arcilla

Productos de arcilla cocida

Generalidades

La técnica de la arcilla cocida en la producción de ladrillos y tejas para construcción tiene más de 4,000 años. Se basa en el principio que los suelos arcillosos (que contienen de 20 a 50% de arcilla) experimentan reacciones irreversibles, cuando son quemados a 850-1000C, con lo cual las partículas se unen unas a otras como un material cerámico vidrioso.

Para este proceso hay una gran variedad de suelos adecuados, siendo la propiedad esencial la plasticidad para facilitar el moldeado. Aunque esto depende del contenido de arcilla, las proporciones excesivas de arcilla pueden causar fuertes contracciones y agrietamientos, lo que es inadecuado en la fabricación de ladrillos. La calidad de los productos de arcilla cocida varia no solo de acuerdo al tipo y cantidad de los otros componentes del suelo sino también con el tipo del mineral de la arcilla. Para producir tejas y ladrillos de buena calidad se necesitan realizar cuidadosos ensayos del suelo.

La producción de ladrillos cocidos ha alcanzado un alto nivel de mecanización y automatización en muchos pases, pero los métodos tradicionales de producción en pequeña escala están bien extendidos en la mayoría de países en desarrollo. Así, hay una gran variedad de métodos mecanizados para la extracción, preparación, moldeado, secado y cocido de la arcilla,

Extracción de Arcilla

• Los depósitos de arcilla se encuentran al pie de colinas o en tierra agrícolas cercanas a ríos (lo cual naturalmente generan intereses conflictivos entre el empleo de la tierra para fabricación de ladrillos y para la agricultura).

• Los criterios para seleccionar una localización adecuada son la calidad de la arcilla, disponibilidad a nivel superficial y la cercana de una carretera transitable para el transporte.

• La excavación manual en plantas de producción de pequeña y mediana escala generalmente se realiza a una profundidad menor de 2 m. (Después de excavar grandes áreas, estas pueden volver a emplearse para la agricultura.).

• Para plantas de fabricación de ladrillos en gran escala se necesitan métodos mecánicos que emplean dragaminas y excavadoras de cucharas de diferentes tipos. Estos métodos requieren proporcionalmente menos real de excavación, pero hacen cortes profundos en el paisaje.

Preparación de la Arcilla

• Esto incluye la selección, trituración, cernido y proporciona miento, antes que el material sea mezclado, humedecido y atemperado.

• La selección se realiza recogiendo las raíces, piedras, pedazos de caliza, etc., o en algunos casos lavando el suelo.

• La trituración es necesaria pues la arcilla seca usualmente forma terrones duros En laboratorios es común machacarla manualmente. Sin embargo, se han desarrollado máquinas trituradoras simples intensivas en mano de obra

• El cernido es necesario para retirar todas las partículas más grandes de 5 mm. Para ladrillos, o de 0.6 mm. Para tejas de techo.

• El proporciona miento es requerido si la distribución granulométrica o el contenido de arcilla es insatisfactorio. En algunos casos se añade a la arcilla cascara de arroz que sirve como combustible, para obtener ladrillos más livianos y mas uniformemente cocidos.

• Es necesario un mezclado completo y una correcta cantidad de agua. Ya que el mezclado manual (tradicionalmente pisoteando con pies descalzos) es laborioso y a menudo insatisfactorio, se prefieren mezcladores accionados con motor. El esfuerzo para el mezclado puede reducirse enormemente permitiendo que el agua se filtre a través de la estructura de arcilla por algunos días o incluso meses. El esfuerzo para el mezclado puede reducirse enormemente permitiendo que el agua se filtre a través de la estructura de arcilla por algunos días o incluso meses. La arcilla debe mantenerse cubierta para evitar un secado prematuro.

Moldeado

• El moldeado se realiza a mano o con métodos mecanizados.

• Los métodos de moldeado manual emplean simples moldes de madera: La arcilla se amasa formando una bola, se tira en el molde y se corta el sobrante.

• Hay dos técnicas tradicionales para sacar el ladrillo del molde: a) el método del moldeado deslizante, en el cual el molde se mantiene húmedo y la arcilla es mezclada con más agua; y b) el método del moldeado con arena, en el cual la bola de arcilla se cubre con arena para evitar que se pegue al molde.

• Los ladrillos hechos con el método del moldeado deslizante son susceptibles de desplomarse y distorsionarse, mientras que el método del moldeado con arena produce ladrillos más firmes y con mejor forma. Cuando no se dispone de arena, también puede emplearse tierra arcillosa fina de acuerdo a una técnica desarrollada en el ITW (Intermédiate Technology Workshop en el Reino Unido).

• Con mesas de moldeado (como el desarrollado por ITW, Reino Unido, y el Central Building Research Institute, India) se obtienen ladrillos con formas mas exactas, con menos esfuerzo y mayor producción. Cuando el moldeado se realiza igual que con los moldes de madera, los ladrillos son expulsados mediante una palanca accionada con el pie.

• Las tejas para techo se hacen con moldes de formas especiales pero casi de la misma manera que los ladrillos. La principal diferencia es que se necesitan otras características del material, en relación a la uniformidad, granulometría y contenido de arcilla.

• Los talleres de ladrillos mecanizados emplean máquinas que destruyen la arcilla por un troquel para formar una columna d

• El secado artificial (empleado en las grandes plantas mecanizadas) se realiza en cámaras especiales que hacen uso del calor recuperado de los hornos o zonas de enfriamiento.

• La contracción debido al secado es inevitable y no causa serios problemas si es menor de 7% de contracción lineal. No se debe exceder de una contracción lineal de 10%. Si es necesario, debe reducirse la proporción de arcilla añadiendo arena o chomota (desechos de ladrillos pulverizados).

Cocción

• Hay dos tipos de hornos para cocer ladrillos: horno intermitente y continuo.

• Los hornos intermitentes incluyen mordazas y hornos Scove (hornos de campo tradicionales), hornos de tiro de aire superior y los de tiro de aire inferior. La eficiencia del combustible es muy baja, pero se adaptan a las cambiantes demandas del mercado. Varan en tamaño desde 10,000 a 100,000 ladrillos.

• Los hornos continuos incluyen varias versiones del horno Hoffman (particularmente el horno de trinchera de Bull) y el horno de tiro de aire forzado. Son muy eficientes en el consumo del combustible. Los hornos túnel, en los cuales los ladrillos pasan a través de un fuego estacionario, son demasiados sofisticados y costosos para ser considerados aquí.

• Las mordazas básicamente son una pila de ladrillos crudos esparcidos con material combustible (por ejemplo, carbón de piedra triturado, cascaras de arroz, estiércol). En la base de la mordaza se dejan algunos orificios en donde se prende el fuego. Los orificios se cierran y se deja arder el combustible, lo cual puede tomar pocos das o varias semanas. Los ladrillos cercan al centro de la mordaza ser más duras. Es necesario seleccionarlos, ya que aproximadamente 20 o 30% ser inservibles. Estos son recocidos o empleados en la base, en los lados o en la parte superior de la mordaza.

• Los hornos scove, revocados en ambos lado con barro, básicamente son iguales que las mordazas, excepto que los túneles se construyen a través de la base de la pila para alimentar combustible adicional. Este es el mejor método para quemar madera.

• Los hornos con tiro de aire superior (también conocido como hornos Escocés) funciona igual que los scoves, excepto que los túneles y las paredes son permanentes.

• Los hornos con tiro de aire inferior tienen un techo abovedado permanente. Los gases calientes del combustible quemado en los lados del horno, se elevan hacia el techo arqueado y descienden entre los ladrillos por la succión de la chimenea, a través del piso perforado para salir por la chimenea.

• El horno Hoffman, que originalmente era circular pero ahora ms comúnmente es oval, es un horno multicamaras en el cual el aire de combustión es precalentado enfriando ladrillos en algunas cámaras, y pasa por la zona del fuego, desde la cual los gases de evacuación precalientan los ladrillos crudos. Mientras los ladrillos enfriados son retirados de un lado de la cámara vaca, los ladrillos crudos son apilados en el otro lado. El combustible es alimentado por la parte superior, a través de los orificios en el techo arqueado permanente. La producción diaria es de aproximadamente 10,000 ladrillos.

• El horno de trinchera de Bull funciona bajo el principio del horno Hoffman, excepto que se omite el costoso techo abovedado y los gases de evacuación salen por chimeneas de metal intercambiables de 16 m. de alto con una amplia base, que se acoplan en los orificios de ventilación ubicados en la parte superior del horno. El combustible, generalmente carbón de piedra triturado es alimentado por los orificios de la parte superior. Dependiendo del tamaño del horno la producción diaria puede variar entre 10,000 y 23,000 ladrillos, siendo el 70% de ellos de alta calidad.

• El horno con tiro de aire forzado es una versión mejorada de horno de trinchera de Bull, en el que las paredes transversales temporales de ladrillos crudos dejan aberturas en los lados alternos, haciendo que el aire caliente viaje una gran distancia en zigzag, obteniendo una mayor transferencia de calor en una cantidad dada de combustible-cale-factor (madera y piedra de carbón). Para proporcionar el tiro de aire necesario se instalan ventiladores. Es posible una producción diaria de 30,000 ladrillos.

• La madera, el carbón y el petróleo son los principales tipos de combustible empleados. El carbón se emplea para cualquier propósito, mientras que la madera es poco adecuada en mordazas y el petróleo no se emplea en mordaza, en hornos con tipo de aire inferior, hornos de trinchera de Bull y hornos con tirado aire forzado

Aplicaciones

• Los ladrillos sólidos o perforados de todas las formas y tamaños para construcciones normales de mampostera, incluyendo cimientos, pisos y muros, arcos, bóvedas y copulas.

• Tejas para techo de variadas formas y tamaño para techos con pendiente entre un rango de 1:3 (1830') y 1:1 (45).

• Tejas para piso y ladrillos de fachadas para acabados de superficies durables e impermeables, y para mejorar la apariencia.

• Productos especiales, tales como ladrillos industriales que tienen alta resistencia a compresión y densidad; ladrillos refractarios, con gran resistencia al calor, empleados para forrar calderas y hornos; ladrillos y tejas resistentes a los cidos para soportar los ataques químicos; y piezas de canales y tuberías para diversos propósitos.

• Bloques de arcilla perforados, con formas especiales para conformar losas compuestas de concreto armado (para entrepisos y techos).

• Los residuos de ladrillos pueden emplearse para construir paredes de hornos, como rellenos de huecos de muros y pisos, los residuos poco cocidos producen una puzolana (surkhi) y otros producen chomotas para la fabricación de ladrillos.

Ventajas

• Los productos de arcilla cocida pueden tener altas resistencias a compresión, incluso cuando estén húmedos, y por tanto son resistentes a los impactos y a la erosión.

• La porosidad de la arcilla quemada permite movimientos de humedad, sin producir cambios dimensionales significativos. Las construcciones de tejas y ladrillos pueden respirar.

• Los ladrillos sólidos tienen una alta capacidad térmica, necesaria para la mayora de los climas, excepto para las zonas predominantemente húmedas; los ladrillos perforados (con perforaciones verticales) pueden emplearse para muros con cavidad, que proporcionan aislamiento térmico, o (con perforaciones perpendiculares a la cara del muro) para muros con ventilación o rejilla.

• Los productos de arcilla cocida proporcionan una excelente resistencia al fuego.

• Los ladrillos y tejas son resistentes a los agentes atmosféricos y pueden permanecer sin ninguna protección superficial, con lo cual se ahorran costos. Sin embargo, las obras de ladrillos expuestos a menudo son considerados sin acabado y, por lo tanto, no siempre son aceptados.

• Los ladrillos rotos y de mala calidad son usados para otros propósitos, por lo tanto no se desperdician.

• El proceso de producción puede ser extremadamente intensivo en mano de obra y crear muchos puestos de trabajo incluso para trabajadores no capacitados.

Problemas

• El proceso de cocción tiene un consumo de combustible relativamente alto. En muchos pases, en donde se emplea lea, grandes reas forestales han desaparecido causando un serio daño ecológico. En donde hay lea disponible, esta es generalmente muy cara, pero ello también es cierto para los otros combustibles. Por consiguiente, los productos de arcilla cocida de buena calidad tienden a ser caros.

• Los hornos de campo simple no siempre producen ladrillos uniformes y de buena calidad, y generalmente funcionan con ineficiencia en cuanto al combustible. Las inversiones de capital en hornos eficientes en cuanto al consumo de combustible son altas, los cuales producen buenos ladrillos a menudo son demasiado caros para los pequeños productores. Tampoco se justifica si no hay una demanda grande y continua de ladrillos.

• Un defecto común de los ladrillos es el caliche (o la expansión de la cal), esto es, un debilitamiento o rotura de los ladrillos, que es causado por la hidratación de las partículas de cal viva, producidas por la caliza que está presente en las arcillas con la que se fabrica los ladrillos.

• Otro defecto es la eflorescencia, que aparece temporalmente sobre la superficie del ladrillo, y es causada por las sales solubles inherentes en la arcilla o el agua del proceso.

Soluciones

• La eficiencia en el consumo del combustible depende principalmente del diseño del horno: los hornos continuos retienen por ms tiempo el calor y utilizan el calor de los ladrillos calientes, mientras los ladrillos crudos son precalentados por los gases de evacuación. Los hornos intermitentes tienen que calentar todo el lote nuevamente, cada vez que se cuece cada lote.

• La lea no debe emplearse ms rápido de lo que puede renovarse. Por ello son vitales las plantaciones de árboles de rápido crecimiento. Considerando su menor valor calorífico, se necesita una mayor cantidad de árboles de rápido crecimiento que de árboles de lento crecimiento. Sin embargo, tales plantaciones pueden ser difíciles de mantener en regiones secas o cuando las lluvias fallan.

• Los residuos de la agricultura y otras biomasas, tales como cascaras de arroz, cascaras de CAF, papiro, son combustibles sustitutos tiles y (parcialmente) baratos. Mezclándolos con la arcilla ayudan a cocer uniformemente los ladrillos, evitando que los centros no estén cocidos.

• Los hornos de trinchera de Bull y de corriente de aire forzado tienen una eficiencia en el consumo de combustible comparable a los hornos mecanizados, sofisticados. También son ms baratos de construir que el horno Hoffman. Por ello, se considera mejor el emplear el primer lote de ladrillo de una mordaza para construir un horno ms eficiente en cuanto al consumo de combustible, con lo cual, el tamaño se ajustar para satisfacer las demandas del mercado local. No obstante, para proporcionar la corriente de aire requerida se necesita un tamaño mínimo determinado.

• El caliche puede minimizarse reduciendo el tamaño de las partículas de la mezcla de materia prima y cociendo a 1000C. Añadir de 0.5 a 0.75% de sal con (cloruro de sodio) antes del cocido también se ha probado que es efectivo. Después del cocido los ladrillos pueden ser sumergidos en agua durante diez minutos, durante los cuales la cal es apagada. El proceso, llamado rebajo, no siempre es exitoso.

• Las mejoras son posibles y necesarias en todas las fases de la fabricación de ladrillos, de modo que una buena dedicación a la investigación es requerida para encontrar métodos simples y baratos para una adecuada preparación de la arcilla, un moldeado uniforme y rápido, y lo ms importante una máxima eficiencia en el consumo de combustible.