Cerámicos

TEMA: CERAMICOS

INTRODUCCION La cerámica aparece por vez primera en el Neolítico, y podemos encontrar restos cerámicos, más o menos elaborados y decorados, en China y en el corazón de África, en Europa y en la América precolombina. Cada pueblo y cultura ha empleado y descubierto sus propias técnicas para trabajar la arcilla, y ha plasmado su visión del mundo social y natural sobre ella. Surge su fabricación en aquellas zonas en que escasea la piedra y abunda la arcilla. Se entiende por material cerámico el producto de diversas materias primas, (principalmente arcillas) fabricándose en estado pulverulento o pastoso (para comunicarles fácilmente la forma) y adquiriendo la consistencia pétrea por procesos físico-químicos al cocer esas tierras arcillosas. Se dividen en dos ramas: -La Tejería: elabora materiales de construcción (ladrillos, tejas, tubos, etc..) -La Alfarería: elabora cerámica fina (loza, porcelana])

MATERIAS PRIMAS 

Arcilla

La arcilla es la principal materia prima para la fabricación de ladrillos, tejas, piezas especiales, etc. Se trata de una roca que procede de la desintegración de otras rocas formadas por "minerales arcillosos “que, químicamente son silicatos de aluminio hidratados. En general no se encuentran arcillas puras de cada tipo, sino mezcladas, aunque predomine un mineral determinado. Las arcillas más puras son las caoliníticas, las cuales, por presentar un elevado porcentaje de alúmina y, por lo tanto, un elevado punto de fusión 

Agua

Exenta de sales solubles para evitar que las sales queden en el ladrillo y aparezcan luego en forma de eflorescencias. 

Desgrasantes

Se puede reducir la plasticidad mediante la adicción de materias no plásticas que reciben el nombre de desgrasantes y que disminuyen la contracción y facilitan la salida del agua del interior de la masa.

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Fundentes

Para bajar el punto de fusión (serrín, alquitrán, grafito). 

Plásticas

Para hacer perder plasticidad evitando que se adhieran objetos en contacto con ellas y permita el moldeo correcto de los productos. GENERALIDADES 

La caracterización es una parte esencial de toda investigación en el campo de las cerámicas y puede enmarcarse en los aspectos siguientes:

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Composición química y homogeneidad fásica de la muestra.

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Determinación de las impurezas que pueden afectar las propiedades.

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Determinación estructural revelando la cristalinidad, es decir determinando el sistema cristalino, la celda unidad y si fuese necesario precisar las coordenadas atómicas.

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Naturaleza y concentración de los defectos que influyen en las propiedades.

PROPIEDADES DE LA CERAMICA

• ABSORCIÓN: RECIBE EL NOMBRE DE ABSORCIÓN ESPECÍFICA AL PORCENTAJE EN PESO DE AGUA ABSORBIDA RESPECTO DE UNA PIEZA SECA.

CON ELLA ESTÁ RELACIONADA LA PERMEABILIDAD.

• COLOR Y ASPECTO: EL COLOR DEPENDE DE LAS IMPUREZAS (ÓXIDO DE HIERRO) Y DE LOS ADITIVOS QUE SE EMPLEEN CON LA FINALIDAD DE ADORNAR LA CONSTRUCCIÓN.

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• HELADICIDAD: ES LA CAPACIDAD DE RECIBIR LAS BAJAS TEMPERATURAS SIN SUFRIR DETERIOROS EN LAS CARAS EXPUESTAS AL FRÍO.

• DENSIDAD Y POROSIDAD: SON EN TODO ANÁLOGAS EN LO DEFINIDO PARA PIEDRAS NATURALES. LA DENSIDAD REAL ES DEL ORDEN DE 2G/CM3.

• RESISTENCIA MECÁNICA: USUALMENTE LA EXIGENCIA SE REFIERE A LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN Y MÓDULO DE ELASTICIDAD, MAGNITUDES MUY RELACIONADAS CON LA POROSIDAD. CABE ASÍ MISMO SEÑALAR LA ACEPTABLE RESISTENCIA A TRACCIÓN DEL MATERIAL CERÁMICO.

• DUREZA: PRESENTAN UNA GRAN RESISTENCIA MECÁNICA AL ROZAMIENTO, AL DESGASTE Y A LA CIZALLADURA.

• TEMPERATURA: SON CAPACES DE SOPORTAR ALTAS TEMPERATURAS, ELEVADO PUNTO DE FUSIÓN, BAJO COEFICIENTE DE DILATACIÓN Y BAJA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA.

• ESTABILIDAD Y RESISTENCIA: TIENEN GRAN ESTABILIDAD QUÍMICA Y SON RESISTENTES A LA CORROSIÓN

• RESISTENCIA A LOS AGENTES QUÍMICOS: LA ESTRUCTURA ATÓMICA DE LOS MATERIALES CERÁMICOS ES LA RESPONSABLE DE SU GRAN ESTABILIDAD QUÍMICA, QUE SE MANIFIESTA EN SU RESISTENCIA A LA DEGRADACIÓN AMBIENTAL Y A LOS AGENTES QUÍMICOS. LAS APLICACIONES DE LOS DIFERENTES TIPOS DE MATERIALES DEPENDEN DE SU ESTRUCTURA Y DE LOS AGENTES

QUÍMICOS A QUE VAYAN SER SOMETIDOS.

PROCESOS BÁSICOS DE FABRICACIÓN 1.-PREPARACIÓN DE LA PASTA.- La preparación de la pasta (arcilla + agua) depende de la técnica de moldeo o formación de las piezas cerámicas. Las mezclas pueden ser secas donde el porcentaje de agua de mezcla no sobrepasa el 10% en peso, las mezclas aguadas que contienen entre 20-30% de agua y las mezclas de consistencia mediana con porcentajes entre 12-15%. En cualquiera de los casos se requiere un mezclado eficiente que solo puede ser logrado con mezcladoras mecánicas. En la elaboración de piezas de campo, el mezclado frecuentemente se hace a mano o con los pies, consecuentemente la variabilidad en la calidad de las piezas suele ser muy grande.

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2.-Formación de las Piezas.- Existen diversas técnicas para dar forma a las piezas cerámicas entre las cuales se encuentran las siguientes: Técnica de la pasta aguada o método tradicional.- La consistencia aguada (25-30% de agua) facilita el llenado a mano de los moldes, casi siempre se adicionan desgrasantes. Hecha la mezcla, se toma una bola de lodo lo suficientemente grande para llenar el molde, se impregna con polvo de tabique y se llena el molde, de esta manera la pieza no se pegará al molde a la hora de desmoldar, el exceso de lodo se quita con un alambre para dejar la superficie lisa. Esta técnica es común en la elaboración de tabiques, tejas, ladrillos y otras piezas. Puesto que las mezclas entre más aguadas son más porosas y menos resistente. Técnica de extrusión con corte de alambre.- En esta técnica se emplea una pasta con contenidos de agua entre 20-25%, la pasta de consistencia suave es forzada a presión (extrusión) a través de un dado metálico conteniendo la forma o sección de la pieza por crear. El proceso es continuo gracias a que los cortes con alambre pueden ser múltiples. La mezcla debe tener la humedad óptima para que la columna formada no se colapse en el proceso. Técnica del prensado en seco.- La pasta empleada en el proceso es de consistencia seca, con contenidos de humedad no mayores del 10%. En el proceso de fabricación se emplean máquinas que forman las piezas cerámicas en moldes metálicos a base de presión, proceso semejante al que se emplea en la fabricación de bloques de concreto, salvo que la maquinaria no aplica vibración.

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3.-Secado.- Una vez que las piezas cerámicas han sido formadas se les transporta al lugar donde deberán secarse, el lugar de secado es generalmente un espacio techado y protegido del viento, en el caso de un proceso continuo la etapa siguiente será el secado automático o controlado. Dependiendo de la temperatura de secado el tiempo mínimo para esta etapa oscila entre 24 y 48 horas, cuando se emplean cámaras de secado, en el caso de piezas de campo el tiempo es cuestión de varios días.

En ocasiones, al final del secado se aplica un vidriado a las piezas cerámicas que así lo ameriten, el propósito del tratamiento es el de proporcionar impermeabilidad a una o más caras de la pieza cerámica. Los productos empleados son esmaltes preparados a base de vidrio molido y fundido, el cual es chupado por la pieza sellando las porosidades, este tratamiento evita la apertura de grietas y da una mayor durabilidad a la superficie tratada.

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4.-Cocción y Enfriamiento.- Una vez secas, las piezas cerámicas se someten a temperaturas elevadas para lograr la cocción de los minerales arcillosos. En las técnicas rústicas o de campo se emplean los hornos intermitentes, el horno se carga con piezas secas, apilándolas de tal manera que el aire caliente pase a través de ellas, el fuego se enciende en la parte inferior (leña, diesel, etc.) y se mantiene por las horas que sea necesario hasta que las piezas se cocen, posteriormente se dejan enfriar y se sacan para constituir lo que se llama una horneada. Las técnicas modernas emplean hornos de tipo continuo, donde las piezas cerámicas son sometidas a diferentes temperaturas. Inicialmente las piezas reciben un calentamiento paulatino para evitar los cambios térmicos bruscos, luego, según avanzan las piezas en el proceso, se aumenta la temperatura hasta producirse el fenómeno de la deshidratación entre 149-982°C, luego sigue la etapa de oxidación entre 532-982°C y finalmente el de vitrificación entre 871-1315°C. A continuación las piezas pasan por otras secciones donde la temperatura desciende poco a poco hasta una temperatura lo suficientemente baja para poder mover las piezas al área de enfriamiento final. El proceso completo puede durar entre 48 y 72 horas.

PRODUCTOS CERAMICOS EMPLEADOS EN LA CONSTRUCCIÓN

LADRILLOS Según la Norma Técnica Peruana (E.070), las unidades de Albañilería son ladrillos que bloques de arcilla cocida.

Los más usados en la construcción son de cuatro tipos: • • • •

Solida Hueca Alveolar Tubular

Dimensiones generales: 24 x 12 x 6……… Caravista 24 x 12 x 10………. Común

La resistencia de los ladrillos depende de los materiales empleados en su fabricación, así como del proceso mismo. Un ladrillo hecho con pasta aguada y no muy bien cocido puede resistir hasta 70 kg./cm2 a la compresión, mientras que un ladrillo de alta resistencia pudiera aguantar hasta 1,400 kg./cm2, Figura a). Otra medida de la capacidad de los tabiques se obtiene por medio de la prueba de flexión que se realiza apoyando la pieza libremente y sometiéndola a una carga en el centro, de esta prueba se calcula el módulo de ruptura Figura b).

Capacidades de Carga de los Tabiques, a) Compresión, b) Módulo de Ruptura.

Otras propiedades importantes en los ladrillos son la absorción de agua, la rapidez de succión de agua (capilaridad), y la densidad. La absorción se relaciona con la porosidad y esta con la durabilidad de las piezas cerámicas. La rapidez de succión afecta directamente el comportamiento del mortero empleado para pegar las piezas. La rapidez de succión se obtiene al detectar la cantidad de agua que absorbe un ladrillo sumergido en 1 cm de agua. Un ladrillo que succiona 20 gramos de agua por minuto se considera excelente y generalmente permite obtener una adherencia excelente entre el mortero y el ladrillo, sin embargo cuando el ladrillo tiene una rapidez de succión mayor, se debe humedecer antes de colocarlo.

Los Pisos Cerámicos

Existe una gran variedad de piezas cerámicas que se emplean para construir pisos, las piezas en general se caracterizan por tener un espesor delgado en comparación con sus otras dos dimensiones (ya sea cuadradas, rectangulares o de otra geometría). Las piezas cerámicas comunes en pisos son las baldosas, las losetas y sus piezas complementarias para formar los zócalos. Pueden ser vidriadas o no vidriadas, dependiendo de la durabilidad (resistencia al tráfico), apariencia, y facilidad de limpieza que se desee.

Los Mosaicos y Azulejos Una variedad de piezas cerámicas que se han usado tradicionalmente en las cocinas y los baños son los mosaicos y los azulejos. Estas piezas son generalmente de color o están decoradas. Las piezas son generalmente pequeñas y con espesores hasta de 9 milímetros. Cuando las piezas son muy pequeñas vienen adheridas a un papel para facilitar su colocación. En la actualidad el empleo de las piezas cerámicas puede ser muy variado y no es nada extraño que se empleen baldosas o losetas en los mismos baños, basta con que sean lo suficientemente impermeables para dar un buen servicio.

Celosias Cerámicas Las celosias se forman con la unión de piezas de diferente forma, todas ellas unidas logran integrar verdaderas mallas cuyo propósito puede ser separar o dar sombra sin obstruir totalmente la vista.

Tejas Las tejas se emplean mucho para construir tejados, estos elementos se sobreponen unos con otros hasta lograr un techo perfectamente impermeable contra la lluvia, existe una gran variedad de tejas, la teja generalmente lleva un vidriado en la cara superior para aumentar la impermeabilidad, aunque también puede no llevar dicho tratamiento.

OTROS ELEMENTOS USADOS:

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Inodoro Lavamanos Urinario Toallero Y sus respectivos accesorios

Ensayos de cerámicos

Las pruebas que se someten a los ladrillos permiten ayudar a identificar problemas técnicos que pueden surgir al producir ladrillos. Para encontrar una solución adecuada hay que identificar correctamente el problema, aspecto no fácil cuando se tiene uno o un lote de ladrillos defectuosos. En la realidad, las fábricas de ladrillos artesanales a menudo se enfrentan a muchos problemas.

PRUEBAS QUE SE DEBEN REALIZAR A LOS LADRILLOS SEGÚN LA NTP (E.070 ALBAÑILERÍA) 1.Resistencia a la Compresión.- Para la determinación de la resistencia a la compresión de las unidades de albañilería, se efectuará los ensayos de laboratorio correspondientes, de acuerdo a lo indicado en las Normas NTP 399.613 y 339.604. 2.Variación Dimensional.- Para la determinación de la variación dimensional de las unidades de albañilería, se seguirá el procedimiento indicado en las Normas NTP 399.613 y 399.604. 3.Muestreo.- El muestreo será efectuado a pie de obra. Por cada lote compuesto por hasta 50 millares de unidades se seleccionará al azar una muestra de 10 unidades, sobre las que se efectuarán las pruebas de variación de dimensiones y de alabeo. Cinco de estas unidades se ensayarán a compresión y las otras cinco a absorción. 4.Alabeo.- Para la determinación del alabeo de las unidades de albañilería, se seguirá el procedimiento indicada en la Norma NTP 399.

ALABEO EN LADRILLOS

El alabeo se puede presentar en una unidad como concavidad o convexidad, la concavidad se mide colocando una cuña graduada donde se produzca la flecha máxima teniendo como referencia horizontal una regla metálica, la convexidad se mide colocando cuñas al extremo de la regla. Los resultados se obtienen de la lectura de la concavidad y convexidad los cuales se dan en milímetros.

ALABEO EN LADRILLOS

ENSAYOS DE RESISTENCIA A FLEXIÓN El ensayo de módulo de ruptura según la norma ASTM E-518, consiste en producir un esfuerzo de tracción por flexión hasta la ruptura de la unidad. El resultado del ensayo es el módulo de ruptura f’br.se carga en el centro. La velocidad de desplazamiento de la prensa es lenta y constante.

𝑓𝑏𝑟 =

3 𝑝𝑢𝑙𝑔 2 𝑏 ∗ 𝑡𝑡 2

L = Longitud entre apoyos inferiores b = Ancho tt = Altura

PRUEBA EN CAMPO DE SUMERSIÓN DE LADRILLOS Para esta prueba sumergimos un ladrillo en agua fría durante 24 horas.

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Se pesa el ladrillo antes y después de la inmersión, pudiéndose así calcular el porcentaje de agua que ha absorbido. Un buen ladrillo no debe absorber más del 22% de su masa seca. (Tesis de la PUCP en ladrillos King-Kong 18 huecos) Si los ladrillos son demasiado absorbentes, chupan la humedad de los morteros y se fijan peor. Puede pasar que el ladrillo se disuelva por completo.

En este caso, está claro que el ladrillo no se ha cocido lo suficiente y resulta peligroso usarlo en cualquier edificio. La presencia de cal también puede detectarse sumergiendo ladrillos. Si hay cal, puede haber nudos, pueden expandirse y causar fracturas, y presentar depósitos

VARIACIÓN DIMENSIONAL EN LADRILLOS

Las dimensiones de la unidad, según la norma técnica E-070 Albañilería, se miden en cada unidad entera: el largo, el ancho y la altura con una precisión al milímetro. El valor de cada uno se obtiene como promedio de las cuatro mediciones.

%= P0 = Longitud Real P = Longitud Nominal

𝑃0 −𝑃 𝑃

∗ 100

VARIACIÓN DIMENSIONAL EN LOS LADRILLOS PROBLEMA DEL LADRILLO 1. TAMAÑO (A) Demasiado grande en todas las dimensiones (todos los tipos)

(B) Demasiado pequeño en todas las dimensiones(todos los tipos)

RAZÓN PROBABLE

SOLUCIÓN POSIBLE

(i) Demasiadas partículas gruesas (i) Cribar el material grueso o en la materia prima desgranar antes de introducir en el molde (ii) Subcocido (De cualquier manera, (i) o (ii), los (ii) Aumentar la temperatura y / o ladrillos no encojen lo tiempo de cocción (¿aumento de recomendado) combustible?) (iii) Molde u horma de extrusión demasiado grande - ¿desgastado?

(iii) Sustituir

(i) Matriz o molde demasiado pequeño

(i) Cambio (ii) Agregue arena

(ii) Demasiada arcilla o demasiada (iii) Use menos combustible. Trate contracción por secado de evitar los puntos calientes (iii) Sobrecocido - contracción de mediante la distribución de cocción excesiva - puede afectar a carburante de forma distinta ladrillos sólo en puntos calientes del horno

PROBLEMA DEL LADRILLO

RAZÓN PROBABLE

SOLUCIÓN POSIBLE

2. FORMA (A) Una caída repentina - una cara es más ancha sobresaliendo por el borde (todos los tipos)

(B) Esquinas redondeadas (arena moldeada)

(C) Marcas por apilamiento (todos los tipos)

(D) Forma de 'banana' (todos los tipos)

(i) Demasiado blando al moldeado (ii) Tratado demasiado bruscamente

(i) Utilice una mezcla más seca (ii) Tenga más cuidado

No se ha prensado suficiente arcilla Asegúrese de que el molde está en el molde o se ha tratado lleno o manipule los ladrillos demasiado bruscamente mojados con más cuidado Los ladrillos se han puesto a secar solos en la pila antes de tiempo

Asegúrese de que los ladrillos están suficientemente secos antes de apilarlos

Arriba se seca más rápido que abajo

Dele la vuelta al ladrillo con cuidado durante el secado

PROBLEMA DEL LADRILLO 3. FUERZA / FIRMEZA

(A) Débil y resquebrajable (todos los tipos)

RAZÓN PROBABLE

SOLUCIÓN POSIBLE

(i) Subcocción - detectable por el sordo y (i) Use más combustible, o cambie la achatado sonido al golpear dos ladrillos distribución del combustible, o entre si modifique el diseño del horno

(B) Agrietado (todos los tipos) (i) Grietas en ángulo recto en el lateral

(i) Secado demasiado rápido

(ii) Grietas aleatorias en superficie

Contracción desigual debido a bultos, Mezclar mejor y / o cribar las piedras material más seco o piedras

(iii) Protrusión de grietas o ampollas

(i) La superficie se calienta demasiado (i) Cocción más lenta - especialmente rápido – se vitrifica antes de expulsar alrededor de los túneles o cerca de los gases combustible (ii) La presencia de cal provoca ampollas – abultamiento homogéneo (puede aparecer después de la fabricación porque la cal se hincha)

Deje secar más lentamente o añada arena para disminuir la contracción

(ii) Cribar la cal, o desgranar y mezclar mejor (la cal en polvo puede facilitar el flujo, y reducir la energía y el combustible necesario)

PRUEBAS DE LABORATORIO COMPRESIÓN DE UNIDADES EN LADRILLOS DE ARCILLA O UNIDADES PRISMÁTICAS Se realizara esta prueba para determinar la resistencia a la compresión de unidades de albañilería, en este caso, Prismas tipo ladrillo King Kong de 18 huecos, para ello usaremos los siguientes equipos y materiales: • Maquina de compresión ACCU-TEK • Ladrillos Tipo King Kong de 18 huecos • Cinta métrica

VALORES DE COMPRESIÓN EN LADRILLOS ESTÁNDARES TIPO KING KONG DE 18 HUECOS

Guía Peruana de INDECOPI: G004: 1993, de acuerdo a la Norma: ASTM E74-