de 600 a 900 ºC, formación de un ,etacaolín inestable.
  • de 900 a 1000 ºC formación de silicatos por reacción de los óxidos.
  • más de 1000 ºC, transformación molecular de los silicatos cristalizando en agujas.
  • sobre 1800 ºC, fusión del material vitrificando.

Proceso de Fabricación de Cerámicas Porosas

La fabricación de las piezas cerámicas porosas pasa por los siguientes procesos:

  • Extracción y transporte: Se realiza por medios mecánicos simples.
  • Preparación de las pastas: se realiza mediante: meteorización, maduración y podrido.
  • Moldeo: en países en vías de desarrollo se realizan manualmente y por prensa en el caso de hacerlo mecánicamente.
  • Secado: regula el contenido de agua en las arcillas, sin que se produzca variaciones químicas en su composición.
  • Cocción: Es un proceso físico-químico mediante en cual se consiguen piezas de consistencia pétrea e inalterabilidad de forma, elevándose su dureza y resistencia mecánica. Es fundamental hornos de buena calidad, como el que se construyó para los Indígenas de Bolivia.

Fabricación de Cerámicas Porosas

Extracción y transporte

Se realiza por medios mecánicos simples. La explotación se realiza a cielo abierto con palas excavadoras de cuchara o de cangilones.

Preparadión de las pastas

La finalidad de este proceso es:

  • Depuración: Eliminación de elementos gruesos e impurezas nocivas, tanto de los módulos de cal y arenas como de las sales.
  • División: Reducción de las arcillas a pequeños fragmentos y de los desgrasantes a polvo para que no causen problemas de heterogeneidad.
  • Homogeneidad: Mezcla íntima de los componentes y perfecto amasado para conseguir una pasta uniforme.
  • Grado de humedad: Debe ser el adecuado para el moldeo dando la plasticidad necesaria pero no excesiva por la retracción.

Las operaciones que se realizan:

  • Meteorización: Exponiendo la arcilla a la acción de los agentes atmosféricos (lluvia, hielo,...) para su lavado y disgregación.
  • Maduración: Dejar la arcilla en reposo en locales cubiertos para el reparto de la humedad.
  • Podrido: En locales húmedos y fríos, sin luz ni ventilación con lo que fermenta la arcilla dando un gel aglomerante que mejora la trabazón de sus partículas.

Moldeo

Para el moldeo las pastas han de tener una humedad entre 5 y 15% con suficiente rigidez para no deformarse en fresca y baja contracción al secar.

Se deben dar dimensiones algo mayores a las de la pieza acabada por se retracción al evaporar el agua.

Sistemas utilizados:

  • Manual: En desuso en países desarrollados pero en uso en países en vías de desarrollo.
  • Mecánicos: Existen tres formas básicas: por galletera, por colada y por prensa. Ésta última es la más común en países en vías de desarrollo: se realiza por estampación de la pasta en un molde de bronce o acero con una estampa que la comprime fuertemente. En las prensas de troquel se utilizan pastas muy secas ( 5% agua) ya que el desmoldeo es inmediato, por lo que no necesita secado posterior, dando piezas muy compactas pero con cierta heterogeneidad.

Secado

Es un proceso físico basado en la posibilidad de regular el contenido de agua en las arcillas, sin que se produzca variaciones químicas en su composición.

Por calor, a baja temperatura, se elimina de forma gradual el agua intersticial y parte de la de plasticidad hasta reducir el contenido a un 5% con fuerte retracción, que puede producir fisuras en las piezas, por lo que debe ser un proceso gradual. Se puede realizar al aire apilando las piezas o en locales cerrados ventilados. Los procedimientos industriales son los de secaderos de cámaras, etc...

Cocción

Es un proceso físico-químico mediante el cual se consiguen piezas de consistencia pétrea e inalterabilidad de forma, elevándose su dureza y resistencia mecánica. Las arcillas se transforman en silicatos alumínicos cristalinos sin hidratar.

Si la cocción se hace lentamente, se mejora la calidad, pero con ello aumentan los costos. Las temperaturas de trabajo suelen ser las siguientes:

  • Productos porosos de tejería: 900 a 1000 ºC
  • Loza y gres cerámico: 1000 a 1300 ºC
  • Porcelana, refractarios y vitrificados: 1300 a 1500 ºC

Los procesos de fabricación de los ladrillos son similares en todo el mundo.

Tipología de Productos Cerámicos

Debido a la facilidad de moldeo que presenta la arcilla, la variedad de productos cerámicos es enorme, por lo que es necesario realizar una clasificación sistemática en base al tipo de aplicación a que se destinan.

Ladrillos: Piezas paralelepipédicas destinadas a la realización de fábricas (muros, pilares, arcos,...). Tejas: Existe tres tipos de tejas en el mercado según su forma: Teja curva, plana y curviplana. Elementos estructurales: Elementos de forjados o para conformar vigas y viguetas de hormigón armado

Ladrillos

Denominación de las caras y aristas.

Piezas paralelepípedas destinadas a la realización de fábricas (muros, pilares, arcos,...) Sus caras y sus aristas tienen las siguientes denominaciones:

  • Soga el largo, tizón el ancho y sardinel el espesor.
  • Tabla sus caras mayores, canto la longitudinal y testa la que corresponde al ancho.

Se clasifican:

Por la porosidad abierta (Pa) en relación al Volumen aparente (Vap):

  • Ladrillos macizos Pa< 10%
  • Ladrillos perforado Pa<10% y más de 3 perforaciones.
  • Ladrillos huecos Pa>10% y perforaciones <15 cm2.
Tipos de ladrillos.

Los huecos pueden ser a su vez, según el número de niveles de perforaciones que presentan:

  • Huecos simples (h/s)
  • Huecos dobles (h/d)
  • Rasilla

Por el formato:

La longitud (soga) y anchura (tizón), se mantienen constantes en cada tipo existiendo cuatro formatos:

  • Formato nacional 115X24 cm
  • Formato catalán 14x29 cm
  • Bloques 19X39 cm
  • Bardos 20x50 cm

Según espesor:

Se dividen en:

  • 2,4 y 5 cm: ladrillos h/s macizos y perforados
  • 7 y 9 cm: ladrillos h/d y perforados
  • 12, 14 y 19 cm: ladrillos de testa cuadrada según formato

Según la calidad:

Tipo V: Prensados y cara vista. Pueden ser de 1ª y 2ª Clase

Tipos NV: Ladrillos de obra no vista

Tejas

Tipos de tejas.

Existen tres tipos de tejas en el mercado según su forma:

  • Teja curva o árabe: de forma troncónica.
  • Teja plana mediterránea, alicantina o marsellesa.
  • Teja curviplana, mixta o romana.

Elementos Estructurales

Elementos estructurales.

Se fabrican tres tipos según su función:

  • Elementos aligerados: Son casetones cuyo fin es reducir el peso de los forjados reticulares. Existen diversos tipos aunque el más conocido es triangular, combinándose cuatro piezas que dan un cuadrado de 50x70 cm de lado y altura de 17 a 20 cm.
  • Elementos forjantes: Tienen por misión conformar una bóveda resistente de hormigón entre las viguetas. Se denominan bovedillas y sus dimensiones varían de 50 a 70 cm de ancho y 25 cm de largo, con una altura entre 17 y 20 cm. Se realizan piezas especiales de menor ancho y altura.
  • Elementos resistentes: Para conformar vigas y viguetas de hormigón armado. Existen numerosas patentes y formas, siendo ésta en general en U para colocar en la base o zona de tracciones.

Propiedades y Durabilidad de las Piezas y Obras Cerámicas

Es necesario y recomendable determinar las propiedades físicas, mecánicas y químicas de los materiales cerámicos por ensayos para conocer sus propiedades y predecir su durabilidad.

Ensayos organolépticos: observación visual de forma rápida y sencilla,. Ensayos físicos: densidad, absorción de agua, succión y la resistencia a heladas. Ensayos mecánicos: determinarán las resistencias a compresión, tracción, a flexión y adherencia a morteros. Ensayos químicos: Determinar la durabilidad o resistencia a agentes atmosféricos que se puede ensayar por procesos acelerados.

Las piezas cerámicas pueden sufrir daños por causas internas o externas durante su vida útil. Entre las cuales se pueden detectar:

  • Ataque de sulfatos
  • Materiales inestables
  • Acción del hielo
  • Cambios dimensionales
  • Eflorescencias.

Aplicaciones de Productos Cerámicos

Obras de elementos cerámicos porosos (las más utilizadas en construcciones básicas):

  • Muros de ladrillo: Divisiones Interiores Cerramientos.
  • Estructuras: Muros de Carga, Pilares, Arcos y Bóvedas.
  • Cubiertas: Materiales que tienen que resistir mecánicamente a flexión y químicamente a los agentes atmosféricos.
  • Tejados inclinados: Terrazas o Azoteas Planas
  • Pavimentos: Ejemplo de la pavimentación realizada en una calle de San Jose de Chiquitas en Bolivia.

Elementos cerámicos impermeables:

  • Azulejos (revestimientos)
  • Gres (revestimientos, pavimentos, tubos, sanitarios)

Elementos cerámicos refractarios:

  • Ladrillos y piezas especiales: revestimiento hornos, chimeneas.

Muros de Ladrillo

El ladrillo se coloca en obra mojándolo para eliminar el polvo y mejorar su adherencia, pero sin empapar, pues cedería agua al mortero haciéndolo fluir y este debe ser lo más seco posible aunque manejable. La resistencia ladrillo-mortero debe ser igual para evitar tensiones de tracción entre ellos al entrar en carga y deformar.

Los tipos de fábricas son los siguientes:

  • Divisiones interiores: Destinadas a separar espacios en el interior de las edificaciones. Son las siguientes:
    • Tabiques: entre espacios del mismo uso. Se utilizan ladrillos h/s de 3, 4 o 5 cm de espesor colocados a panderete.
    • Tabicones: entre espacios de distinto uso. Realizados con ladrillos h/d de 7 o 9 cm de espesor colocados a panderete.
Tipos de muros de fábrica.
  • Cerramientos: Pueden ser respecto a espacios cubiertos (como escaleras) o a espacio abierto (como patios o directamente a la calle). Según el caso, las exigencias varían debiendo tener buen aislamiento térmico y acústico. Al exterior es importante la durabilidad e impermeabilidad. Hay diversos tipos:
    • Cítaras: para espacios cubiertos de ladrillo h/d, h/t o perforado colocados a soga. El espesor de la fábrica será 12 o 14 cm según el formato utilizado denominándose de 1/2 pie.
    • Capuchinas: para cerramiento al exterior. Son fabricas mixtas de las anteriores con cámara de aire intermedia de 4 cm pudiendo ser tabique (de 12 o 14 cm de espesor sustituye a la citara con mejor aislamiento)

Estructuras

Tipos de estructuras.

Muros de carga, pilares y bóvedas se realizan igualmente a base de ladrillos. Las exigencias aquí serán mecánicas de resistencia a la compresión y adherencia a los morteros.

  • Muros de carga: realizados con citadas dando espesores de 25, 37 o 50 cm según sean de una pieza, pieza y media o dos.
  • Pîlares: se realizan aparejando los ladrillos de forma qu dan dimensiones de 25x25, 25x37, 37x37, 37x50 o 50x50 cm2. El hueco interior se rellena con hormigón y armadura de acero.
  • Arcos: de directiz recta o curva trabajando siempre a compresión, ejecutando con ladrillos colocados a sardinel.

Pavimentos

Es una de las aplicaciones con mayor agresión en servicio dependiendo de si son exteriores o interiores y del nivel de tráfico a soportar. Deben tener las propiedades físicas de dureza, ser autodeslizantes y resistentes a la heladicidad (en exterior) mecánicas de resistencia a flexión y a la abrasión y adherencia a morteros, y químicas a todo tipo de productos.

Las piezas utilizadas son las baldosas que se colocan sobre capa de mortero a junta recta o metajunta. Existen piezas especiales para escaleras. Este uso es mas apropiado para productos vitrificados aunque se utilizan también cerámicas porosas.

Normativa Relacionada

  • RL-88. Pliego General de Condiciones para la Recepción de los Ladrillos Cerámicos en las Obras de Construcción.
  • UNE 67-019-86. Ladrillos cerámicos de arcilla cocida. Definiciones, clasificación y especificaciones.
  • UNE 67-022-78. Cerámica. Toma de muestra para el control estadístico en recepción de la calidad de productos cerámicos utilizados en la construcción.
  • UNE 67-026-84. Ladrillos de arcilla cocida. Determinación de la resistencia a la compresión.
  • UNE 67-027-84. Ladrillos de arcilla cocida. Determinación de la absorción de agua.
  • UNE 67-028-84. Ladrillos de arcilla cocida. Ensayo de heladicidad y UNE 67-028-93
  • UNE 67-029-85. Ladrillos de arcilla cocida. Ensayo de eflorescencia.
  • UNE 67-030-85. Ladrillos de arcilla cocida. Ensayo de succión.
  • UNE 67-039-93. Productos cerámicos de arcilla cocida. Determinación de inclusiones calcáreas.

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