Materiales Bituminosos: 1. ¿Qué son son los materiale materiales s bituminosos bituminosos? ? La pala palabr bra a betú betún n prov provie iene ne de la latin latina a bitumen, bitumen, que que sign signif ific ica a pez pez hirviente, y la de asfalto, de la griega asphaltos, asphaltos, que tiene la misma acepción. Vulgar Vulgarmen mente te se design designan an a las sustanci sustancias as de color color negro negro sólida sólidas s y visc viscos osas as,, dúct dúctil iles es,, que que se abla abland ndan an por por el calo calor, r, y si son son pura puras s se llaman betún, y cuando impregnan calizas, arcillas, pizarras, etc., se denominan rocas asfálticas, de color marrón oscuro. Modernamente se obtienen como residuos de la destilación del petróleo bruto bruto unos unos produc productos tos análog análogos os denomi denominad nados os betún betún de petról petróleo, eo, de propie propiedad dades es simila similares res a los natura naturales les;; pero, pero, no obstan obstante, te, cada cada uno tiene características que los hacen aptos para las diversas aplicaciones. ¿Cuál es la clasificación general de los materiales bituminosos? Además de los betunes naturales y el petróleo existen otros productos, como los alquitranes, de propiedades y usos análogos; existen varias terminologías. En el Congreso Internacional de Carreteras celebrado en Milán en 1926, se acordó la siguiente: Betún Asfalto Además, existen el alquitrán y la brea. Los alquitranes provienen de la destilación seca de productos productos orgánicos orgánicos vegetales. vegetales. 2.
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3. ¿Qué ¿Qué son los los betunes betunes? ? Son las mezcla mezclas s de hidroc hidrocarb arburo uros s natura naturales les o de petról petróleo, eo, sólido sólidos, s, viscos viscosos os o líquid líquidos, os, conten contenien iendo do una pequeñ pequeña a porció porción n de produc productos tos volá voláti tile les; s; tien tienen en prop propie ieda dade des s aglo aglome meran rante tes s y son son comp comple leta tame ment nte e solubles en el sulfuro de carbono. 4. ¿Cuál ¿Cuál es la clasificación clasificación de los betunes betunes según según su origen? origen? Al betún se le atribuye el mismo origen que el petróleo y, según le hipótesis de Mendeleieff y Moissa, se formaron mediante la acción del vapor de agua sobre carburos metálicos en el interior de la tierra en las capas ígneas y luego fueron expulsadas hacia el exterior por el vapor de agua agua hirvie hirviendo ndo e impreg impregnar naron on las rocas rocas blanda blandas, s, como como caliza calizas, s, areniscas, etc. La hipótesis de Engler admite que los petróleos son el resultado de la descomposición fuera del contacto del aire de productos de origen animal y vegetal en el interior de la tierra, mediante la acción del calor y presión durante miles de años. Estos productos, probablemente ceras animales y vegetales, sufrieron putrefacción, oxidación y polimerizaciones, dando productos ricos en carbono e hidrógeno. 5. ¿Cuál ¿Cuál es la clasificación clasificación de los betunes betunes naturale naturales? s?
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Betunes Naturales: Existen betunes muy puros, como el betún de Judea (Siria) ; la grahamita, gilsonita (América) , de una riqueza de 99,5% de solubilidad en el sulfuro de carbono; tienen un punto de fusión mayor de 125o C., pero que por muy duros carecen De ductibilidad, no pudiendo ser empleados más que diluidos para la fabricación de barnices.
6. ¿Cuáles son los compuestos resultantes del ensayo de solubilidad del betún? En los betunes se han encontrado los sigtes componentes: asfaltenos, maltenos, carbenos y resinas asfálticas o carboides. Asfaltenos: Son cuerpos negros y amorfos que por la acción del calor aumentan de volumen; no se funden, transformándose en carbenos, perdiendo sus propiedades aglutinantes. Son los componentes más duros, comunicando a los betunes estabilidad, cuerpo y adhesividad. Maltenos: son blandos, por contener la totalidad de la parafina del betún, comunicándole la ductilidad y plasticidad, siendo estables. Carbenos: son cuerpos negros brillantes con gran proporción de carbono; provienen de la oxidación de los asfaltenos y resinas asfálticas. Una porción mayor de 2 por 100 hacen perder al betún la ductilidad y adhesividad, volviéndolos frágiles, no pudiendo ser empleados en pavimentación. Carboides o resinas asfálticas: son cuerpos sólidos de color rojizo u oscuro que se ablandan por el calor aún más que los asfaltenos. Estos compuestos forman una microemulción en la que la fase continua la construyen los maltenos, y la discontinua los asfaltenos, carbenos y resinas asfálticas, y, según predominen unos u otros, hacen que los betunes sean más o menos duros, viscosos, adhesivos, etc. El sulfuro de carbono S2C disuelve a los tres primeros; el tetracloruro de carbono Cl4C a los asfaltenos y maltenos, y el éter de petróleo o aceite de nafta 88 oB., solo a los maltenos. Los carboides son insolubles en todos los disolventes. •
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7. ¿Cuáles son las propiedades del betún? Son de color negro o marrón oscuro, pudiendo estar en estado sólido, viscoso o blando, y líquidos, a la temperatura ordinaria. Su densidad varía de 1,1 a 1,4. Los betunes sólidos tienen fractura concoidea, reblandecen hacia los 50 grados Celsius y funden de 100 a 130 grados Celsius. Arden sin dejar residuos, con llama amarilla-verdosa muy fuliginosa. Los betunes son muy estables a una temperatura de 250 0 C; perdiendo menos de 1 % los calentados a 163 0 C, propiedad que lo caracteriza y diferencia de los alquitranes. Los betunes, con el tiempo, experimentan un envejecimiento, sin duda debido a una oxidación. Los rayos ultravioletas también les atacan, así como el prolongado contacto con el agua estancada y sobretodo la saturada de cal a 500
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¿Cuál es la clasificación del betún según su dureza? Explicar en qué consiste el ensayo. Los betunes se clasifican por su dureza en variadas categorías. Se entiende por dureza la penetración de una aguja de 1 mm 2 de diámetro cargada con 100 gramos durante 5 segundos a 25 0C, y se expresa en décimas de mm. Betún duro………………………………………………………………30-60 Semiduro……………………………………………………..80 100 Semiblando…………………………………………………180 200 8.
Bando…………………………………………………………..200
-300
Muy
blando…………………………………………………300-
350 Para el afirmado de carreteras solo se usan los primeros tres La fluidificación de los betunes duros se hace agregando los productos volátiles para disminuir la viscosidad, facilitando su puesta en obra pues se evapora progresivamente una vez extendidos en los firmes, y deberán tener un punto de inflamación mayor que al que hay que calentarle para su aplicación.
9. ¿Cuáles son los ensayos del betún? •
Densidad real: Se determina a 250C, por medio de la balanza hidrostática para los que son duros a temperatura ordinaria, para lo cual se llena un molde metálico de 2 cm 3 con el betún calentado a 50 0C, en un baño de agua y una vez frío se pesa en el aire, P 1, y su sumergido P2, en agua destilada a 25 0 D25 =
P1 P1 – P2 Para los betunes fluidos se utiliza el picnómetro, pesándole primero vacío, P1; después, lleno de agua destilada a 25 0C, P 2, y finalmente, lleno de betún, P3: D25 = P3 – P1 P2 – P1
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Si el betún es viscoso, se llena el picnómetro hasta su mitad, P4, y después se rellena con agua destilada, P 5 D25 = P4 – P1 (P2 – P1) – (P5 – P4) Penetración: Se aprecia la consistencia del material bituminoso introduciendo una aguja de 1 mm. De diámetro, cargada con un peso de 100 gramos durante 5 segundos, en unas probetas de 55 mm. De diámetro y 35 mm. De altura, y midiendo en décimas de mm la penetración. Se utiliza un aparato denominado penetrómetro.
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Ductibilidad: Es el alargamiento expresado en cm. Que experimenta una probeta de un cm2 de sección hasta la rotura. Se emplea un aparato denominado ductilómetro, formado por una cubeta de sección rectangular provista de un termostato y de un dispositivo que permita producir una tracción a razón de 5 cm. por minuto. Durante el ensayo las probetas se mantienen sumergidas en un baño de agua, generalmente de 25o C, pudiéndose hacer a 4o y 40o C. Punto de reblandecimiento: Hay quien le llama de fusión, no siendo correcto, puesto que los betunes, al no ser sólidos cristalinos carecen de él, por pasar paulatinamente del estado sólido al líquido. Existen varios métodos, como el del flotador, punto de gota; pero el de uso más frecuente es el de anillo o la bola. La determinación por el procedimiento del anillo y la bola se verifica introduciendo en un vaso de vidrio alto un soporte provisto de dos anillos metálicos de 15,8 mm. De diámetro y 6 de altura, llenos de betún fundido entre los cuales y a la misma altura se sitúa un termómetro, quedando a 25,5 mm del fondo. Sobre los anillos se coloca una bola de acero de 9,5 mm de diámetro y 3,5 gramos de peso. Se llena el vaso de agua hervida y enfriada a 50C y se calienta paulatinamente a razón de 5 0C por minuto. El betún se reblandece, sede el peso de la bola y llega a tocar el fondo del vaso a una temperatura que es la que define el punto de reblandecimiento Punto de Inflamación: Es la temperatura a la cual se inflaman los gases desprendidos de un betún calentado progresivamente. El punto de combustión es la menor temperatura a la cual los vapores desprendidos continúa ardiendo por si solo durante 5 segundos, sin el auxilio de la llama de prueba. Pérdida de Calor: Se determina el tanto por ciento de perdidas en peso de los productos volátiles de un betún cuando se calienta durante 5 horas a 163 o C. El material a ensayar se vierte en unos vasos de 55 mm de diámetro y 35 mm de altura, previamente tarados, y colocan en una estufa especial calentada a 163 oC. Si el material bituminoso contiene agua, se calienta primero a 110o Centígrados y después se eleva en 15 min. a 163 o C. En el caso de producirse proyecciones, se deshidrata previamente. Solubilidad en sulfuro de carbono: Para determinar el conjunto de substancias de los materiales bituminosos solubles en el sulfuro de carbono, se vierte en un matraz Erlenmeyer de 250 c.c., previamente tarado, una cantidad de betún que contenga un gramo aproximadamente soluble en S 2C. Se añade después el disolvente en pequeñas porciones hasta unos 100 c.c., y agita hasta que se logre su disolución y filtra a través de un crisol de Gooch, previamente preparado, que se calcina y pesa. Si el material bituminoso contiene agua, se deshidratará previamente. Si se trata de un alquitrán fillerizado, se homogeniza primero, decanta u deja reposar cuarenta y ocho
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horas antes de la filtración. Los betunes de petróleo son más de 9% de solubles en S2C. Determinación de los Asfaltenos: Los asfaltenos son los componentes de un betún soluble en un sulfuro de carbono e insoluble en la bencina ligera de petróleo (o en éter etílico). La bencina deberá tener las características que prescribe la Institution of Petroleum Technologist: Densidad a 15 0 C., igual a 0.68-0.69 aromáticos, no mas del 0.5%. Se obtienen resultados casi iguales empleando como disolvente el éter etílico. La operación se practica colocando unos 2 a 5 gramos de la muestra del betún en un matraz Erlenmeyer tarado y 100c.c de disolvente. Se calienta con reflujo hasta que empiece a hervir, tapa con un corcho y deja reposar doce horas, al cabo de las cuales se filtra por un crisol de Gooch. Determinación de la Parafina: La parafina es una mezcla de hidrocarburos saturados sólidos de la serie del metano desde el termino C23H28 al C35H72 aproximadamente, teniendo un punto de fusión alrededor de las 50o C. Se determina destilando 100gramos de betún y recogiendo la fracción que pasa entre 300 o y 430o, y a 10 gramos de esta se trata por una mezcla de partes iguales de alcohol de 96o y éter etílico, y enfría a 20o. Se filtra a esta temperatura mediante un embudo de Büchner adecuado, disuelve el residuo en bencina y después en acetona, otra vez en bencina, evapora al baño María y pesa en una capsulita.
¿Cuál es la composición química elemental del betún?
Los betunes están formados por una mezcla de hidrocarburos cíclicos saturados derivados de los ciclanos, de elevado número de átomos de carbono de muchas series, de la sigte composición centesimal: Carbono…………………………………………….80-88 % Hidrógeno………………………………………..9-12 % Oxigeno…………………………………………….0-5 % Azufre……………………………………………….0-3 % Nitrógeno…………………………………………0-2 %
11. ¿Qué es el asfalto? Es el producto natural o compuesto, en el que el betún asfáltico sirve de aglutinante a materias minerales inertes. La palabra asfalto debe ser acompañada del origen del producto: asfalto, lacustre, asfalto en roca, etc. Generalmente son calizas las más abundantes y se suelen extraer a cielo abierto en invierno por embotarse menos las herramientas: después se machacan y pulverizan en molinos desintegradotes como los empleados en el yeso. Se tamiza finalmente, obteniéndose granos desde 3 a 1/10 mm de diámetro, de color marrón oscuro, impregnado de betún. 12.
¿Cuál es la clasificación de los asfaltos?
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Se clasifican en: Mastique asfáltico: Es una mezcla de asfalto en polvo con betún en caliente. La operación se practica malaxadoras o calderas cilíndricas horizontales provistas de un eje con paletas para agitar la masa. Asfalto comprimido: se emplea el asfalto pulverizado obtenido como hemos indicado anteriormente, de mayor a menor riqueza en betún, según sea la obra a ejecutar Asfalto Fundido: Se puede hacer a pie de obra, pero lo general es que se prepare en la fabrica la mezcla de mastique asfáltico con arena o garbancillo silicio, 1-12mm, en cantidad aproximada de 40%, transportando en vehículos previstos de hogar y agitadores, que se mueven cuando lo hace aquel. De esta forma se evitan los malos olores y la interrupción del transito. •
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13. ¿Cuáles son las aplicaciones más comunes del betún y el asfalto? Los betunes y asfaltos se utilizan principalmente en pavimentos en forma de asfalto comprimido y fundido o formando morteros y hormigones. 14. ¿Qué es el alquitrán? Es un producto negro y viscoso obtenido por condensación de los gases desprendidos de la destilación seca en vasija cerrada de las materias hidrocarbonadas de la hulla y madera principalmente 15. ¿Cuáles son las propiedades de los alquitranes? Propiedades de los alquitranes: las más características son las siguientes: Viscosidad: Depende del contenido en brea y resina y deben tener la suficiente viscosidad para que, extendidos en caliente, se adhieran y aglutinen fuertemente a los áridos cuando sequen. La viscosidad de los productos bituminosos en general disminuye a medida que se eleva la temperatura, y por eso se caldean previamente a su aplicación, no debiéndose pasar de cierto limite, unos 110o C, en los alquitranes, y 150 oC en los betunes, para que no se desprendan productos que son necesarios. La viscosidad es la resistencia que oponen las moléculas de un líquido al desplazamiento de unas respecto a otras. La inversa de la viscosidad es la fluidez. Cohesión: Depende de la viscosidad y es una característica del estado coloidal de los alquitranes, y a la cual son debidas sus propiedades aglomerantes. Se puede apreciar haciéndole extender en una delgada película y rompiendo a tracción. Adherencia: Esta condición depende del alquitrán y de la superficie pétrea a la que se adhiere, tanto mas cuanto lo sea la del árido, y este seca, pues húmedo lo rechaza. La •
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naturaleza geológica tiene importancia para las rocas vítreas como la cuarcita; se adhiere peor que a la rugosa como la caliza. Se puede alquitranar piedra fría y húmeda añadiendo a esta una pequeña cantidad de cal, pues actúa como emulsionante. Se aprecia la adherencia impregnando el árido con alquitrán y sumergirlo en agua durante 24 horas a la temperatura ambiente. Secatividad: Depende de la cantidad de aceites volátiles que tenga un alquitrán, siendo los medios que destilan entre 170 y 230o los que proporcionan la viscosidad y solución precisa, debiéndose producir una evaporación rápida al principio, pero no debe proseguir indefinidamente. Duración: Es función de la cantidad de aceites muy pesados que contenga el alquitrán, los que destilan a temperatura superior a 300o centígrados, pues son los que le comunican la plasticidad e impiden que al secarse se vuelva frágil y rompa. Los alquitranes envejecen antes que los betunes porque sus aceites tiene mayor tensión de vapor por los segundos. Susceptibilidad: Es la variación de la viscosidad con la temperatura, siendo los alquitranes mas susceptibles que los betunes, necesitándose menos calorías para su colocación, pero tienen el inconveniente de que a baja temperatura se agrieta mas fácilmente que los betunes. Se observa que el alquitrán extendida que en la intemperie forma una película semisólida que disminuye la susceptibilidad. El alquitrán que haya de emplearse en carreteras deberá reunir las siguientes condiciones: no contener agua, pocos aceites volátiles y fenoles, porque se evaporan rápidamente. Poca naftalina, que aumenta la fluidez en pequeña proporción, pero en exceso cristaliza, evaporándose y agrietando el firme. Contener la porción de brea, carbono libre y aceites medios pesados suficientes para dar cuerpo y elasticidad, sin disminuir sus propiedades aglomerantes.
¿Cuáles son los ensayos de los alquitranes? •
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Determinación de la densidad: Se práctica por el procedimiento del picnómetro, indicado en el ensayo de los betunes. Determinación del agua: Se hace destilando el alquitrán con un disolvente volátil como el xilol, que destila el 98% entre 120o y 250o C. Se pesan en una caldera metálica o en un matraz de vidrio de 500c.c 100gramos de alquitrán y añaden 100c.c de xilol. Se tapa y pone en comunicación con un refrigerante de 40 cm. de longitud, provisto de un tubo colector graduado en centímetros cúbicos y décimas. Se calienta de manera que destilen unas 5 gotas por segundo hasta que no se condense mas agua.
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Determinación de la consistencia: Por medio de una sonda, es el tiempo en segundos que tarda en sumergirse. La sonda Hutchinson esta formada por una varilla metálica de 5mm de diámetro y 225mm de longitud, provista de dos marcas separadas 50mm un flotador de 50mm de diámetro y una contera o punta, pesando en conjunto 35 gramos. El alquitrán calentado a 25o C, se vierte en un recipiente metálico de 250mm de altura y 100mm de diámetro. La sonda se sumerge lentamente hasta que llegue el flotador al alquitrán, y suelta con cuidado, anotándose el tiempo, apreciado con un cronometro, que tardan en hundirse las dos señales del vástago. Determinación de la viscosidad: Con el viscosímetro internacional de Redwood modificado, llamado también viscosímetro B.R.T.A., es el tiempo expresado en segundos que tarda en fluir 50c.c. de alquitrán por un orificio de 10mm de diámetro o 4mm para los muy fluidos a la temperatura de 30oC. El alquitrán se vierte en el depósito del viscosímetro, que tiene 110 mm de altura y 40mm de diámetro, rodeado de un baño maría, y se mantiene a 30 o C. El orificio de salida esta obturado con una esfera metálica de 12,5mm de diámetro unida a una varilla que lleva un índice de 92mm hasta la que se llena de alquitrán. Debajo del orificio de salida se coloca una probeta graduada, de 100c.c., conteniendo 20c.c. de aceite mineral. Se levanta la varilla y cuelga del índice, poniéndose en marcha un cronometro cuando un liquido alcance en la probeta 25 c.c., y para al legar a los 75 c.c. Determinación del carbono libre: En los alquitranes se considera, como carbono libre, la materia orgánica insoluble en el sulfuro de carbono. La operación se practica como se ha indicado en los ensayos de betunes para determinar la solubilidad en el sulfuro de carbono. Destilación fraccionada: En este ensayo se determinan los aceites ligeros hasta 170oC, aceites medios, entre 170 a 230oC; aceites pesados, entre 230 y 270oC ; y aceites de antraceno, de 270 a 300. El aparato destilador está constituido por una caldera metálica o un matraz de Engler de 200 cc., un termómetro, un refrigerante de aire o agua y unos tubos graduados. Se pesa el recipiente destilador vacío y vierten 300 gr. de alquitrán, monta el aparato y calienta lentamente, regulándose la temperatura para que destilen unas dos gotas por minuto. A medida que se alcanzan las temperaturas indicadas se cambian los tubos graduados y pesan. Terminada la destilación se vuelve a pesar el matraz y recipiente destilador, y la diferencia con el vacío es el peso de la brea. Determinación de los fenoles: En los alquitranes se aprecian en la fracción que pasa entre 170o y 270oC. al efectuar la destilación. El ensayo se practica tomando 25 cc. de los aceites que destilan entre 170 y 230 oC y 230 y 270 oC,
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previamente mezclados y calentados a 50 oC, y vierten sobre 25 cc de hidróxido sódico al 10% agitando un minuto, y deja en reposo en el baño a 50 oC, hasta que se separan las dos capas y aprecia el aumento de volumen de la capa acuosa, que es de lo fenoles existentes en 25 cc de los aceites medios. Determinación de la naftalina: Se hace en los aceites de alquitrán que destilan entre 170 y 270oC después de la extracción de los fenoles, para lo cual se pasa a un embudo de decantación cilíndrico de 50 cc y tubo corto, calentando en una estufa de 50 oC., y una vez aspiradas las dos capas se decanta la acuosa y recoge en una cápsula, enfría y filtra sobre un filtro Büchner de porcelana provisto de papel de filtro y haciendo el vacío. Se levanta el papel de filtro con el residuo, coloca sobre un disco de porcelana porosa, comprimiendo con una espátula para quitar los aceites que le impregnen, se traslada la naftalina a un vidrio de reloj, y pesa. Ensayo de envejecimiento del alquitrán: Se determina la pérdida de peso que experimenta una capa de 10mm de espesor depositada en un vaso de 55mm de diámetro y 35mm de altura, calentada a 50oC, en una estufa durante 12 días. También se puede hacer exponiendo a los rayos ultravioletas, y determinando la pérdida de viscosidad, antes V 1 y después V2 y disminución de peso P, calculando el coeficiente de envejecimiento por la fórmula: K = V2 – V1 P
17. ¿Cuáles son las aplicaciones más comunes de los alquitranes? En construcción se utiliza el alquitrán en carreteras, protección de hierro y madera aplicando en caliente, en forma de pintura y como hidrófugo o impermeabilizante de paredes. El alquitrán tiene además muchas aplicaciones, pues es la base de la fabricación de los colorantes, perfumes, resinas sintéticas y explosivos modernos.
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¿De qué está compuesto el hormigón bituminoso?
Están constituidos por áridos, Filler y betún, mezclados, extendidos en caliente y apisonados seguidamente. La piedra puede ser dura, de tipo pórfido o cuarcita de machaqueo, por formar, apisonada, un conjunto más rígido e indeformable que el árido rodado; éste debe aproximarse a la curva teórica de Fuller. Según Duriez, la granulometría media de un buen hormigón bituminoso es la siguiente: Gravilla 20/5 mm………………………….50% Arena Gruesa 5/0.3 mm……………….30% Arena Fina 0.3/0.1 mm………………....13% Filler <0.1 mm…………………………………. 7%
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Betún Semiduro…………………………….. 6%
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¿Qué es el Filler?
Son cuerpos finamente pulverizados, pueden ser de naturaleza silicea, caliza, porfídica, rocas asfálticas etc. Los fillers son sustancias finamente divididas las cuales son insolubles en asfalto pero que pueden ser dispersadas en el, como un medio de modificar sus propiedades mecánicas y consistencia. Usualmente sus sustancias minerales; materiales orgánicos tales como madera o corcho, raramente se utilizan. Típicos fillers minerales: cal, cemento, polvo de tiza, cenizas de combustible pulverizada, talco, sílice, etc. 20. ¿En qué consiste el craking? Cracking: Consiste en romper las cadenas de los hidrocarburos más largas y convertirlas en hidrocarburos de cadenas más pequeñas. Aquellos betunes que han estado sometidos a un proceso de cracking, tienen un gran envejecimiento, por tanto no son buenos para la construcción, y esto da lugar a que los betunes obtenidos por este proceso son más baratos.
Vidrios: 1. ¿Qué es el vidrio? El vidrio es una disolución sólida de varios silicatos de sodio, calcio, plomo, etc., obtenidos por fusión a elevada temperatura, y una vez enfriada la masa adquiere el estado amorfo, es dura, transparente o traslucida, frágil y resistente mecánica y químicamente. 2. ¿Cuales son sus principales componentes? Los principales componentes son la sílice, 75%¸sosa, 13%; cal, 10%, aproximadamente, y pequeñas proporciones de otros materiales, no pudiéndose expresar correctamente por formulas por variar entre limites mas o menos amplios. No obstante, se puede representar el vidrio, en general, por la formula: MO x SiO2 N2O Siendo M los metales calcio y plomo, N el sodio o potasio. El vidrio de ventanas se representa por la formula: 5S2O2 . CaO . Na2O Y el cristal por la siguiente: 6SiO2 . PbO . K 2O 3. ¿A quien o quienes se atribuye la inversión del vidrio? Se atribuye a los fenicios y egipcios la invención del vidrio, habiéndose encontrado objetos de vidrio moldeado que datan de 3300 años a. de J. C.
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4. ¿Cuáles son las materias primas utilizadas en la fabricación del vidrio? Primeras materias: Como ácido silito se emplea el cuarzo, cuarcita y arenas lo mas exentas posible de hierro y finamente pulverizadas. La cal se emplea en forma de piedra caliza, mármol y creta. Los álcalis en forma de sulfatos, nitratos o carbonatos. El plomo, en forma de minio. Como fundentes se utiliza el espato flúor y la criolita. Para decolorar se emplea el ácido arsenioso, salitre y el bióxido de manganeso, llamado vulgarmente jabón de vidrieros, por transformar el óxido ferroso, que tiñe el vidrio de color verde, en óxido férrico, que le colorea el amarillo o violado apenas apreciable. Se colorea el vidrio añadiendo diversos óxidos. La reacción que tiene lugar es la siguiente: 3 SiO2 + CO3Ca + SO4Na2 = 3 SiO2 . CaO . Na2O + SO2 + CO2
5. ¿Cuál es el proceso de fabricación del vidrio? Fabricación del vidrio: Comprende las fases siguientes: preparación de la mezcla, fusión, decoloración y recocido. Mezclas: Se preparan triturando con molinos de rulos, bolas y cilindros las materias primas y mezclándolas mecánicamente, y se añaden trozos de cerámica o vidrios rotos para inicias la fusión, en las proporciones precisas para la clase de vidrio que se va a obtener. Fusión: Se hace en hornos intermitentes o de crisoles y continuos o de cubeta. Los hornos de crisoles: están formados por una cámara revestida de ladrillo refractario, en la cual se colocan los crisoles de material refractario, y en los que se introducen las mezclas a medida que se va fundiendo. En las paredes de un lado hay orificios para los gases: en las del los otros pequeños orificios para sacar el vidrio de los crisoles, y aberturas mayores tapiadas para la introducción de estos. Los hornos de cubeta: consisten en un horno de reverbero, cuya solera forma una gran cubeta refractaria, en la que cargan las materias primas mezcladas. Dirigiendo convenientemente la llama se puede lograr una fabricación continua, haciendo que la parte central este más caliente que la de carga y trabajo. Obtenida la fusión del vidrio, hay que elevar unos 100 o mas la temperatura para que adquiera la masa fundida gran fluidez y se desprendan las burbujas gaseosas que contiene, e incluso se agita con un trozo de madera verde o húmeda sujeta a un espetón de hierro. Se espuman las impurezas y la llama hiel de vidrio. Constituida por sulfatos sódicos y calcico, reduciéndose después la temperatura para que la masa alcance la pastosidad necesaria para la elaboración. •
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Estos hornos van provistos de regeneradores Siemens, quedando gas pobre o de cok, produciéndose la fusión por la noche, y se elabora por el día. Las temperaturas de fusión del vidrio varían con su naturaleza desde 1000o para el vidrio de fosfato de cal, a 1370o para el de silicato de plomo, y 1400o para el de silicato de cal ordinario. Una vez fundida la masa de vidrio, hay que enfriarla hasta unos 1250 o para que adquiera cierta viscosidad, precisa para poder ser trabajada por soplado, laminado, estirado y prensado. Recocido: Los objetos de vidrio tienen que enfriarse lentamente para evitar las tensiones internas producidas por el enfriamiento irregular sufrido durante la elaboración, y además evitar la formación de cristales (desvitrificación). Esto se consigue calentándolos en hornos alimentados por los gases desprendidos del horno de fusión y a temperatura próxima a la de reblandecimiento y dejando enfriar muy lentamente. En la fabricación mecánica se emplean hornos de túnel continuo, colocando los objetos en cintas transportadoras que hacen el recorrido en un tiempo determinado. Elaboración y moldeo: Los vidrios se denominan, además de su composición química, por su modo de fabricación y uso a que son destinados, así: vidrios de ventanas estirados o soplados, lunas laminadas, vidrio de botellas, vidrios para óptica y aparatos químicos, etc. Grabado y coloración del vidrio: Aunque la principal característica del vidrio es su transparencia, en determinados usos se requiere que sea opaco, grabado o coloreado, tallado, etc. 6.
¿Cuáles son las denominaciones fabricación y su uso? • • • • • • • •
del
vidrio
según
su
Vidrio hueco soplado Vidrio plano soplado Vidrio plano estirado Vidrio plano colado Lunas Vidrio prensado Lana de vidrio Vidrio hilado
7. Describa brevemente cada una de ellas Vidrio hueco soplado: A mano, el operario introduce en el horno una caña de hierro de unos 2 m de longitud y 3 mm de diámetro interior, terminada por uno de sus extremos por una boquilla, y por el otro en una pequeña bola, sacando una cierta cantidad de vidrio pastoso adherido, llamado posta, siendo llevada sobre una piedra de mármol semiesférica, donde se redondea hasta formar una pequeña ampolla, la cual se introduce después en el horno para tomar mas masa fundida o ablandar la ya formada, soplando, haciendo girar y oscilar se va agrandando la ampolla y •
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se puede obtener y dar forma a diversos objetos, como botellas, vasos, matraces. Otras veces se introduce en moldes de madera y metálicos, y soplando el vidrio reproduce la forma del molde. Vidrio plano soplado: Se obtuvo así primeramente formando con la caña una gran ampolla de varios metros de largo y casi uno de diámetro, obteniéndose por soplado y caldeos sucesivos en cilindros. Una vez frío, se rasga por una generatriz y se calienta de nuevo en hornos de túnel para que se desarrolle y aplane sobre una plataforma muy lisa y bruñida. Vidrio plano estirado: Por el procedimiento Fourcault, se obtiene una lamina de vidrio, al salir la masa fundida del horno a una pequeña cámara en la cual se introduce una tobera flotante provista de una rendija, por la que sale una tira de vidrio que es recogida por una lamina metálica dentadas un vidrio armado y estirado hacia arriba, estando guiada por una serie de cilindros colocador en una caja vertical cerrada para que se enfríe lentamente, siendo cortada al largo deseado. Por este procedimiento se pueden obtener laminas desde 0.5 a 10 mm de espesor y anchuras de 1 a 2.5 m., siendo los corrientes de 1.8 a 7 mm de espesor y 1.5 m de anchura. Por el procedimiento de Colburn se obtiene un vidrio continuo estirado, sin necesidad de tobera flotante, haciendo pasar entre dos cilindros una lamina de vidrio, la cual asciende verticalmente hasta quedar casi solidificada, siendo entonces reblandecida por las llamas de unos mecheros, doblándose en ángulo recto sobre un cilindro de acero horizontal y es arrastrada a lo largo de un túnel de unos 60 metros de longitud, enfriándose lentamente, y es cortado a su salida en hojas que pueden alcanzar un espesor de 30 mm. Estos vidrios estirados se caracterizan por la uniformidad de espesor y superficies perfectamente planas. Vidrio plano colado: Se obtienen laminando una masa fundida de vidrio en estado pastoso, entre 2 cilindros o entre un cilindro y una mesa, los cuales pueden ser lisos o grabados, dando en el primer caso vidrios lisos, y ornamentales en el segundo. Si se intercala una fina tela metálica 0.5 a0.6 mm de diámetro, se obtiene el vidrio armado. Los vidrios colados se caracterizan por tener superficies ligeramente facetadas y poco trasparentes, debidas al contacto del vidrio y los cilindros que les priva del brillo, volviéndoles mate y granujientos. Así se obtienen los vidrios facetados o catedrales, estriados, con rombos, etc. Lunas: se fabrican igualmente por laminación de la pasta en estado fluido, vertiendo el contenido de los crisolasen una masa metálica de colada, sobre la que se extiende, desliza y da el espesor un par de cilindros laminadores. Las lunas incandescentes se enfrían lentamente en hornos continuos especiales de reconocer, llegando a tener longitudes de 300 m. Las lunas, a la salida de los hornos de recocer, tienen la superficie rugosa, no son trasparentes, y para logarlos se esmerilan y pulen: para ello se colocan sobre masas especiales,
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fijándolas con yeso, presentándolas en las maquinas de esmerilar, constituidas en discos giratorios de fundición, y se emplea arena fina cuarzosa de 0.8 mm de diámetro y, finalmente, un esmeril muy fino. Se pulimenta con palos giratorios de fundición, forrados de fieltro, empleando oxido férrico. Las lunas curvadas se obtienen colocando los vidrios planos y pulidos sobre moldes de acero o arena con la forma curva que hallan de tener, y se introducen en un horno que se calienta paulatinamente hasta 500o con lo que se reblandece el vidrio y adapta a la forma del molde. Vidrio prensado: Se obtiene comprimiendo con prensas el vidrio en estado pastoso, obteniéndose objetos macizos, huecos, o planos con gran resistencia a la compresión, flexión y choque, no pudiendo ser cortados con el diamante, teniéndose que fabricar con las medidas exactas. Lana de Vidrio: Se fabrica dirigiendo aire comprimido contra el vidrio fundido que sale por unas boquillas, obteniéndose fibras análogas a la lana animal. Vidrio Hilado: Se obtienen finos hilos de seda de vidrio de 0.01 a 0.03 mm de diámetro, haciendo pasar el vidrio fundido a través de finas boquillas, arrollándose sobre un carrete las hebras así obtenidas. También se pueden obtener por dispersión, dejando caer vidrio fundido sobre un disco giratorio, y la fuerza centrífuga hace que se formen hilos delgados.
¿Cómo se clasifican los vidrios según el grabado y la coloración? • • • • • • • • •
Vidrio tallado Vidrio grabado Vidrio escarchado Vidrios opalinos o turbios Vidrio muselina Espejo Vidrios de colores Vidrios especiales Vidrio de cuarzo
9. Describa brevemente el proceso de cada uno de ello. Vidrio tallado: El vidrio se talla por medio de discos delgados giratorios desgastadores, empleándose primero de hierro; después, de cobre, y finalmente, se pulen con discos de madera. Vidrio grabado: El grabado del vidrio se hace por medio de discos de cobre mojados con aceite que lleva en suspensión esmeril. Se esmerila el vidrio desgastando la parte superficial pulida con el chorro de arena cuarzosa muy fina y de aristas vivas, impulsada por aire comprimido. Otro procedimiento es por medio del acido •
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fluorhídrica, que ataca al vidrio, disolviendo al silicio y formando fluoruros con las bases, y cristalizan, siendo estos cristales los que al reflejar la luz le comunican aspecto mate. Si el acido fluorhídrico se emplea en disolución acuosa, disuelve el vidrio, sin formar cristales, empleándose para grabar y pulir. Si se emplea el acido fluorhídrico gaseoso, se obtiene el vidrio deslustrado. Las piezas que se desean tratar por dicho acido deben ser protegidas por una capa de parafina o asfalto los sitios que no deban ser esmerilados o pulidos. El Vidrio Escarchado: Se prepara deslustrando previamente las superficies, pegándose un papel con cola fuerte y se deja secar. La cola, al secar, se cuartea, arranca trocitos de vidrio de factura brillante, haciendo que la luz se disperse. Vidrios opalinos o turbios: Se obtienen añadiendo el vidrio fundido cenizas de huesos, fosforitas naturales, criolita. Vidrio muselina: El vidrio llamado muselina se fabrica recubriendo una cara del vidrio con esmalte a base de oxido de estaño, y calentando al rojo en una mufla se obtienen vidrios que son transparentes de un lado y opacos del otro. Espejo: Se hacen recubriendo una de las caras de un vidrio con una capa metálica. Antiguamente se empleaba una amalgama de estaño (azogado) y modernamente con plata, depositando una finísima película mediante una disolución amoniacal de nitrato de plata por un reductor como la glucosa, y se protege con una capa de goma laca. Vidrios de colores: Se obtienen añadiendo óxidos, sulfuros y ciertos metales, con los que se consigue la formación de silicatos y disoluciones coloidales que comunican al vidrio diversos colores; así, el color rojo se obtiene con oxido de cobre o con oro coloidal, el amarillo con plata, el verde con hierro y cromo, el violado manganeso y el azul con cobalto, etc. Vidrios especiales: Se preparan, tanto para óptica como para química, vidrios con determinadas proporciones de oxido de bario, cinc, boro, fósforo, plomo, que le comunican coeficientes de dilatación muy bajos, resistencia a los productos químicos, gran transparencia, etc. Vidrio de cuarzo: Se obtiene fundiendo en el horno eléctrico 1700- 1800o el cristal de roca, dando un vidrio de difícil trabajo por soplado, transparente a los rayos ultravioleta. El vidrio de cuarzo opaco se fabrica fundiendo arena pura de cuarzo, empleándose en química.
10. ¿Cuál es la clasificación del vidrio según su composición química? •
Vidrio calcico- sódico: Llamado vidrio de ventanas, transparentes y aun en placas gruesas, de color verde azulado, poco fusible, sonoro y denso.
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Vidrio calcico-potásico: Comercialmente se lo denomina de Bohemia o medio cristal; se caracteriza por ser incoloro, poco fusible, sonoro y menos duro que el anterior. Vidrio plúmbico- potásico: es el llamado cristal de plomo: es muy brillante, sonoro, transparente, pesado, fácilmente fusible, poco duro, denso y de gran índice de refracción. Vidrio aluminoso- calcico- alcalino: o vidrio de botellas, de color verde oscuro o pardo rojizo, poco fusible, es duro, y poco sonoro.
11. ¿Cuáles son las propiedades del vidrio? Las principales son: transparencia, brillo, dureza, sonoridad y resistencias químicas que dependen de la naturaleza de las bases y la fusibilidad del contenido en acido silícico. La densidad aparente que por carecer de poros es igual al peso especifico, varia de 2.3 a 2.6 para los vidrios alcalinos y de 3 a 8 para los de plomo, empleados en óptica. Dureza: Aumenta en general con el contenido de acido silito y la disminuye el plomo, siendo la capa exterior mas dura y brillante que la interior. Conductividad: Es muy pequeña, tanto para el calor como para la electricidad, resultando los vidrios tanto mas conductores cuando mayor proporción de álcalis contienen, debido a la facilidad con que absorben el agua. La elasticidad y flexibilidad: dependen del espesor, y su fragilidad disminuye al hacerlo su grueso, siendo en finas laminas e hilos flexible y elástico, obteniéndose tejidos con vidrios hilados, que se caracterizan por ser incombustibles y lavables. El vidrio templado una temperatura variable con su naturaleza y espesor, entre 60 y 300o a baño de aceite, resulta más elástico y sonoro, siendo más resistentes a los cambios de temperatura y choques. Modulo de elasticidad varia entre 4500 a 10000 Kg./cm2 Resistencia a la compresión: es muy grande: de 5000 10000 Kg./cm2 Resistencia a la flexión: Varia con la clase de vidrio: el de ventanas 400-500 Kg. /cm 2, lunas200-500 Kg. /cm 2, vidrio armado 250-400 Kg. /cm2. Resistencia al desgaste: es muy elevada, como el basalto y cemento fundido. Resistencia a los agentes químicos: El vidrio es muy resistente a los productos químicos, siendo únicamente el acido fluorhídrico el que lo disuelve. Los vidrios de baja calidad son atacados ligeramente por los ácidos. Transparencia: Ela vidrio deja pasar el 80-90% de la luz visible. •
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12. ¿Cuáles son los defectos del vidrio?
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Los defectos o faltas del vidrio se deben: unas, a mala calidad, como las escorias, veteados, estrías, burbujas y otras a deficiente elaboración, como las arrugas, ondulaciones, aletas y grietas
13. ¿Cuáles son las condiciones que debe reunir los vidrios utilizados en la construcción? • • • • •
Ser resistente a los agentes atmosféricos, no irisándose No tendrá defectos como manchas, burbujas, grietas, etc. Serán completamente planos y transparentes o traslucidos Estarán cortados perfectamente, sin ondulaciones Tendrán la resistencia correspondiente al empleo al que se le definen.
14. ¿Cuáles son las formas comerciales del vidrio? • • • • • • • • • • •
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Cristalinas Lunas Vidrios impresos, catedral y decorativo Baldosilla o vidrio estriado Baldosas para pavimentos Baldosas prensadas Baldosas dobles Pavés de vidrios Tejas planas de vidrio moldeado Marmolitas u opaxitas Vidrios de seguridad Fibras de vidrio
15. Describa 5 de ellas Vidrios impresos, catedral y decorativos: Tienen una superficie lisa y la otra en relieve, son traslucidos, con un espesor de 3 a 4 mm y variados dibujos, en blanco, y colores amarillo, azul, verde y morado. Longitudes hasta 300 cm. y ancho de 114 cm. Vidrios armados y baldosilla armada: Con una fina tela metálica se hacen con espesores desde 3 a 10 mm, anchos de 50 a 60 cm. siendo la medidas múltiples de 25 cm. en el largo y 10 en el ancho. Baldosas dobles; empleadas para tabiques con espesores de 3060 mm cuadrados de 20 x 20 y rectángulos de 15 x 27 centímetros. Tejas planas de vidrio moldeado: de 410 x 240, 420 x 255 y 450 x 250 mm. Vidrios de Seguridad: El vidrio triples esta formado por dos laminas de vidrio, unidas con otra de celuloide o acetato de celulosa, y en caso de fractura los trozos no saltan. •
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BIBLIOGRAFIA: Materiales de Construcción Félix Orus Asso http://html.rincondelvago.com/materialesbituminosos.html •
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