UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO

INGENIERIA CIVIL

Año de la diversificación productiva y del fortalecimiento de la educación

MATERIA: Materiales de Construcción

DOCENTE: Ing. Rubén Ángel Sierra Palomino

INTEGRANTES: -Holly Farfán Ayma

-Sebastian Escobar Gongora

-Carlos Nina Sonco

-Ana Navarrete Anccalli

-Bryan Estrada Vera

-Cristian Riveros Aycho

CUSCO -2015

ARCILLA,LADRILLOS Y TEJAS

INDICE

Presentación Introducción Definición Composición Propiedades Físico-químicas Clasificación Proceso de extracción Usos industriales Ladrillos: definición, proceso de elaboración y

usos Tejas: definición, proceso de elaboración y usos Normas y muestreo Conclusión Recomendación Bibliografía

PRESENTACIÓN

En la presente se dará a conocer sobre que es la arcilla desde distintos puntos de vistas ya sea desde la mineralogía, el petrológico, del ceramista, así como también de un ámbito general; además de esto también se hablara acerca de la composición de la arcilla así como también de sus propiedades físicas y químicas, y para un conocimiento más profundo se dará a conocer la clasificación de la misma y sus múltiples usos en la industria, enfocándose básicamente en los usos de la arcilla en la industria de la fábrica de ladrillos y tejas y la operación y/o el proceso de beneficio para este.

INTRODUCCIÓN

Desde el descubrimiento de los usos de la arcilla que en primera instancia era solo en la industria cerámica, este material ha tomado gran importancia en los diferentes aplicaciones industriales que esta posee y para sacarle el mayor provecho ha sido necesario el conocimiento de sus propiedades físicas y químicas así como también su clasificación, este conocimiento para sacarle el mayor provecho en su uso; actualmente uno de los principales usos de la arcilla es en la industria de ladrillos así como también en la de tejas de arcilla que se emplean como ornamentarías; lo anterior son los temas a tratar a continuación.

ARCILLA

DEFINICIÓN

En general la arcilla se define como una asociación de silicatos complejos hidratados de aluminio de fino tamaño de partícula que cuando esta húmeda posee características plásticas y seca es dura y quebradiza; además de esta definición general el término arcilla posee varios significados dependiendo el punto de vista así:

* Del punto de vista mineralógico es un grupo de minerales filosilicatos en su mayor parte, cuyas propiedades

físico-químicas dependen de su estructura y de su tamaño de grano, muy fino (inferior a 2 mm).

* Desde el punto de vista petrológico la arcilla es una roca sedimentaria, en la mayor parte de los casos de origen detrítico, con características bien definidas. Para un sedimentólogo, arcilla es un término granulométrico, que abarca los sedimentos con un tamaño de grano inferior a 2 mm.

* 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.

Las arcillas son constituyentes esenciales de gran parte de los suelos y sedimentos debido a que son, en su mayor parte, productos finales de la meteorización de los silicatos que, formados a mayores presiones y temperaturas, en el medio exógeno se hidrolizan.

COMPOSICIÓN

La arcilla está constituida por agregados de silicatos de aluminio, hidratados procedentes de la descomposición de minerales de aluminio. Presenta diversas coloraciones según las impurezas que contiene, siendo blanca cuando es pura. Surge de la descomposición de rocas que contienen feldespato, originada en un proceso natural que dura decenas de miles de años.

Físicamente se considera un coloide, de partículas extremadamente pequeñas y superficie lisa. El diámetro de las partículas de la arcilla es inferior a 0,002 mm. En la fracción textural arcilla puede haber partículas no minerales, los fitolitos. Químicamente es un silicato hidratado de alúmina, cuya fórmula es: Al2O3 · 2SiO2 · H2O.

PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS

Las importantes aplicaciones industriales de este grupo de minerales radican en sus propiedades físico-químicas. Dichas propiedades derivan, principalmente, de:

* Su extremadamente pequeño tamaño de partícula (inferior a 2 mm)

* Su morfología laminar (filosilicatos)

* Las sustituciones isomórficas, que dan lugar a la aparición de carga en las láminas y a la presencia de cationes débilmente ligados en el espacio interlaminar.

Entre las propiedades físico-químicas de las arcillas tenemos

Plasticidad: Mediante la adición de una cierta cantidad de agua, la arcilla puede adquirir la forma que uno desee. Esto puede ser debido a la figura del grano (cuanto más pequeña y aplanada), la atracción química entre las partículas, la materia carbonosa así como una cantidad adecuada de materia orgánica.

Merma: Debido a la evaporación del agua contenida en la pasta se produce un encogimiento o merma durante el secado.

Refractariedad: Todas las arcillas son refractarias, es decir resisten los aumentos de temperatura sin sufrir variaciones, aunque cada tipo de arcilla tiene una temperatura de cocción.

Porosidad: El grado de porosidad varía según el tipo de arcilla. Esta depende de la consistencia más o menos compacta que adopta el cuerpo cerámico después de la cocción. Las arcillas que cuecen a baja temperatura tienen un índice más elevado de absorción puesto que son más porosas

Color: Las arcillas presentan coloraciones diversas después de la cocción debido a la presencia en ellas de óxido de hierro, carbonato cálcico.

Superficie especifica: también es llamada área superficial de una arcilla se define como el área de la superficie externa más el área de la superficie interna (en el caso de que esta exista) de las partículas constituyentes, por unidad de masa, expresada en m2/g.

Capacidad de Intercambio catiónico: Son capaces de cambiar, fácilmente, los iones fijados en la superficie exterior de sus cristales, en los espacios interlaminares, o en otros espacios interiores de las estructuras, por otros existentes en las soluciones acuosas envolventes. La capacidad de intercambio catiónico (CEC) se puede definir como la suma de todos los cationes de cambio que un mineral puede adsorber a un determinado pH. Es equivalente a la medida del total de cargas negativas del mineral. Estas cargas negativas pueden ser generadas de tres formas diferentes:

* Sustituciones isomórficas dentro de la estructura.

* Enlaces insaturados en los bordes y superficies externas.

* Disociación de los grupos hidroxilos accesibles.

Capacidad de absorción: La capacidad de absorción está directamente relacionada con las características texturales (superficie específica y porosidad) y se puede hablar de dos tipos de procesos que difícilmente se dan de forma aislada: absorción (cuando se trata fundamentalmente de procesos físicos como la retención por capilaridad) y adsorción (cuando existe una interacción de tipo químico entre el adsorbente, en este caso la arcilla, y el líquido o gas adsorbido, denominado adsorbato).

La capacidad de adsorción se expresa en porcentaje de absorbato con respecto a la masa y depende, para una misma arcilla, de la sustancia de que se trate. La absorción de agua de arcillas absorbentes es mayor del 100% con respecto al peso.

Hidratación e hinchamiento: La absorción de agua en el espacio interlaminar tiene como consecuencia la separación de las láminas dando lugar al hinchamiento. Este proceso depende del balance entre la atracción electrostática catión-lámina y la energía de hidratación del catión. A medida que se intercalan capas de agua y la separación entre las láminas aumenta, las fuerzas que predominan son de repulsión electrostática entre láminas, lo que contribuye a que el proceso de hinchamiento pueda llegar a disociar completamente unas láminas de otras. Cuando el catión interlaminar es el sodio, las esmectitas tienen una gran capacidad de hinchamiento, pudiendo llegar a producirse la completa disociación de cristales individuales de esmectita, teniendo como resultado un alto grado de dispersión y un máximo desarrollo de propiedades coloidales. Si por el contrario, tienen Ca o Mg como cationes de cambio su capacidad de hinchamiento será mucho más reducida.

Tixotropía: se define como el fenómeno consistente en la pérdida de resistencia de un coloide, al amasarlo, y su posterior recuperación con el tiempo. Las arcillas tixotrópicas cuando son amasadas se convierten en un verdadero líquido. Si, a continuación, se las deja en reposo recuperan la cohesión, así como el comportamiento sólido. Para que una arcilla tixotrópica muestre este especial comportamiento deberá poseer un contenido en agua próximo a su límite líquido. Por el contrario, en torno a su límite plástico no existe posibilidad de comportamiento tixotrópico.

CLASIFICACIÓN

Las arcillas se clasifican dependiendo del punto de vista en que se realice:

* De acuerdo al punto de vista geológico

* Primarias o residuales: de origen hipogenético, que permanecieron en el mismo lugar de su formación.

* Secundarias: fueron llevadas a un lugar diferente al de su origen.

* Fluviales: depositadas por los ríos, son pequeños y de baja calidad.

* Lacustres: asentadas en lagos, están en capas uniformes de buena calidad.

* Marinas: son más uniformes que las anteriores.

* En deltas: son arenosas y de composición irregular.

* Glaciares: formada por la acción de grandes masas de hielo sobre rocas cristalinas.

* Según el grupo mineralógico dominante.

* Caolines.

* Bentonitas.

* Hidrómicas o ilicas.

* Cloritas.

La clasificación más antigua aceptada por la geología de minerales no metálicos y por la industria y la que fija su valor económico es:

-CAOLÍN: son arcillas residuales originadas por alteración hipogenetica, epigenetica o hidrotermal, de rocas ígneas acidas (granito, riolitas, dioritas); su mineralogía es la derivada directamente de la roca original e incluye caolinita, cuarzo y mica.

-ARCILLAS PLÁSTICAS: son arcillas sedimentarias de origen parecido al de los caolines pero a diferencia de estos, fueron arrastrados a lugares distintos al de su formación; son más plásticas; su mineralogía es derivada de la roca original pero con más pureza

-ARCILLAS REFRACTARIAS: poseen punto de reblandecimiento superior a los 1600 ºC, compuesta por caolinitas con pequeñas cantidades de cuarzo, anatasa, rutilo y óxido de hierro.

-ARCILLAS DE ALTA LUMINA: son arcillas con contenido de alúmina superior al 39.6% y cuya mineralogía incluye hidratos de aluminio. Son de interés en las industrias refractarias y cerámica.

-ARCILLAS DE LIGA: Son plásticas de fino tamaño de partícula, que mezcladas en pastas cerámicas o con otras arcillas refractarias proporciona unión entre las partículas para dar cuerpos resistentes y densos. También se usan con materiales no plásticos, arenas de cuarzo, para formar la mezcla moldeable de los moldes de fundición.

-ARCILLAS PARA LADRILLOS: Arcillas impuras de mediana plasticidad composición y mineralogía variable, útiles para la fabricación de ladrillos. Contiene hasta 5% de alcalies, 12% de alcalinotérreos y 8% de óxido férrico.

-ARCILLAS MONTMORILLONITAS: Son aquellas en que la montmorillonita es el componente principal. Se origina por alteración en condiciones alcalinas de roca volcánica y algunas montmorillonitas sódicas, por precipitación química de aguas marinas. Su principal uso industrial es en decoloración y desodorizacion en procesos químicos, lodos de perforación, síntesis orgánicas y fundido de metales.

-ARCILLAS HALOISITICAS: su principal componente es haloisita. De composición química semejante pero más plásticas, mayor contracción y diferente cristalización que los caolines. Son de interés en la industria de refractarios, cerámicos y catalizadores de arcilla.

-ATAPULGITA: en esta el componente principal es la atapulgita de textura fibrosa, de origen sedimentario o hidrotermal, derivadas de piroxena o anfibolas. Es de gran interés en la preparación de arcillas activadas y catalizadores para usos diversos

PROCESO DE EXTRACCIÓN

El modo de extracción de la arcilla se realiza por lo general en una zanja o foso abierto en la tierra. La explotación del yacimiento puede ser más o menos intensa dependiendo de los métodos utilizados. En la antigüedad es de suponer que ésta se haría de forma análoga a como lo hacían los alfareros en el siglo pasado. Desafortunadamente carecemos de fuentes antiguas que nos documenten sobre este proceso. A continuación pasamos a describir el método rudimentario empleado en el Campo de Tarragona para la obtención de dicha roca clástica (Bermúdez, 1982-83, 218-219). La extracción consiste en dos operaciones sucesivas, por un lado el desbrozo del terreno y por otro la obtención de la arcilla propiamente dicha.

Representación de un yacimiento de arcilla (según A. Brongniart)

Con utensilios apropiados tales como pico, azada y pala, se remueve el estrato superficial denominado estéril en el lenguaje técnico, compuesto principalmente por una capa de humus en la cual las plantas han introducido sus raíces; además hay arena fina y gruesa, guijarros, etc. (Cuomo, 1988, 58). En el momento en que se localiza el estrato de arcilla utilizable, se amplía la excavación, creando un foso a cielo abierto en el que se realizan catas y rebajes en el terreno a partir de los cuales evoluciona el trabajo en uno o varios frentes. Restos de estos fosos se han localizado en las cercanías del taller de ánforas de la Almadraba en Denia (Alicante) (Gisbert, 1991, 114). Cuando el nivel de la excavación se hace más profundo se cavan una serie de peldaños en las paredes del foso, utilizados para sacar la arcilla en sacos o gruesas cestas, que los trabajadores debían cargar a la espalda.

En época romana lo frecuente era que los centros de producción cerámica se encontraran en las cercanías de los yacimientos de arcilla.

USOS INDUSTRIALES DE LA ARCILLA

ARCILLAS EN LA INDUSTRIA CERÁMICA

ARCILLAS EN LA INDUSTRIA PAPELERA

ARCILLAS EN LA INDUSTRIA HULERA

ARCILLAS EN LA INDUSTRIA DE LA FUNDICIÓN

ARCILLAS EN SÍNTESIS ORGÁNICA

ARCILLAS EN INGENIERÍA CIVIL

LADRILLOS

Los ladrillos son piezas prefabricadas de material cerámico que constituyen uno de los principales materiales de construcción, utilizándose para la formación de todo tipo de muros, paredes, pilares, arcos y bóvedas.

CLASES DE LADRILLOS

Ladrillo macizo: tienen forma de ortoedro compacto, para aligerar su peso y facilitar la trabazón con el mortero, pueden llevar unos rebajes de profundidad no superior a 0,5 cm

Ladrillo perforado: que son todos aquellos que tienen perforaciones en la tabla que ocupen más del 10% de la superficie de la misma. Muy popular para la ejecución de fachadas de ladrillo visto.

Ladrillo tejar o manual, simulan los antiguos ladrillos de fabricación artesanal, con apariencia tosca y caras rugosas. Tienen buenas propiedades ornamentales.

Ladrillo aplantillado, aquel que tiene un perfil curvo, de forma que al colocar una hilada de ladrillo, generalmente a sardinel, conforman una moldura corrida.

Ladrillo hueco: son aquellos que poseen perforaciones en el canto o en la testa que reducen el volumen de material empleado en ellos.

Pueden ser de varios tipos: Rasilla: su soga y tizón son mucho mayores que su grueso. En España, sus

dimensiones más habituales son 24 x 11,5 x 2,5 cm. Ladrillo hueco simple: posee una hilera de perforaciones en la testa. Ladrillo hueco doble: con dos hileras de perforaciones en la testa. Ladrillo hueco triple: posee tres hileras de perforaciones en la testa. Ladrillo caravista: son aquellos que se utilizan en exteriores con un acabado

especial. Ladrillo refractario: se coloca en lugares donde debe soportar altas

temperaturas, como hornos o chimeneas.

PROCESO DE FABRICACIÓN DEL LADRILLO

USOS

Los ladrillos son utilizados en construcción en cerramientos, fachadas y particiones. Se utiliza principalmente para construir muros o tabiques. Aunque se pueden colocar a hueso, lo habitual es que se reciban con mortero. La disposición de los ladrillos en el muro se conoce como aparejo, existiendo gran variedad de ellos. También son utilizados para formar casas

NORMAS Y MUESTREO DE LA ARCILLA

El caso objeto de esta guía el muestreo está dirigido a los productos incluidos en la norma UNE-EN 771-1: 2003 Piezas para fábrica de albañilería. Parte 1: Piezas de arcilla cocida y en la UNE-EN 1344:2002 Adoquines de arcilla cocida.

Los ladrillos y bloques cerámicos según la UNE EN 771-1:2003, se clasifican en dos tipos.

- Piezas LD, para fábrica de albañilería revestida y con una densidad aparente baja (=1000 Kg/m3). - Piezas HD, para fábricas de albañilería sin revestir o piezas con una densidad aparente alta (>1000 Kg/m3) para uso en fábrica revestida.

La normativa nacional actual sigue una clasificación diferente, por lo que debemos establecer la correspondencia entre ambas clasificaciones:

Ladrillos cerámicos vistos pasan a ser piezas tipo HD Bloques cerámicos vistos pasan a ser piezas tipo HD Ladrillos cerámicos no vistos pueden ser piezas LD o HD Bloques cerámicos no vistos pueden ser piezas LD o HD Ladrillos cerámicos huecos gran formato serán piezas LD

Los adoquines definidos en la norma UNE-EN 1344:2002, pueden ser de dos tipos:

- Adoquines de arcilla cocida para uso en pavimentación flexible - Adoquines de arcilla cocida para uso en pavimentación rígida

Otro objeto a concretar en el programa de ensayos es cómo elegir las muestras que debemos ensayar, es decir cómo muestrear.

Tanto la norma UNE-EN 771-1:2003, como la UNE-EN 1344:2002, establecen en sus respectivos Anexos A, con carácter informativo, los criterios para la toma de muestras y elección de las piezas.

En el caso del Anexo A de la norma UNE-EN 771-1:2003 se indica el procedimiento para la toma de muestras en los ensayos "iniciales de tipo", o cuando exista una exigencia de evaluación de la conformidad, como es la recepción en obra.

El procedimiento descrito en el anexo establece:

Cómo tomar la muestra de forma aleatoria (se utilizará siempre que sea posible)

Cómo tomar la muestra de un lote formado por pilas Cómo tomar la muestra de un lote formado por paletas Cómo dividir una muestra para destinar las piezas a los distintos ensayos a

realizar. Número de piezas necesarias para los ensayos.

Aunque esta norma no menciona qué hacer si la toma de muestras es para los ensayos de autocontrol, en principio se recomienda la utilización del mismo procedimiento del Anexo A.

En este caso, lo principal a la hora de adaptar dicho procedimiento a unas condiciones de fabricación específicas, es que la muestra tomada sea representativa, teniendo en cuenta factores como la ubicación de la pieza dentro del horno, ya que no todas las piezas cuecen exactamente igual dependiendo de su ubicación con respecto a los quemadores.

En el caso del Anexo A de la norma UNE-EN 1344:2002 se indica el procedimiento para la toma de muestras en el caso de ensayos iniciales de tipo, ensayos de autocontrol o los realizados por tercera parte.

El procedimiento descrito en el Anexo establece:

Cómo tomar las muestras de forma aleatoria (p.e. recomienda el uso de tablas de números aleatorios).

Cómo tomar muestras cuando el lote está formado por pilas o en embalajes precintados (paletas)

Cómo dividir la muestra para destinar cada una de las piezas a los distintos ensayos.

Número de piezas necesarias para los ensayos.

CONCLUSIÓN

Después de este estudio realizado de manera muy general, debido a que este es un tema muy amplio, se logró obtener conocimientos básicos acerca de la arcilla acerca de su definición, composición, clasificación, y usos industriales.

Además se logró obtener conocimientos medianamente profundos acerca de las operaciones y/o procesos de beneficio que sufre la arcilla para la obtención del ladrillo y de las tejas en arcilla.

RECOMENDACIONES

Para cualquier proceso u operación es necesario conocer de manera detallada todo lo especifico y el contexto que implica todo este proceso, en esta monografía

aparte de lo ya mencionado que es muy importante también es necesario ejemplos de especificaciones técnicas de las tejas en arcilla más comunes fabricadas y muy importante los costos y la demanda de estos productos.

BIBLIOGRAFÍA

Cerámica (pastas y vidriados). Claude Vittel. Paraninfo, S.A. Madrid (1986).

Tratado de cerámica. Finn Lynggaard. Ediciones Omega, S.A. Barcelona (1983)

Arcilla y vidriado para el ceramista. Daniel Rodees. Ediciones CEAC. Barcelona (1990).

Arcilla Viva. Nino Carussu. http://www.uclm.es/users/higueras/yymm/arcillas.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Arcilla http://www.hispalyt.es/contenido.asp?id_rep=3204 http://es.wikipedia.org/wiki/Ladrillo