7 LADRILLOS Son productos moldeados y cocidos, utilizando barro, arcilla u otras masas de tipo arcilloso.
7.1.- LA ARCILLA La materia prima del ladrillo es la arcilla natural, cuyas propiedades físicas y químicas varían significativamente significativamente en los distintos tipos de arcilla. ar cilla. En la producción, estas variaciones se deben controlar y minimizar mediante la mezcla de distintos tipos de arcilla; pero esto debe hacerse a bajo costo (característica fundamental del ladrillo como material de construcción). La arcilla es fundamentalmente sílice y aluminio más óxidos de hierro y de magnesio.
7.1.1.- TIPOS DE ARCILLA Arcillas superficiales (sedimentarias) Arcillas pizarrosas (formadas a gran presión) Arcillas ígneas (profundas y de características químicas y físicas estables)
7.1.2.- CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA DE ARCILLAS PLASTICIDAD: se necesita buena plasticidad, plasticidad, que permita moldear la mezcla y darle forma. COHESIÓN: COHESIÓN: la necesaria para que mantenga la forma, no se agriete y no se desmorone. FUSIONABILIDAD: capacidad capacidad para integrar las partículas de arcilla al someterla a altas temperaturas.
7.2.- FABRICACIÓN DE LOS LADRILLOS Con arcilla amasada con agua se prepara una pasta que puede ser moldeada. Se seca al aire y con esto se elimina un poco de agua y sucede una primera retracción.
Con una cocción en horno a una temperatura de 900°C o 1000°C ocurre la eliminación completa del agua y una nueva retracción del 10% al 15%. La cocción a 1200 °C provoca un principio de vitrificación, lo que da como resultado una arcilla cocida sin poros. La fabricación se hace con métodos artesanales o con métodos mecanizados. La fabricación a mano produce ladrillos que son de características muy desiguales, en su dureza, en su resistencia, en su tamaño y en su porosidad; esto genera rechazos en el suministro y desperdicios en su utilización. La fabricación mecanizada brinda ladrillos bien cocidos y homogéneos. Sin embargo, la zona de borde queda más compacta y lisa, lo que genera dificultad al partirlos. Las superficies lisas no tienen mucha adherencia para revoques y enlucidos; la base que se seca sobre enarenado es más áspera y se debe colocar hacia los exteriores. La fabricación mecanizada ha permitido la producción de ladrillos perforados (perforación horizontal y perforación vertical) con el uso de máquinas extrusoras y de técnicas de vibroprensado.
7.3.- TIPOS DE LADRILLOS La clasificación de los ladrillos según su tipo es muy sencilla. Se tienen:
7.3.1.- LADRILLOS MACIZOS (M)
7.3.2.- LADRILLOS CON PERFORACIÓN VERTICAL (PV), producidos con técnicas de vibroprensado; la perforación vertical puede ser rectangular o circular. La cavidad se usa para pasar instalaciones, para refuerzo vertical o rellenos de hormigón en la mampostería estructural. Por lo general presentan resistencias a la compresión altas.
7.3.3.- LADRILLOS CON PERFORACIÓN HORIZONTAL (PH), producidos mediante máquinas extrusoras; presentan resistencias a la compresión baja.
7.4.- CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS LADRILLOS Ciertas características físicas y mecánicas se constituyen en factores de calidad de los ladrillos como elementos para usar en una construcción; entre estas: 1. 2. 3. 4. 5.
Tamaño Densidad Apariencia Resistencia Porosidad
7.4.1.- TAMAÑO Históricamente el tamaño de los ladrillos se determinó con base en dos factores: la facilidad para poder asirlos con la mano y la posibilidad de poder lograr un buen aparejo y trabazón. Con base en estos criterios se determinó la anchura más conveniente como aquella que permite asir los ladrillos cómodamente con la mano. La longitud debería ser siempre igual al doble de la anchura más el grueso de una junta. La altura se puede determinar libremente; se fija primordialmente por razones de estética, aunque también tiene incidencia en el rendimiento del obrero en su colocación y en la cantidad de juntas de mortero. En los ladrillos comunes la anchura oscila entre 10,5 y 13 cm. Un tamaño clásico parte de una anchura de 12 cm y determina las otras dimensiones de la siguiente manera: Anchura: A = 12 cm Longitud: L = 2 x A + 1 cm = 2 x 12 cm + 1 cm = 25 cm Altura: H = (A – 1 cm)/2 = (12 – 1)/2 = 5,5 cm En estas proporciones están los tamaños: (5,5; 12; 25) y (6; 13; 27)
Una forma de dimensionar para lograr aparejos de muy buena presentación, es la de añadir 1 cm a cada dimensión de tal manera que las tres dimensiones queden en la relación 1:2:4. Por ejemplo: H = 6 cm + 1 cm = 7 cm A = 13 cm + 1 cm = 14 cm H = 6,5 cm A = 13 cm L = 26 cm
L = 27 cm + 1 cm = 28 cm
H = 7 cm A = 14 cm L = 28 cm
H = 7,5 cm A = 15 cm L = 30 cm Sin embargo, estas dimensiones solo se conseguirían sobre pedido. En la Tabla No. 7.1 aparece un listado de los tamaños de ladrillos más usados en Colombia. Los ladrillos huecos tienen mayor manejabilidad debido al menor peso, por lo cual pueden ser más grandes. A otros ladrillos se les hace asideros especiales, igualmente para mejorar su manejabilidad. TABLA No. 7.1.- Tamaños usuales en Colombia (dimensiones en centímetros) Ladrillo tolete común 6 x 11 x 23 Ladrillo prensado
5,7 x 10,5 x 24
Ladrillo farol (Bloque No. 5):
12,5 x 20 x 30
12 x 23 x 33
Ladrillo farol (Bloque No. 4)
9 x 20 x 30
9 x 23 x 33
Bloque No. 6
14 x 23 x 33
7.4.2.- DENSIDAD La densidad de un cuerpo es la cantidad de masa contenida en una unidad de volumen del cuerpo. La densidad relativa es la relación entre la densidad del cuerpo y la densidad del agua a 4 °C. La densidad de los ladrillos depende del proceso de producción, y en menor grado de los materiales usados, y por lo general oscila alrededor de 1,9 gr/cm3.
7.4.3.- APARIENCIA 7.4.3.1.- Forma En la actualidad es posible conseguir ladrillos cerámicos en todas las dimensiones y en todos los formatos, y para los más variados usos como los que se observan en estas imágenes.
En la primera foto se observan ladrillos delgados cuyo uso es eficiente en acabados de pisos; las fotos segunda y tercera corresponden a ladrillos de fabricación mecánica con perforaciones horizontal y vertical; en la cuarta imagen se observa el uso de ladrillos de perforación horizontal, que son muy ligeros, usados como aligerantes en la construcción de losas de hormigón reforzado; la quinta foto se
puede observar que es posible adaptar las boquillas de las máquinas extrusoras para producir ladrillos de formas caprichosas, necesarios para usos muy especiales en construcción.
La forma más común es el paralelepípedo, pero se consiguen piezas en L para esquineros, en cajón para columnas, en bovedilla para aligerantes; formas al gusto para piso s o para placas de cerámica.
7.4.3.2.- Color El color de los ladrillos depende de las características químicas de las arcillas, del tiempo de quemado y de la intensidad del quemado. El contenido de óxidos, en particular de óxidos de hierro, tiende a dar a la pieza colores rojizos o purpúreos. Las quemas prolongadas producen colores oscuros. El quemado muy intenso también produce colores oscuros, pero además produce piezas de baja absorción.
7.4.3.3.- Textura La textura depende del sistema de producción y prácticamente se puede lograr la textura que se desee, dependiendo del uso que se le quiera dar al ladrillo. Una textura lisa o levemente ranurada es indicada para el ladrillo a la vista. Este tipo de textura presenta problemas para la adherencia de los morteros de acabado. Las texturas rugosas son recomendadas para fachadas expuestas y para paredes que van a ser acabadas con mortero porque mejora la adherencia.
7.4.4.- RESISTENCIA Es la capacidad de las piezas cerámicas para resistir esfuerzos. La norma colombiana NTC-4017 considera el esfuerzo normal de compresión y el módulo de rotura que es el esfuerzo normal producido por la carga de rotura en un ensayo normalizado de flexión.
7.4.4.1.- Resistencia a la compresión La resistencia a la compresión es el esfuerzo normal de compresión producido por la carga de rotura sobre el área de la sección transversal del ladrillo. El área que se considera es el promedio de las áreas de
contacto superior e inferior de piezas que pueden ser ladrillos completos o medios ladrillos cortados a la mitad de la longitud pero conservando la anchura y la altura, o pedazos de ¼ de la longitud del ladrillo original conservando la anchura y la altura y con un área de sección transversal perpendicular a la carga no menor de 90 cm2.
W: carga de rotura, en kilogramos fuerza (kgf) o en Newtons (N), según la máquina. A: promedio del área total de las superficies superior o inferior de contacto con la máquina, en cm 2 o en m2, según el sistema de medidas usado. La resistencia a la compresión depende del tipo de arcilla y del sistema de producción. Hay correlación entre la absorción de la pieza (que es un indicador de su porosidad) y la resistencia a la compresión; el tipo de quemado afecta en forma importante el valor de la resistencia. Hay marcas de ladrillo extruido que lo promocionan con una resistencia a la compresión de 140 kg/cm2 y al corte de 5 kg/cm2. El ladrillo común anda cerca de los 50 kg/cm2 en compresión y 3 kg/cm 2 en corte. En una norma española se establece que la resistencia a la compresión de los ladrillos macizos y perforados (con perforación vertical) no será inferior a 100 kg/cm 2. (Considera ladrillos macizos incluyendo aquellos en los que las perforaciones internas no superen el 20% de su volumen). La de los ladrillos huecos empleados en muros resistentes no será inferior a 50 kg/cm 2. Clasifica los ladrillos en Tipo A, B y C con las siguientes exigencias: Tipo A: Esfuerzo a la compresión mayor o igual a 200 kg/cm2. Absorción menor o igual al 16%. Ángulos y aristas rectas, sin manchas, eflorescencias ni desconchados. Tipo B: Esfuerzo a la compresión mayor o igual a 140 kg/cm2. Absorción menor o igual al 18%. Fabricado mecánicamente. Variación de rectitud en aristas hasta de 5 mm. Tipo C: Esfuerzo a la compresión mayor o igual a 60 kg/cm2. Absorción menor o igual al 25%. Fabricado a mano. Ladrillo común. La Norma NTC 4205 establece la resistencia mínima a compresión que deben tener las piezas para mampostería estructural y no estructural, la cual se transcribe en las Tablas No. 7.2 y No. 7.3. TABLA No. 7.2.- Resistencia mínima en compresión para unidades de mampostería estructural RESISTENCIA MÍNIMA A LA COMPRESIÓN MPa (kg/cm2) TIPO DE LADRILLO Promedio 5 unidades
Unidad
PH
5,0 (50)
3,5 (35)
PV
18,0 (180)
15,0 (150)
M
20,0 (200)
15,0 (150)
TABLA No. 7.3.- Resistencia mínima en compresión para unidades de mampostería no estructural RESISTENCIA MÍNIMA A LA COMPRESIÓN MPa (kg/cm2) TIPO DE LADRILLO Promedio 5 unidades
Unidad
PH
3,0 (30)
2,0 (20)
PV
14,0 (140)
10,0 (100)
M
14,0 (140)
10,0 (100)
7.4.4.2.- Módulo de rotura El módulo de rotura es el esfuerzo normal máximo al que está sometido el ladrillo con la carga de rotura. Ensayo de flexión
En la figura: W: carga de rotura aplicada, en N o en kgf (depende de la máquina de ensayo). l: separación entre los soportes de apoyo, en mm b: ancho del ladrillo d: altura del ladrillo b y d son las dimensiones de la sección transversal que soporta la flexión. En la flexión se producen esfuerzos normales, de tracción y de compresión, los cuales pueden ser calculados mediante la expresión:
en la cual:
M: momento flector (acción interna en una sección que equilibra los momentos que producen en esa sección las cargas externas) c: distancia entre el centroide de la sección transversal y la fibra más alejada. IZZ: momento de inercia de la sección transversal con respecto al eje Z-Z. Para el caso del ensayo a flexión de un ladrillo los valores son los siguientes: Momento flector máximo:
Distancia de la fibra más alejada al centroide: Momento de inercia de la sección:
De manera que el esfuerzo máximo será:
Ejercicio de cálculo.- Un ladrillo cuyas dimensiones son 7 mm x 14 mm x 28 mm se ensaya a flexión; en el ensayo, la separación entre apoyos es de 18 cm y la carga de rotura medida por la máquina de ensayos es de 700 kgf. En consecuencia, el módulo de rotura del ladrillo es:
7.4.5.- POROSIDAD La porosidad del ladrillo es una condición de su calidad producida por los procesos de fabricación. Los procesos artesanales por lo general producen piezas porosas; en los procesos industriales se realizan operaciones de mezclado, vibrado y compactado que producen piezas con poca porosidad. La porosidad se cuantifica a través de la medición de la capacidad de la pieza para absorber agua; esta se convierte entonces en un indicador de la existencia de una mayor o menor cantidad de poros saturables
en la masa del ladrillo cerámico, de la cual dependen otras características de la calidad del ladrillo, como son la densidad, la durabilidad y la adherencia al mortero de pega o repello. Es claro que a mayor porosidad menor densidad de la unidad cerámica. En cuanto a la relación con la durabilidad, la existencia de vacíos determina la presencia de secciones transversales debilitadas en las que pueden ocurrir fallas por esfuerzos. Por otro lado, por la permeabilidad la masa porosa permite la entrada de sustancias o agentes atmosféricos que pueden propiciar la desintegración de la masa cerámica. En consecuencia, a mayor porosidad (a mayor capacidad de absorción) menor durabilidad. Cierto grado de porosidad es necesario para propiciar una mejor interrelación entre la pieza de cerámica y el mortero de mezcla de las juntas. Se puede decir que existe una porosidad óptima, debajo de la cual es necesario usar aditivos para mejorar la adherencia, y encima de la cual es necesario humedecer la pieza antes de la pega para que esta no le quite agua al mortero e impida su proceso de fraguado. Superficies poco porosas carecen de capacidad de ligazón con los morteros de repellos o revoques. La adherencia del mortero es mejor en las superficies porosas que le permiten penetrar y generar una interface de liga entre ladrillo y pañete. Los indicadores de la capacidad de absorción (porosidad) se describen en los siguientes numerales.
7.4.5.1.- Porcentaje de absorción. Es la relación porcentual entre la cantidad de agua necesaria para llenar todos los poros saturables de un espécimen de ladrillo y la masa del espécimen seco. Se mide como la relación entre el peso del agua absorbida y el peso del ladrillo seco: % Absorción
Pesode laguaabsorbida Pesode lladrillo seco
100
Existen dos métodos para evaluar este indicador: por inmersión en agua fría durante 24 horas, o por inmersión en agua en ebullición durante 5 horas. 7.4.5.1.1.- Absorción por inmersión en agua fría:
: es el peso de la unidad seca, en un horno ventilado, a temperatura entre 110ºC y 115ºC,
durante 24 horas, hasta que en dos pesajes sucesivos a intervalo de 2 horas no presente ninguna pérdida de masa superior al 0,2% (Norma NTC-4017). : es el peso del espécimen saturado por inmersión en agua fría durante 24 horas, a
temperaturas entre 15,5ºC y 30ºC. (Norma NTC-4017) 7.4.5.1.2.- Absorción por inmersión en agua en ebullición:
: es el peso del espécimen saturado por inmersión en agua en ebullición durante 5 horas.
(Norma NTC-4017) La Norma NTC 4205 establece los valores permitidos para la absorción en piezas de ladrillo, los cuales se transcriben en la Tabla No. 7.4 TABLA No. 7.4.- Valores permitidos para la absorción de piezas de ladrillo PARA MAMPOSTERÍA ESTRUCTURAL TIPO DE LADRILLO
Absorción de agua máxima en % Interior
Exterior
Prom. 5 U
Unidad
Prom. 5 U
Unidad
PH
13
16
7 a 13,5
14
PV
13
16
7 a 13,5
14
M
13
16
7 a 13,5
14
PARA MAMPOSTERÍA NO ESTRUCTURAL TIPO DE LADRILLO
Absorción de agua máxima en % Interior
Exterior
Prom. 5 U
Unidad
Prom. 5 U
Unidad
PH
17
20
7 a 13,5
14
PV
17
20
7 a 13,5
14
M
17
20
7 a 13,5
14
7.4.5.2.- Coeficiente de saturación Se mide como la relación entre la absorción al sumergir la pieza 24 horas en agua fría y la absorción por sumersión en agua caliente durante 5 horas.
Se usa este indicador para determinar la facilidad de infiltración del agua en los poros. Valores pequeños de Cs indican mayor facilidad de infiltración.
7.4.5.3.- Tasa inicial de absorción (Succión) La succión es una medida de la velocidad de absorción de la pieza, función de la cantidad de poros presentes en el ladrillo. La absorción juega un papel importante en la adherencia de la pieza con el mortero de pega. Cuando la succión es baja hay poca adherencia; cuando es muy alta se reseca la mezcla de mortero impidiendo la hidratación del cemento. (Por esta razón los ladrillos porosos se deben saturar antes de la pega). La forma de medir la capacidad de succión de las piezas de ladrillo es mediante la denominada TASA INICIAL DE ABSORCIÓN.
Para medir la T.I.A. una pieza de ladrillo seca se introduce aproximadamente 3 mm (1/8 plg) en un recipiente de agua durante un minuto, después de lo cual se calcula el agua succionada. La norma colombiana NTC 4017 expresa la succión en gramos por centímetro cuadrado por minuto (g/cm2/min), mediante la fórmula:
en la cual: Wws: es el peso del agua succionada, igual al peso del ladrillo húmedo después de 1 minuto en el recipiente de agua, y As: es el área neta de contacto con el agua. Una norma norteamericana utiliza una variante para la medición de la tasa inicial de absorción (succión), en la cual relaciona el área de la pieza y un área patrón de 30 plg2 (193 cm2)
Mediante este procedimiento la succión se expresa en gramos fuerza/min. Investigadores han encontrado una correlación entre la T.I.A. y la resistencia a la tracción en la junta ladrillo-mortero, según la cual, la adherencia es máxima para una succión de aproximadamente el 20 g/min y disminuye rápidamente para succiones menores y gradualmente para succiones mayores . (20 g/min de la norma norteamericana equivale a 0,104 g/cm2/min de la norma colombiana) Lo anterior implica que cuando los ladrillos presentan succiones mayores de 20 g/min se deben humedecer las piezas antes de pegarlas; si las succiones son bajas es necesario usar aditivos especiales para pegarlos. Cuando la succión es muy alta se recomienda usar un repelente de agua (siliconite o similar), sin llegar a impermeabilizar la superficie. Ejercicio de cálculo.- Un ladrillo de dimensiones 5,5 cm x 12 cm x 25 cm, seco pesa 1980 gramos fuerza. En posición de zoga se humedece en una fuente con altura de agua igual a 3 mm; después de un minuto de humedecimiento pesa 2017,5 g. Calcule la Tasa Inicial de Absorción según la norma norteamericana y según la norma colombiana y establezca una relación para conversión de los resultados según las dos normas. Solución: Peso del agua absorbida:
Área neta humedecida:
Equivalencia entre las dos medidas:
7.5.- APAREJOS Se llaman aparejos las disposiciones de los ladrillos y otros elementos de cerámica para formar distintos elementos constructivos, tales como pilares y muros. Las gráficas siguientes muestran unos ejemplos de aparejos.
