Wed, 01 Jul 2020 in Revista Agunkuyâa
Caracterización de materia prima utilizada para fabricación artesanal de unidades de mampostería en las ladrilleras El Cielo y Las Casitas, Valledupar - Colombia
Resumen
Estudios conducidos en años recientes han concentrado su interés en incorporar materiales no convencionales para fabricar unidades de mampostería. Esto no ha sido óbice para continuar examinando materias primas tradicionales. El trabajo consistió en caracterizar dos materiales explotados para producción artesanal de unidades macizas de mampostería. Las ladrilleras se localizan al sur del área urbana de Valledupar, Colombia. Muestras representativas del material se tomaron de vetas explotadas por cada fabricante a los que se les practicaron ensayos que permitieron clasificarlos y determinar su composición química y mineralógica, al tiempo que se determinó la resistencia mecánica de productos terminados. Las composiciones granulométricas indican predominancia de limos en El Cielo y de arena en Las Casitas. Ambos materiales son aptos para fabricar ladrillos perforados en lugar de macizos. Los índices de plasticidad y limite plástico en ambos casos sustentan irregularidades observadas en aristas de unidades terminadas, denotando dificultad en desmoldado. La resistencia promedio a compresión obtenida de ladrillos terminados indica que no son aptos para mampostería.
Main Text
Introducción
En los años recientes se han incrementado los planteamientos en diversos sectores que pretenden incorporar materiales no convencionales para la generación de productos utilizados en la industria de la construcción (Al-Fakih et al., 2019; Ghavami, 2020; Phonphuak y Chindaprasirt, 2015). Muchos de esos nuevos materiales son subproductos derivados de los desechos que la sociedad de consumo genera luego de un primer uso (Al-Fakih et al., 2019). Al tiempo que esto sucede, en muchos países en vía de desarrollo se siguen estudiando materias primas con las que se manufacturan a menor escala productos que cubren la demanda de materiales de construcción en mercados locales (Suffian et al., 2020). Algunos trabajos de referencia dan cuenta de la necesidad de conocer aspectos y características de las arcillas con las que se producen los materiales cerámicos que abastecen la industria, proponiendo establecer aquellos cuya mayor relevancia son asociados con la calidad (Amado et al., 2011; Flórez Arenas, 2016; García-León, Flórez Solano et al., 2018; García León y Bolívar León, 2017).
El estudio busca conocer en detalle aspectos técnicos específicos de la materia prima empleada por dos ladrilleras, quienes la utilizan para manufactura de unidades macizas que se comercializan en el mercado local de materiales de construcción. Se obtuvieron muestras de los materiales que explota cada ladrillera y se realizaron ensayos para determinar su composición granulométrica, química y mineralógica, además de los límites de consistencia. Los resultados obtenidos muestran la aptitud de estos materiales para fabricar productos cerámicos.
Materiales y metodología
Dentro del planteamiento descriptivo de este trabajo se realizó inspección de campo en los sitios donde cada productor desarrollaba la manufactura de ladrillos. Posteriormente se realizó una jornada de muestreo en la cual se obtuvieron tres (3) muestras representativas del material que utilizaba cada productor, dos para observación y una tercera para control. Las de El Cielo fueron rotuladas como EC1, EC2 y EC3. En el caso de Las Casitas fueron LK1, LK2 y LK3. Del material explotado en cada cantera se obtuvieron muestras inalteradas del suelo de 50 kilogramos cada una, aproximadamente. A estas muestras se les aplicaron los ensayos que se relacionan en la tabla 1. También se escogieron aleatoriamente cinco (5) muestras de ladrillos del último lote que disponía cada fabricante en el sitio, los cuales fueron producidos a partir del mismo material llevado al laboratorio.
Del proceso de cuarteo para las muestras de control (EC3 y LK3) se obtuvo una muestra representativa de cada cantera a las que se le realizaron las pruebas de espectrografía de rayos X (FRX) y de difracción de rayos X (DRX). Para la de FRX se utilizó el equipo S4 Explorer de Bruker, con detector Pro4, tubo de ensayo X Rh a un voltaje de 40 kV a 25 mA. Para la de DRX se utilizó el equipo D4 AXS de Bruker, con detector LYNXEYE, Tubo de rayos-X Cu 1.9 Kw (K alpha λ =1.5406) con filtro de níquel a 40KV 40mA, con un haz de electrones normales y ángulos de incidencia 2θ: 5 - 70° (montaje polvo), 5 - 35° (agregados orientados) y una velocidad de 0.4 s/θ.
Resultados y discusión
Los datos que se derivan de los ensayos practicados a las muestras se exponen a continuación.
Análisis granulométrico por tamizado. Se obtuvo la composición de la muestra de material cuya fracción queda retenida en el tamiz No. 10 (tamaños mayores a 2.0 milímetros). Los porcentajes que se retuvieron en dicho tamiz para las muestras EC1, EC2 y EC3 fueron 0.0 %, 0.4 % y 0.3 %. En el caso de las muestras LK1, LK2 y LK3 fueron 2.8 %, 1.7 % y 0.5 %. La representación de curvas granulometrías de las muestras no son relevantes para el estudio dado que están conformados mayoritariamente por finos.
Análisis granulométrico por método del hidrómetro. Con este método se obtuvo la composición de la muestra cuya fracción pasa el tamiz No. 10 (tamaños menores a 2.0 milímetros). La siguiente relación muestra la composición, expresada como porcentaje, de arcilla, limo y arena obtenido para cada muestra.
En la composición obtenida para las muestras de El Cielo se observó predominancia de limo. En el caso de Las Casitas se observó predominancia de arena.
Límites de consistencia. La tabla 3 presenta los valores obtenidos de los límites de Atterberg de las muestras. Con estos se clasifica la muestra de suelo y se establece el grupo al que pertenece. En el sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS) la muestra de El Cielo arrojó dos limos y una arcilla de baja compresibilidad; en la de Las Casitas se obtuvieron arcillas limo arenosas.
Aptitud del material para fabricación de unidades de mampostería
Aplicando el tratamiento dado por algunos autores a los datos de composición de los finos se utiliza el scftware Triplop, con el cual se grafica en el diagrama de Winkler y se realiza, además, un análisis estadístico de primer orden para los datos graficados (García-León, Flórez Solano, et al., 2018; García León y Bolívar León, 2017). Luego del procesamiento de datos y con el análisis precitado, se obtienen los siguientes resultados para las muestras de cada productor, las cuales se supone se ajustan a una distribución normal.
Derivado de la representación en el diagrama de Winkler para el caso de las texturas se obtuvo que las muestras de El Cielo fueron franca limosa, franca arcillosa y franca, para EC1, EC2 y EC3, respectivamente. Las observadas para las muestras de Las Casitas fueron arcilla arenosa, franca arcillosa arenosa y franca para LK1, LK2 y LK3, respectivamente. Los coeficientes de variación obtenidos para los componentes del material fino de las muestras analizadas dan cuenta de la naturaleza heterogénea del material de estudio, característica inherente de los suelos.
Respecto a la capacidad del material para manufactura de unidades de mampostería, ambos materiales muestran una aptitud predominante para que se utilicen en la producción de unidades perforadas. Los datos graficados en el diagrama de Winkler resultan de utilidad tal como lo han expuesto trabajos previos (García-León, Flórez Solano, et al., 2018; Mendonça et al., 2017), puesto que permiten determinar, a través de la dosificación de alguno de los componentes las cuantías, el material que debe adicionarse para mejorar la aptitud en la manufactura de alguno de los elementos indicados en la figura 1(b).
Otra particularidad que denota la aptitud del material para usarse en la manufactura de productos cerámicos se obtiene a través de los límites de consistencia. En este caso se graficaron en el diagrama de Casagrande IP y LP de las muestras. A partir de este arreglo se obtuvo la noción del grado de dificultad para desmoldar los especímenes en el momento de su producción. Asociado a esto, las irregularidades observadas en las aristas de unidades terminadas bien pudieron derivarse de un proceso de desmoldado entre difícil y aceptable, tal como se predice y evidencia en las figuras 2 (a) y 2 (b).
Composición química
La composición obtenida mediante espectrografía de rayos X permitió determinar los componentes químicos presentes en la muestra de cada cantera. Se obtuvieron para las muestras cantidad mayoritaria de óxidos de Silicio (SiO2), de Aluminio (Al2O3), de Hierro (Fe2O3) y de Calcio (CaO), en los siguientes porcentajes para la muestra de El Cielo -64.01 %, 15.98 %, 6.25% y 2.62 %, respectivamente-; y en la de Las Casitas -61.07 %, 16.69 %, 7.29 % y 2.50 %, respectivamente-. En los trabajos de Flórez Arenas (2016), Mahmoudi et al., (2017) y García-León, Flórez-Solano, et al., (2018) se reseña que los materiales se consideran aptos para manufactura de elementos cerámicos si en su composición se registra de 50 % a 60 % de óxido de silicio y entre 20 % a 30 % de óxido de aluminio. En este caso, se observó que los materiales de ambas canteras se encuentran por fuera de dichos rangos. En el mismo sentido Amado et al. (2011) plantean que composiciones de Al2O3 cercanas a 30% permiten elaborar ladrillos refractarios. Esto indica que, aunque se someten a un proceso de cocción, los especímenes producidos con el material de las muestras ensayadas no desarrollan resistencias mecánicas para clasificar en el apartado de productos conforme a las normas aplicables.
Composición mineralógica
Las figuras 3(a) y 3(b) muestran difractogramas de las muestras a las que se les aplicaron este ensayo en particular. Para las fases cristalinas se observaron mayoritariamente cuarzo libre, albita libre, microclina y muscovita, de las cuales se reportó en El Cielo 41.0 %, 32.8 %, 20.2 % y 4.8 % y 43.5 %, 30.5 %, 14.0 % y 9.8 %, respectivamente, en Las Casitas.
Los niveles de cuarzo observados indican la propiedad desgrasante del material, lo que evita que en el amasado se adquiera una plasticidad excesiva de la mezcla disminuyendo la posibilidad de que ocurran contracciones y el subsecuente agrietamiento de esta durante el secado y la cocción. La presencia de feldespatos denotada por la albita y microclima indica que se puede fijar el color característico y homogéneo blanquecino a productos producidos con dichos materiales, además que actúa como fundente en la cocción. La moscovita en menor proporción denota mediana capacidad de resistir al proceso de cocción sin que se afecte la estabilidad dimensional de los especímenes. Algunas particularidades observadas en arcillas utilizadas para producción de elementos cerámicos han sido reportadas en prospecciones realizadas por varios autores (Amado et al., 2011; Florez Arenas, 2016; García-León, Flórez-Solano, et al., 2018; Mahmoudi et al., 2017).
Ensayo a compresión unidades terminadas
Registros de las cinco unidades ensayadas de cada productor se promediaron. Para el caso de El Cielo se obtuvo 8.8 ± 2.2 MPa y para Las Casitas 9.2 ± 0.8 MPa. Al comparar ambos resultados con lo establecido en la norma de referencia aplicable para unidades de mampostería no estructural, NTC 4205-2, ambas están por debajo del mínimo estandarizado de 14 MPa. Comparando estos datos con los de resistencia reportados en el trabajo de Cotes et al., (2012), los del presente estudio denotan un incremento de resistencia alcanzada para las unidades de mampostería que se producen en la zona.
Conclusiones
Con los datos de composición granulométrica se establecieron las características que indican la aptitud del material para producir unidades cerámicas diferentes a las que se producen actualmente por métodos artesanales. Los límites de consistencia permitieron predecir que el desmoldado en el proceso de elaboración de los especímenes puede tener incidencia en las irregularidades observadas en las aristas de unidades terminadas. Derivados de la composición química y mineralógica obtenidas en el reporte de las muestras ensayadas, se deducen aspectos de relevancia que son indicativos de la calidad del producto manufacturado por ambas ladrilleras. Es razonable concluir que los valores de las resistencias observadas de las unidades terminadas corroboran lo establecido en la literatura de referencia, pues para que un material se denote como refractario requiere que se registren en su estructura química algunos compuestos específicos que en las muestras se detectaron en proporciones por fuera de los rangos indicados.
Resumen
Main Text
Introducción
Materiales y metodología
Resultados y discusión
Aptitud del material para fabricación de unidades de mampostería
Composición química
Composición mineralógica
Ensayo a compresión unidades terminadas
Conclusiones