INTRODUCCION
Se busc busca a en esta esta unid unidad ad que que el futu futuro ro inge ingeni nier ero, o, iden identi tifiq fique ue las las arci arcilla llas, s, mediante su conocimiento e investigación de las propiedades mineralógicas de estos sedimentos. Partiendo de los numerosos minerales – silicatos – que se encuentran en las rocas rocas ígnea ígneas s y metamó metamórfic rficas as y median mediante te los agente agentes s de desco descompo mposic sición ión que nos genera genera química llegamos a la descomposición de estas rocas, lo que
LAS ARCILLAS.
Existen varios procedimientos para identificar una arcilla, tales como : - Investigación por rayos X - Balance térmico de las arcillas - Microscopio electrónico - Análisis químico Las Las arci arcill llas as está están n cons constit titui uida das s bási básica came ment nte e por por silic silicat atos os de alum alumin inio io hidr hidrat atad ados os,, pres presen enta tando ndo adem además ás en algu alguna nas s ocas ocasio ione nes, s, sili silica cato tos s de magnesio magnesio,, hierro u otros metales, metales, también también hidratado hidratados. s. Estos minerales minerales tienen casi siempre una estructura cristalina definida, cuyos átomos dse disponen en láminas. Existen dos variedades de tales láminas: -La silícica -La alumínica Fina Finalme lment nte e logr lograr arem emos os que que con con el estu estudi dio o de la pres presen ente te unid unidad ad el ingeni ingeniero ero sea capaz capaz de conoc conocer er los suelos suelos sensi sensible bles s e identif identifiqu ique e las características físico – químicas de cada una de ellas y así mismo sepa que tratamiento debe darse.
OBJETIVOS GENERAL Aprender a conocer los suelos finos, especialmente los sensibles. Con Con sus carac caracter teríst ística icas s ident identific ificadas adas sepamo sepamos s traba trabajar jar con este este material y utilizarlo dentro de la construcción. construcción.
ESPECIFICO -Con -Conoc ocer er los los ensa ensayo yos s que que se util utiliz izan an para para las las part partíc ícul ula a fina finas s especialmente para identificar las arcillas. - Con los datos de los ensayos identifiquemos sus propiedades y características. - Ser capaz de conocer y recomendar el tratamiento y usos aplicables a este material para cimentar una obra de ingeniería.
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DEFINICIÓN Son rocas sedimentarias cementadas o no, de origen detrítico. El tamaño de las partículas que las forman es microscópico. Son la rocas sedimentarias más abundantes y puedes ser de varios tipos: -arcillas limosas :Cuando el tamaño de las partículas oscila entre 4 – 62 micras. -arcillas finas : en las que mas del 33 % de las partículas son de diámetro inferior a 4 micras; éstas éstas contienen menos menos sílices que las arcillas limosas limosas . Las arcillas son rocas plásticas que se endurecen al calentarlas, por lo que se han utilizado desde los albores de la civilización como materia prima de la cerámica. Son partículas finísimas menores de 0.06 mm, de diámetro, procedentes de la descomposición de rocas feldespáticas. La arcilla pura recibe el nombre de caolín. Una de las principales propiedades de la arcilla es su plasticidad, además de ser refractaria. Desempeña un gran papel en la construcción por ser una materia prima en la fabricación de cementos y de cerámica.
Adobe. El adobe es un tabique de barro sin cocer, la tierra con que se hace debe ser limpia sin piedra y con la menor cantidad posible de arena. En una excavación mas hecha previamente en el suelo, se deja remojar la tierra de un día a otro para que pudra se amasa agregándole suficientemente agua para formar un lodo bien mezclado y macizo, se le revuelven algunos de los siguientes materiales: paja, sácate, estiércol, hojas de pino, crines y pelos de bestia en la proporción 1: 5 para que sirva de amarre al material. Tepetate. Tepetate. El tepetate es una arcilla se encuentra en mantos gruesas macizas. Es un material granuloso, grueso, ligero, color amarillento y de consistencia media. Resiste 3Kg/cm2, obteniéndose sillares para muros (40 x 60). Es material poroso y absorbente de agua. Es un buen aislante del frió y del calor por lo que conviene usarlos en climas extremosos, mezcla para la fabricación de ladrillos.
Teja. Teja flamen flamenca. ca. Es una teja de características parecidas a la árabe pero, en este caso, lleva en su parte posterior un resalte para facilitar el enganche con las siguientes. Teja plana. La teja plana sin encaje puede ser moldeada en prensa de hilera o galletera. La masa empleada es la de encaje y esta
debe ser moldeada en prensas de moldes metálicos; metáli cos; su desecación se efectúa colocándolas en estanterías destinadas a ese fin, de manera que el aire circule por ambas caras; su cocción es igual a la de los ladrillos. Teja árabe. Tiene formas de canal cónico y sus dimensiones mas corrientes son 45cm de largo por 12 y 16 de ancho n, 8cm. De altura y 12mm. De espesor. Se moldea generalmente a mano por una gradilla metálica de forma trapezoidal, y cuando la pasta moldeadora adquiere consistencia se le da forma curva. La desecación se realiza de la misma forma que en los ladrillos. Azulejos. Es una pieza de pasta cerámica de poco espesor, recubierta por una capa de esmalte puede ser lisa o con dibujos en diferentes colores. formas y tamaños: las formas preferidas son las cuadradas y las rectangulares sus dimensiones oscilan entre 10 x 10, 15 x 15, 20 x 20 y 20 x 30 cm. Actualmente se fabrican también con otras formas no rectangulares. Las arcillas pueden clasificarse de distintas maneras según el aspecto que se tenga en cuenta: color, plasticidad, fusibilidad, según se encuentren en la naturaleza…, factores todos ellos a tener en cuenta a la hora de elaborar una pieza puesto que son de vital importancia en el desarrollo y acabado de la misma. mi sma.
ORIGEN. Formada especialmente por silicatos alumínicos hidratados de estructura reticular aplanada.Los filosilicatos que componen las arcillas pertenecen fundamentalmente a cuatro grupos : -Caolín -Montmorillonita -Mica arcillosa (Fundamentalmente la illita) -La clorita.
SUELOS SENSIBLES - ARCILLOSOS Son por lo general suelos arcillosos los cuales exhiben cambios volumétricos significantes a los cambios cambios de humedad. humedad. Las construcciones sobre estos suelos están sujetos a movimientos diferenciales que causan rugosidad y craqueo al pavimento. Los diseños y ensayos deben proveer métodos que
aminoren o prevengan los efectos de estos estos suelos. El tipo de arcilla que produce hinchamiento por cambio volumétrico, es por lo general ILITAS y CAOLINITAS, las cuales usualmente posen LL mayor de 40 y IP superior de 25. Los suelos que exhiben un cambio volumétricos mayor m ayor del 3% en el ensayo de CBR, requieren tratamiento. Este tratamiento por lo general consiste en la remoción del suelo, y estabilización, el cuidado que se tenga en el control de la compactación y el control especial de la humedad. Además de brindar un adecuado drenaje que evite la incorporación incorporación de humedad al al suelo. La tabla 4 - 2, recomienda recomienda el siguiente tratamiento cuando se encuentran este tipo de suelo.
Tabla 4.2 Recomendaciones para suelos sensibles Potencial % de de expan. expansió n Bajo
Medio
Alto
Potencial de humedad
3-5
Bajo
3-5
Alto
6-10
Bajo
6-10
Alto
Mayor de 10
Bajo Alto
Tratamiento. Compactar el suelo (en 2 al 3 %) y no mayor mayor del 90% Densidad máxima apropiada Estabilizar el suelo hasta una profundidad de 6” Estabilizar el suelo hasta una profundidad de 12” Estabilizar el suelo hasta una profundidad de 12” Estabilizar el el su suelo hasta un una profundidad de 12” Estabilizar el suelo hasta una profundidad de 36”
En suelos variables Estabilizar el suelo hasta una profundidad de 60”
TIPOS DE ARCILLAS Por las sustancias que contienen las arcillas pueden ser : -Arcillas negras o carbonosas carbonosas : Ricas Ricas en materia orgánica, orgánica, formadas en unas unas condiciones anaeróbicas anaeróbicas y se separan con facilidad en láminas delgadas. -Arcillas rojas : Contienen mas del 6,5 % de óxido de hierro y se formaron en un ambiente oxidante.. -Arcillas bituminosas : son negras con un alto porcentaje de compuestos orgánicos en forma de queroseno. Son de origen marino y lacustre. Mediante su destilación se obtienen hidrocarburos sólidos, líquidos y gaseosos. El rendimiento medio es de 45 litros de aceite combustible combustible por tonelada. tonelada. -Arcillas silíceas. : son muy resistentes y contienen hasta un 85 % de sílice. Estas propiedades son de gran interés esencial para la comprensión de los procesos edafológicos.
EDAFOLOGÍA : Ciencia que estudia los suelos
LA ARCILLA. DEFINICIÓN Y PROPIEDADES. DEFINICIÓN. Podríamos definir la cerámica como el conjunto de productos basados en la arcilla ó el caolín transformados por la acción del fuego. Otra definición podría ser la masa o cuerpo formado por una o más arcillas y que posee los requisitos necesarios para ser trabajado a mano, al torno, con moldes, mediante estampado o a presión. En la preparación de una pasta cerámica existen tres ingredientes principales: los elementos plásticos, los magros o desengrasantes y los fundentes. La proporción y calidad de estos tres ingredientes determinará el producto cerámico. Elementos plásticos: Son las arcillas y caolines que forman la base de las pastas cerámicas debido a su plasticidad. Elementos magros o desengrasantes desengrasantes:: Son la sílice, la arena, trozos molidos de terracota (chamota) y las arcillas silíceas. Son para reducir su excesiva plasticidad, para aumentar la porosidad así como facilitar el secado del objeto. Elementos fundentes: son los feldespatos, las micas, la cal, los fosfatos, las fritas molidas, los vidrios pulverizados y las arcillas fundentes, ferrosas y calcáreas. Podríamos definir la arcilla como una sustancia mineral terrosa compuesta en gran parte de hidrosilicato de alúmina que se hace plástica cuando se humedece y dura y semejante a la roca cuando se cuece. Otra definición podría ser
la disgregación y descomposición de las rocas feldespáticas durante millones de años para dar lugar a partículas pequeñísimas.
PROPIEDADES DE LA ARCILLA. Plasticidad: Mediante la adición de una cierta cantidad de agua, la arcilla puede adquirir la forma que uno desee. Esto puede ser debido a la figura del grano (cuanto más pequeña y aplanada), la atracción química entre las partículas, la materia carbonosa así como una cantidad adecuada de materia orgánica. Merma: Debido a la evaporación del agua contenida en la pasta se produce un encogimiento o merma durante el secado. Refractariedad Refractariedad:: Todas las arcillas son refractarias, es decir resisten los aumentos de temperatura sin sufrir variaciones, aunque cada tipo de arcilla tiene una temperatura de cocción. Porosidad: El grado de porosidad varia según el tipo de arcilla. Esta depende de la consistencia más o menos compacta que adopta el cuerpo cerámico después de la cocción. Las arcillas que cuecen a baja temperatura tienen un índice más elevado de absorción puesto que son más porosas. Color: Las arcillas presentan coloraciones diversas después de la cocción debido a la presencia en ellas de óxido de hierro, carbonato cálcico… Origen de la cerámica. cerámica. Naturaleza. La arcilla es de tipo sedimentario, formada por fragmentos de otras rocas. Está formada por materiales arcillosos (silicatos y alúmina hidratada). Los principales minerales arcillosos arcill osos son: • Arcilla caolinita: contiene un elevado porcentaje de alúmina para cerámica compacta. • Arcilla montmorillonita: poco utilizada. • Arcilla illita: son muy abundantes y las más utilizadas por sus propiedades plásticas. Existen dos características fundamentales fundamentales para la fabricación de materiales cerámicos con arcilla: • Plasticidad: que es la capacidad de formar una masa plástica, fácil de moldear cuando añadimos agua. • Comportamiento Comportamiento frente al calor: soporta muy bien el calor, y su acción lo convierte en un producto muy resistente y durable. Las arcillas poseen agua en su interior, la cual tras el proceso de cocción desaparece. Una arcilla posee tres tipos de agua interior: i nterior: • Agua de contracción: se encuentra entre las partículas cristalinas y se elimina a los cien grados centígrados. • Agua zeolítica: se encuentra intercalada en los vacíos de la red cristalina. Se elimina entre los trescientos y cuatrocientos grados centígrados. • Agua de constitución: forma parte de La estructura química y cristalina de la arcilla. Se elimina a los l os mil o mil Las arcillas pueden encontrarse en estados que varían de los l os correspondientes a las blandas normalmente consolidadas, a las duras preconsolidadas. preconsolidadas. Las Las arcilla arcillas s precon preconsol solida idada das s tienen tienen frecue frecuente ntemen mente te defec defectos tos estruc estructur turale ales s secund secundari arios os : como como grieta grietas s y planos planos de resba resbalam lamien iento, to, que influy influyen en en su resistenc resistencia ia y compresibi compresibilidad lidad,, por lo que pueden requerir requerir una investigación investigación especial antes de proyectar.
La plasticidad de los limos puede deberse a un alto porcentaje de partículas en forma de lámina ó a materia orgánica. Los mantos profundos de limo, que contienen frecuentemente mas o menos materia orgánica, se encuentran en formaciones que son o fueron playas de océanos y lagos o lechos de ríos. Cuando Cuando estos estos depós depósito itos s se encuent encuentran ran abajo abajo del nivel nivel del agua agua freática freática y nunca han estado expuestos a secado , es probable que sean tan blandos y compre compresib sibles les como como las arcilla arcillas s normalm normalment ente e consol consolida idada das s cerca cerca del límite límite líquido. Por lo tanto, los limos plásticos tienen muchas de las características de las arcillas arcillas blanda blandas s y medias medias,, y el proye proyecto cto de las cimentac cimentacion iones es en limo plásti plástico co se basa basa en consi consider deraci acione ones s semeja semejante ntes s a las que gobier gobiernan nan las estructuras en arcilla. Por esta razón las arcillas y limos plásticos pl ásticos se consideran sinónimos. La capacidad de carga depende principalmente de la resistencia del suelo al esfuerzo cortante. Cuando se aplica carga por primera vez a las zapatas en arci arcill lla a satu satura rada da,, se prod produc uce e un aume aument nto o en la pres presió ión n de poro poro;; si la permeabilidad de la arcilla es por lo menos menos regular, este aumento aumento no se disipa rápidamente.
PROPIEDADES PRINCIPALES DE LAS ARCILLAS a. De grano grano muy fino <0,002mm <0,002mm,por ,por lo que forman forman solucio soluciones nes coloidale coloidales. s. b. Posee Posee plasticidad plasticidad al al combinarse combinarse con con cierta cierta cantidad cantidad de agua agua c. La capacida capacidad d de retener retener los iones, iones, más más ó menos menos ligado a su su estructura estructura e intercambiar iónes ó moléculas. d. Capac Capacida idad d de form formar ar agre agregad gados. os.
ENSAYOS Y PRUEBAS EN ARCILLAS. A- A la resistencia no drenada: puede obtenerse con suficiente precisión, real realiz izan ando do prue prueba bas s con con mues muestr tras as de 5 cm toma tomada das s con con mues muestr treo eo continuo, con muestreadores de tubo de pared delgada. compre resi sión ón si simp mple le de arci arcill llas as: se rea B- A la comp realiza liza me media diante nte la penetr penetraci ación ón estánda estándar, r, ó con muestra muestras s de tubo. tubo. Cuando Cuando sólo puede puede justificarse un gasto mínimo de exploración puede estimarse la resi resist sten enci cia a a la compr compres esió ión n simp simple le en mues muestra tras s obte obtenid nidas as con con el muestreador de media caña.
median ante te veleta veleta:: si la arci arcill lla a cont contie iene ne C-PRUE C-PRUEBA BA IN SITU SITU, medi
defe defect ctos os estructurales secundarios, puede ser necesario recurrir a las pruebas de carga. D- LIMITES DE ATTERBERG. E- HUMEDAD NATURAL
F-
PRUEBAS DE CONSOLIDACIÓN COMPLETAMENTE REMOLDEADAS
:
EN
MUESTRAS
APLICACIONES EN LA CONSTRUCCIÓN Ladrillos Los ladrillos se clasifican entre los materiales que se obtienen mediante la colocación de arcillas naturales previamente moldeadas, o materiales cerámicos.
Las operaciones que comprende la fabricación de ladrillos pueden resumirse como sigue:
* Extracción y trituración de la arcilla * Preparación y amasado de la pasta * Moldeo * Desecación * Cocción El moldeo se efectúa con unas máquinas llamadas galleteras o con prensas. La cocción se lleva a cabo en hornos fijos o intermitentes, continuos, etc. La norma del Ministerio de la Vivienda MV201-1972 << Muros resistentes de fábrica de ladrillos>>, da la siguiente definición de ladrillo: "Ladrillo es toda pieza destinada a la construcción de muros, generalmente en forma de ortoedro, fabricada por cocción con arcilla o tierra arcillosa, a veces con adicción de otras materias" Las aristas de un ladrillo reciben los nombres de:
* Soga, cada una de las cuatro aristas mayores * Tizón, cada una de las cuatro aristas medianas * Grueso, cada una de las l as cuatro aristas menores En cuanto a las caras, se denominan: * Tabla, cada una de las l as dos caras mayores (soga x tizón) * Canto, cada una de las dos caras medias (soga x grueso) * Testa, cada una de las l as dos caras menores (tizón x grueso)
-En varias circunstancias pueden usarse en zapatas loza, pilas, pilotes, para soportar estructuras en depósitos de arcilla y limo plástico. -En la fabricación de bloques, bl oques, ladrillos ,adoquines, tabletas para pisos y muros. -tejas -Cerámicas -Construcción de muros y bareque de caña para agarre del barro arcilloso.
AUTOEVALUACION Unidad 3.
1- Que se conoce conoce como como arcillas, arcillas, y como como se forman forman ? 2- Investigue Investigue en en que consiste consiste el método método de identifica identificación ción de arcillas arcillas por: por: Rayos X y balance térmico. 3- Cuales Cuales son las propie propiedade dades s principales principales de de las arcillas arcillas . 4- Que caracterís características ticas presenta presentan n las arcillas arcillas y limos limos plástic plásticos? os? 5- Explique Explique las recome recomendac ndaciones iones a tener tener en cuenta cuenta en la cimentaci cimentación ón de estructuras sobre arcillas ó limos. 6- Qué util utiliza izació ción n se le da a la arcil arcilla? la?..
7- Que ensay ensayos os se le realizan realizan a las arcilla arcillas s ?. 8- Qué son son depósitos depósitos de de origen origen de arcillas arcillas , y como como se present presentan?. an?. 9- En qué qué consiste consiste el ensayo ensayo de Atterbe Atterberg rg ?. 10. ¿ A que se debe la plasticidad en las arcillas? 10-Defina: Litificación Edafología -Caolín -Montmorillonita -Mica arcillosa (Fundamentalmente la illita) -La clorita. • •
BIBLIOGRAFIA -Mecánica de suelos de William Lambe –R. Whitman. -Mecánica de suelos : J. Badillo – R. Rodríguez - Arcillas y vidriado para el ceramista” y “Cerámica viva”,
WEB. WWW.ARQUIS.COM
ING: FREDY WILLIAM MONCADA C:
