Materiales cerámicos

Cerámica. Ladrillos. Arcilla. Tejas. Cerámicos esmaltados y no esmaltados. Gres. Porcelanatos. Granito. Mármol

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INTRODUCCION

Los materiales cerámicos ( del griego ¨keramos¨ ) son producto del cocimiento de tierras arcillosas previamente moldeadas.

Por la necesidad del hombre de adaptarse al ambiente en que vive y utilizar las cosas que lo rodean, el ladrillo hizo su aparición en la antigüedad en todas aquellos países en los que faltaba la piedra y abundaba la arcilla.

La técnica de cocer arcillas para producir ladrillos y baldosas tiene mas de 4000 años. Se basa en que los suelos arcillosos (que contienen entre 20 y 50% de arcillas) experimentan reacciones irreversibles, calentándolos a 850-1000 a.C., en los cuales las partículas se entrelazan mediante un material cerámico vidrioso.

Antecedentes históricos del amasado y cocido de arcillas:

a ) cacharrería ( Egipto, 3.000 A.C. )

b ) gres y porcelana ( China , 100 A.C.)

Tipos de cerámica. Los materiales cerámicos provienen de arcillas sometidas a distintos procesos:

  • Cerámica ordinaria: se utiliza a temperatura ambiente.

  • Cerámica refractaria: se utiliza a temperatura elevada. Sus componentes fundamentales son: sílice, alúmina (le da el color y el aspecto determinado) y algunos óxidos metálicos.

Los cerámicos ordinarios se clasifican según su aspecto en cuatro tipos:

  • Cerámicos porosos: poseen arcilla de grano grueso, ásperos, permeables y absorben la humedad (ladrillos, tejas, etc.).

  • Cerámicos semicompactos: poseen arcilla de grano fino, poco permeable y no absorben la humedad.

  • Cerámicos compactos: poseen estructura microcristalina, impermeables (lozas finas, porcelanas), suaves y no absorben humedad.

  • Cerámicos tenaces: soportan altos esfuerzos y temperaturas elevadas.

Obtención de la cerámica. La fabricación de componentes cerámicos tiene lugar de la siguiente manera: 1. Selección de la materia prima, integrada preferentemente por nitratos de silicio, carburo de silicio, óxido de circonio, etc.

2. Una vez elegidos los materiales básicos se procede a molerlos hasta conseguir un polvo finísimo o y se mezcla en la proporción más adecuada.

3. Se introduce el polvo en el molde que conformará la pieza.

4. Se somete a la prensa estática (llamada así porque actúa en todas las direcciones) a presiones muy altas, hasta 3000 kilos por centímetro cuadrado.

5. Se cuece al horno a una temperatura de entre 1600 y 2000 grados centígrados. El proceso de prensado y cocción se denomina sinterización.

6. Sin embargo las piezas no salen absolutamente perfectas de la prensa y a algunas se las impone un posterior ajuste de calibración. La enorme dureza del material se convierte ahora en un inconveniente, ya que solo se puede utilizar el diamante en su tallado. Incluso con este tipo de herramientas la remecanización resulta lenta y trabajosa y desgaste rápidamente el utillaje, lo que encarece notablemente los costes. Como alternativa se está investigando nuevos métodos de tratamiento de las superficies cerámicas basado en ultrasonidos.

 

Materiales cerámicos

Dentro de la categoría de los materiales cerámicos se distinguen dos grandes grupos: las cerámicas estructurales y las cerámicas funcionales.

Las cerámicas estructurales son las que sustituyen a materiales que forman parte de estructuras mecánicas o sometidas a esfuerzos de fatiga y térmicos o a ataques químicos. Son materiales inorgánicos, no metálicos y poseen una estructura compuesta de diversas sustancias cristalinas. Se clasifican en cerámicas basadas en óxidos y las basadas en nitruros, carburos, silicuros y otros. Estos materiales forman parte de un aérea de gran dinamismo dentro del campo de los materiales avanzados y presentan propiedades destacadas, como la resistencia combinada al esfuerzo y a las altas temperaturas. Entre las cerámicas avanzadas cabe destacar la alúmina, la berilia, los carburos, los nitruros y los boruros.

La producción de cerámicas avanzadas sigue las etapas de producción de polvos, preparación de la masa por humectación, conformado y secado, prensado y sinterización, aplicando el calor con o sin presión simultánea, para acabar con el mecanizado. La correcta composición de los polvos constituye un punto fundamental del proceso, para lo que es preciso eliminar totalmente las impurezas y uniformar el tamaño de las partículas. La síntesis de polvos puros se realiza por los sistemas de deposición física en fase de vapor, reacciones inducidas por láser, técnicas sol-gel, precusores metal-orgánicos y nucleación controlada.

SON PRODUCTOS CERÁMICOS LOS OBJETOS OBTENIDOS A BASE DE ARCILLA COCIDA.

ARCILLA

La arcilla está constituída por partículas pequeñas que provienen de la descomposisión de los feldespastos. Es un silicato de alúmina hidratado, coloreado por óxidos de hierro e impurezas.
Esta puede ser plástica y no plástica. Las plásticas se caracterizan por contener mucha agua y las no plásticas porque estan completamente secas.
Al mojarse, la arcilla desprende un olor característico y da origen a una pasta aglutinante: la arcilla plástica empleada en moldeado.
La arcilla se utiliza desde hace varios milenios para la fabricación de tejas, ladrillos, alfarería, etc. Calentándola a una temperatura de unos 1,200 grados, la arcilla se transforma en terracota o productos cerámicos. Su color gris al principio se vuelve rojo a consecuencia de las impurezas ferruginosas que la roca contiene.
El caolín, es arcilla muy pura que se utiliza para la fabricación de la porcelana.
La tierra de batán, es una arcilla esmética o detergente, que tiene la propiedad de absorver las materias grasas.
La bentonita es una arcilla rica en magnesio, que mezclada con agua, da un barro tisotrópico. Se utiliza para la ejecución de cimentaciones especiales.
Dentro de los productos cerámicos destinados a la construcción, están: los ladrillos, las tejas, las baldosas, los tubos, los adobes, los azulejos y las porcelanas.

LADRILLOS.

CLASIFICACION DE LADRILLOS POR SU FABRICACION.

  • Ladrillo de tejar fabricados a mano, secados en horno hormiguero.

  • Ladrillo de mesa fabricados a mano, cocidos en hornos fijos.

  • Ladrillos prensados, de cara fina, fabricados con prensa de estampa y cocidos en horno fijo.

CLASIFICACION DE LADRILLOS POR SU COCCION.

  • Adobes secados al sol, no sometidos a acción del fuego.

  • Ladrillos santos, son los que por un exceso de cocción se le ha producido una vitrificación.

  • Ladrillos recochos, son los que han estado sometidos a una cocción despareja, presentan manchas pardas y rojizas.

  • Ladrillos pardos, son los que han sufrido una cocción insuficiente.

CLASIFICACION DE LADRILLOS POR SU FORMA.

  • Ladrillos macizos son de forma paralelepípedos.

  • Ladrillos perforados son las que presentan perforaciones paralelas a una cualquiera de las aristas.

  • Ladrillos huecos son los que presentan perforaciones paralelas a cualquiera de sus aristas.

  • Ladrillos aplantillados son los que tienen una forma geométricas diferentes a la paralelepípedos.

  • Ladrillos de mocheta tienen un corte cuadrado en uno de sus ángulos para adaptarlos a uno de sus huecos.

Ladrillos macizos de campo tipo artesanal. Ladrillos macizos de prensa.

Ladrillos “chorizos” tipo artesanal.

Diferentes tipos de ladrillos huecos.

CERÁMICOS NO ESMALTADOS.

Se realizan del mismo material que los anteriores pero con otras funciones: por ejemplo layotas para pavimentos.

TEJAS.

Son elementos cerámicos que se emplean en la construcción de cubiertas. Su proceso de fabricación es similar al explicado anteriormente para los ladrillos. Se pueden obtener de diferentes coloraciones por medio de barnices vidriados y esmaltes.

Las cubiertas de tejas son de muy buena calidad, alta durabilidad, fácil colocación y adecuada resistencia mecánica.

Existen diferentes tipos de tejas:

  • CURVA o COLONIAL. Tienen forma de canal cónico.

Se dispone en filas con la concavidad hacia arriba y hacia abajo respectivamente.

  • PLANA o FRANCESA. De forma aproximadamente rectangular y perfectamente plana, en la cara inferior suele tener un resalto para el apoyo en su cubierta. Presenta orificios para ser clavadas en listones de madera.

  • FLAMENCA o ESPAÑOLA. Es una teja de características parecidas a la curva pero lleva en su parte posterior un resalte para facilitar el enganche con la siguiente. Su sección transversal tiene forma de “s” originando en la misma pieza canal y cobija

  • TEJAS DE ANCLAJE. Contorno sensiblemente rectangular con rehundidos y pestañas que permiten el encaje de una con otra.

Teja tipo colonial - color natural.

Teja tipo española - color natural.

Teja tipo francesa - color natural.

Diferentes ejemplos de tejas esmaltadas.

CERÁMICOS ESMALTADOS.

En general constan de 2 capas: una gruesa de arcilla seleccionada (bizcocho) y otra fina de un esmalte que recubre una de sus caras y que le proporciona impermeabilidad y resistencia al desgaste.

AZULEJOS. Los azulejos se caracterizan por tener esmalte solo en la cara superior para que tenga una buena adherencia. Las caras tienen que ser planas, las aristas vivas y rectas.

Tienen que tener medidas uniformes porque hay que evitar dejar juntas muy anchas para cubrir las diferencias de tamaño.

Las caras esmaltadas no deben tener defectos como poros o puntos.

Esta cerámica esmaltada se produce a doble cocción ( una previa al esmaltado y otra posterior al mismo)

MONOCOCCION. En este caso se realiza una sola cocción con ambas capas juntas, lográndose mayores resistencias del producto final.

INDICE PEI (PORCELAIN ENAMEL INSTITUTE)

Se rigen por la Norma ISO 10545-7 y es un ensayo diseñado específicamente para comprobar la resistencia al desgaste de los esmaltes que recubren a la cerámica , clasificando al material ensayado en 5 grupos o grados, desde GRADO I (no recomendado para usos de pisos) hasta GRADO V ( transito pesado extra pesado) según el siguiente cuadro:

Grado PEI

Situación de uso

Tipo de uso recomendado

GRADO I

Transito liviano

Calzado normal, sin contacto con el exterior, poco expuesto a la acción de calzado con polvillo. Ej: dormitorios.

GRADO II

Transito moderado

Calzado normal sin contacto al exterior.ej:baños,locales interiores de viviendas excepto escaleras, cocinas y pasillos.

GRADO III

Transito normal

Desgaste por rozamiento con el polvillo del alzado normal. Locales interiores de vivienda unifamiliar en contacto con el exterior.

Ej: escaleras, cocinas, estares, balcones y pasillos.

GRADO IV

Transito elevado

Solicitaciones de transito relativamente fuertes, con movimiento constante y grandes posibilidades de polvillo que se arrastran con el calzado normal. Locales comunes de vivienda colectiva, externos de vivienda en contacto con el exterior, con excepción de locales con gran afluencia de publico. Ej: oficinas privadas, terrazas,salas de hospitales,etc.

GRADO V

Transito severo

Solicitaciones de transito fuertes, con gran movimiento constante y presencia de polvillo que se arrastran con el calzado. Bancos, peluquerías, bares, con excepción de locales con transito de elem. Fuera de lo común: zapatos de golf,ruedas de carritos de supermercados sin protección.

El ensayo consiste en la apreciación visual del desgaste producido en probetas del material sometidas a distintos grados de agresión superficial. En general, para esmaltes de colores lisos y muy oscuros o claros, con brillo, se obtienen clasificaciones más bajas que para esmaltes con combinación de colores o matices neutros y poco o nada de brillo.

Es un ensayo especifico para superficies esmaltadas.

Es altamente recomendado el empleo de felpudos, alfombras o esteras en el ingreso de las viviendas, para mantener alejado de los pisos cerámicos el polvillo ambiental y su acción abrasiva.

GRES.

Pueden ser de cerámicas rojas o blancas dependiendo del caolín.Las características del gres es que resiste muy bien a la abrasión, a la flexión, a los agentes atmosféricos y lo mas importante es que resiste a los ácidos debido a su gran compacidad.

Es impermeable, higiénico, no se dilata y además, a pesar de ser un material vitrificado tiene buena adherencia.

RESISTENCIA A AGENTES QUÍMICOS.

Este ensayo permite cuantificar la resistencia a la agresión de ácidos y bases, utilizando respectivamente ácido clorhídrico e hidróxido de potasio para esta prueba. Para la prueba se aplican en superficie, y al cabo de una semana se observa el estado de la probeta. Los resultados a esta prueba se clasifican:

GRADO

USO RECOMENDADO.

GRADO AA

No se observan alteraciones.

GRADO A

Leve variación en el aspecto.

GRADO B

Se nota claramente la acción del químico.

GRADO C

Perdida parcial de la superficie.

GRADO D

Perdida total de la superficie.

Cuando se considera la necesidad de contar con pisos o recubrimientos antiácidos, no debe olvidarse que tanto la junta como el mortero a utilizar deben tener probada resistencia a los ácidos (epoxis).

PORCELANATOS.

Producto de coccion unica, pero a altísimas temperaturas (1100 a 1200 ºC).

Se realiza con arcillas tipo caolin (pura) al 60% mas feldespatos al 30%, con cuarzo al 20% finamente molidos.

No tienen grado de abrasión por no sr vitrificados.

Granito

El granito es una roca plutónica constituida esencialmente por cuarzo, feldespato y normalmente también mica. Es la roca más abundante de la corteza continental. Se produce al solidificarse lentamente y a muy alta presión, magma con alto contenido en sílice producto de la fusión de las rocas que forman los continentes, sometidas al calor del manto en la parte inferior de estos.

Como este magma contiene menos magnesio incluso que la corteza continental, tiene menor peso específico y por ello asciende a través de esta en unas estructuras características en forma de gota invertida que suelen solidificarse antes de llegar a la superficie. Para que la roca que se forme sea granito es necesario que se solidifique lentamente y a gran presión. El tamaño de los feldespatos es un indicativo de la velocidad de solidificación y, cuanto más grandes son, menor fue esta. Estas estructuras solidificadas aparecen en superficie por la acción de la erosión y son llamadas batolitos. A causa de su gran dureza, es frecuente que terminen siendo la cima de una montaña que se distingue por su típica forma redondeada.

El granito ha sido usado extensamente como recubrimiento en edificios públicos y monumentos. Al incrementarse la lluvia ácida en los países desarrollados, el granito está reemplazando al mármol como material de monumentos, ya que es mucho más duradero. El granito pulido es muy popular en cocinas debido a su alta durabilidad y cualidades estéticas. El granito Black Galaxy de Cheemakurthy, Andhra Pradesh en India es mundialmente conocido por su elegancia.

Los ingenieros han usado tradicionalmente el granito pulido para dar un plano de referencia, dado que es relativamente duro e inflexible.

Azul Noche (España)

Giallo Veneciano (Brasil)

Gran Violeta (Brasil)

Lavanda Azul (Brasil)

MARMOL

ANÁLISIS DEL MARMOL Y SU ORIGEN GEOLÓGICO:

El mármol es una roca metamórfica que se origina por medio de una serie de procesos geológicos que inducen cambios mineralógicos y estructurales tanto en las rocas eruptivas como en las rocas sedimentarias. Estos cambios son consecuencia de la búsqueda del equilibrio físico-químico de las rocas cuando se encuentran sometidas a ambientes diferentes de aquel en que se formaron. Los principales agentes que producen estas transformaciones son los fluidos químicamente activos, la presión y la temperatura.
La estructura de las rocas metamórficas se puede clasificar en dos grandes grupos las foliadas y las no foliadas (afaníticas o granulares).
Los mármoles proceden del metamorfismo de las rocas calizas tras una recristalización de sus minerales, originándose por lo general, un aumento de la compacidad y variando el resto de las características con respecto a la roca de origen.


Composición:

En su constitución predominará el CO3Ca, acompañado de una gran diversidad de otros minerales (mica, silicatos magnésicos, grafito, óxidos de hierro, etc…).


Estructura:

Su estructura será compacta y su fractura es plana de aspecto sacaroidea. La clasificación de los mármoles de acuerdo con el tamaño de sus cristales es:
- Afanocristalinos.
- Muy finamente cristalinos.
- Finamente cristalinos.
- Medianamente cristalinos.
- Groseramente cristalinos.
- Muy groseramente cristalinos.


Características generales:

- Densidad aparente entre 2′6 y 2′85 g/cm3
- Densidad real de 2′7 a 2′9 g/cm3
- Dureza 3 en la escala de Mohs
- Resistencia a compresión comprendida entre 400 y 1800 Kgf/cm2
- Resistencia al desgaste por rozamiento es de 20 a 40 cm3, tras recorrido en pista de desgaste de 1000 metros.
- Resistencia al chorro de arena de 5 a 10 cm3


Características de homogeneidad:

De acuerdo con la norma UNE 22180, no deberán admitirse mármoles que presenten:
- Zonas o partes de la piedra alteradas, descompuestas o con cambios notables de su tonalidad (salvo las ocasionadas por las vetas).
- Partículas ferrosas, arcillosas, sulfurosas o masas terrosas.
- Grietas, taladros, perforaciones o fisuras.


Color:

Los mármoles podemos clasificarlos según su color en monocolores y policromos, los policromos a su vez se clasifican en:
- Veteados, cuando aparecen listados de diferente color que el fondo.
- Arborescentes, cuando aparecen vetas en todas las direcciones.
- Brechas, si contienen fragmentos más o menos angulosos atrapados en una masa principal.
- Brocateles, análogos a los anteriores pero de fragmentos más pequeños.
- Lumaqueles fosilíferos, cuando contienen o parecen contener fósiles de distinta naturaleza.
Los blancos son ricos en CO3Ca suelen estar a veces marcados por algunas vetas apenas visibles. Los negros y grises contienen sustancias carbonosas u orgánicas. Los rojos y rosas contienen oligisto o hematites roja. Los amarillos, cremas o pardos, contienen hierro en forma de limonita. Los verdes contienen silicatos magnésicos.


TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

Desbastado: Acabado tosco obtenido a golpes de maza y martillo.
Averrugado: Acabado sinuoso obtenido a punta de puntero, generalmente enmarcado en bordes de labra más fina.
Aserrado: Acabado resultante del corte a sierra.
Apomazado: tratamiento con polvo abrasivo de piedra pómez. La superficie es lisa y mate.
Pulido: Es un tratamiento consecutivo de apomazado, suavizado y abrillantado. El suavizado es un tratamiento abrasivo de granulometría muy fina y el abrillantado se realiza mediante barnices frotados con bayetas de lana mediante máquinas de pulir. El resultado es una superficie lisa y brillante.
Abujardado: Se realiza mediante bujardas que proporcionan una textura áspera de rugosidad uniforme.
Flameado: Consiste en aplicar una fuente brusca de calor a la superficie de ciertas rocas, como es el caso del granito. Los feldespatos, sensibles al calor, se descascarillan y proporcionan una superficie rugosa y caprichosa, no uniforme.


PROCESOS DE EXPLOTACIÓN Y EXTRACCIÓN DEL BLOQUE

Desde que las rocas se encuentran en sus yacimientos naturales hasta que adoptan la morfología comercial, se ha de llevar a cabo una serie de procesos como son: analizar la explotación de una determinada cantera en vistas a su rentabilidad, realizar su explotación de acuerdo con la formación geológica del terreno, proceder a la extracción y fragmentación de la roca, transportarla a taller de cantería, desbastarla y realizar las operaciones de acabado.
La explotación de canteras dependerá de la formación geológica del terreno y puede realizarse a cielo abierto, cuando los yacimientos sean superficiales o se encuentren a escasa profundidad, o ser una explotación subterránea cuando los yacimientos sean profundos.
El arranque de las rocas depende de su uso posterior, de forma que unas veces interesará obtener de cantera grandes bloques lo más inalterados posible, caso de los granitos y de los mármoles, para en taller ir obteniendo consecutivamente piezas más pequeñas hasta conseguir las formas comerciales; en otras ocasiones interesa obtener material disgregado con lo que la extracción puede hacerse con métodos enérgicos.
En el primer caso se utilizarán cuñas de madera mojada y palancas con la ayuda de sierras de hilo de acero que permiten el corte de la roca, martillos neumáticos y la utilización de explosivos mediante unos barrenos que facilitan la fragmentación de los bloques.


APLICACIONES

Por sus características físicas y funcionales se aplican tanto en escultura como en arquitectura.
- Mármoles escultóricos: generalmente suele emplearse mármoles monocolores.
- Mármoles arquitectónicos: se emplean indistintamente monocolores y policromos.
Sus características técnicas sugieren toda aplicación constructiva (fábrica ,revestimiento, pavimento y cubierta).

MATERIALES CERAMICOS

UNEVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERIAS

TECNOLOGIA EN OBRAS CIVILES

CUCUTA

2008