https://doi.org/10.22463/2011642X.2353
Recibido: 04 de julio de 2018 - Aprobado: 25 de octubre de 2018
Como citar:
R. A. García, M. T. Crespo, M. Grave & A. Ruiz, “Gráficos triangulares del comportamiento físico de arcillas utilizadas en la fabricación de productos de mampostería en Colombia”, Revista Ingenio, 16 (1), pp. 50-55, 2019
En la presente investigación se llevó a cabo la construcción de gráficos triangulares de la prima utilizada en dos empresas dedicadas a la fabricación de ladrillos macizos en la región del Cesar y norte de Santander, Colombia. Inicialmente, se realizó el ensayo de granulometría a diferentes muestras de arcilla con los cuales se determinaron los porcentajes de arenas, limos y arcillas. Estos porcentajes fueron ubicados en el diagrama de Winkler para identificar los tipos de arcillas existentes según su textura y tipos de productos que se pueden fabricar. Los resultados de los gráficos triangulares muestran la influencia del comportamiento del límite líquido, limite plástico e índice de plasticidad, con lo que se pudo predecir su comportamiento en extrusión. Con esta investigación se espera que las empresas puedan implementar estrategias y mejoras sobre la calidad de la materia prima que permita productos con óptimas propiedades mecánicas, con lo que evidentemente se mejoraran los recursos ambientales y económicos de las empresas.
Palabras clave:Arcillas, Cerámica, Ladrillos, Materia Prima, Optimización.
In the present investigation, the ternary graphics of the raw material used in two companies dedicated to the manufacture of solid bricks in the Cesar and Norte Santander regions, Colombia, were carried out. Initially, the granulometry test was developed on different clay samples with which the percentages of sands, salts, and clays were determined. These percentages were plotted in the Winkler diagram to identify the types of clays that exist according to their texture and the types of products that can be manufactured. The results of the ternary graphs show the influence of the behavior of the liquid limit, plastic limit, and plasticity index, with which it was possible to predict its behavior in extrusion. With this research, it is expected that companies can implement strategies and improvements on the quality of the raw material that allow products with optimal mechanical properties, thereby evidently improving the environmental and economic resources of the companies
Keywords:Clays, Ceramics, Bricks, Raw Material, Optimization.
De acuerdo a su capacidad de producción y desarrollo tecnológico las industrias ladrilleras se han clasificado en chircales, ladrilleras pequeñas, medianas y grandes [4]. Las mezclas de arcilla para la fabricación de ladrillos son de 60% de arcilla arenosa y 40% de arcilla plástica, a esta composición se le atribuye la mala calidad de los productos en términos de fisuras, mala cocción, falta de uniformidad en el color, entre otros factores que afectan el producto terminado. Estos defectos están asociados a los tamaños de las partículas de arenas y a la composición mineralógica de la materia prima [5], [6],[7].
La estadística es una herramienta comúnmente usada en este tipo de investigaciones a nivel experimental; en Camboya, dos depósitos de arcilla fueron utilizados para el desarrollo de formulaciones de azulejos (Bloques) por medio del diseño estadístico de experimentos de mezclas y la adecuación de los modelos fueron confirmadas en laboratorio mediante análisis experimentales [8], [9].
En la actualidad no se ha evaluado el comportamiento de las arcillas con diagramas triangulares, por lo que en la presente investigación se llevó a cabo la obtención de gráficos triangulares para analizar el comportamiento del límite líquido (LL), limite plástico (LP) e índice de plasticidad (IP) sobre la influencia de las variables arena (A), limo (L) y arcilla (a). Lo anterior, con la finalidad de brindar una visualización global del comportamiento de las arcillas de diferentes regiones de acuerdo a su composición granulométrica y de esta manera predecir su comportamiento en extrusión.
2. Materiales y métodosDurante los trabajos de campo, se realizó un muestreo tipo canal para clasificar las arcillas de la cantera, con un tipo de investigación de tipo experimental; teniendo en cuenta que la recolección de las muestras de arcilla se realizó directamente en las minas de las dos ladrilleras mediante observación directa. Se realizaron ensayos de laboratorio con el fin de determinar las variables que fueron objeto de estudio, para identificar los porcentajes de arena, limo y arcilla [10]. Teniendo en cuenta lo anterior, se realizó el procedimiento mostrado en la Figura 1:
Los datos obtenidos fueron graficados en el diagrama de Winkler con la ayuda del software TripLop como se muestra en la Figura 2, en donde se ubicaron los puntos y logar visualizar el comportamiento de los porcentajes de arenas, limos y arcillas; además de comprobar si son aptas para la producción actual que realizan las empresas seleccionadas [10], [14], mostrando los tipos de productos que se pueden fabricar de acuerdo a la region; estos puntos estan identificados como (●) para la empresa de ocaña y (▲) para la empresa de valledupar.
Por otra parte, se puede identificar que para las muestras de Ocaña, solo 2 no cumplen para ser utilizadas como materia prima. Caso contrario se evidencia en las muestras de Valledupar que la mayoría se encuentra en la zona 2 y con buenas características para la fabricación de bloques perforados. La Figura 3 muestra las texturas de la arcilla, siendo en su mayoría suelos Franco-Areno-Arcillosos [15], teniendo en cuenta los resultados de granulometría.
La Figura 4a y Figura 4b muestran el comportamiento de la materia prima sobre el limite liquido (LL) para las dos empresas, se puede observar que se tiene una tendencia diferente debido a los porcentajes de arenas, limos y arcillas, mostrando una tendencia diferente en la influencia sobre el LL, dado a que para las muestras de Ocaña son altamente arenosas, para las muestras de Valledupar se presenta con una tendencia ser muestras arcillosas.
La Figura 5a y Figura 5b muestran el comportamiento de la materia prima sobre el limite liquido (LP) para las dos empresas. En este caso, se presenta que ambas muestras tienen una tendencia a estar influenciadas por los porcentajes de arcilla. Para la muestra de Ocaña, se observa que está influenciada por tanto de los porcentajes de arcilla y limo; mientras que para la empresa de Valledupar la influencia es solo por la arcilla.
El comportamiento del índice de plasticidad (IP) se muestra en la Figura 6a y Figura 6b para la materia de las dos empresas. Para este caso se observa que la baja calidad de la materia prima de Ocaña está influenciada por los porcentajes de arenas y dado a esto la presentación de problemas en secado y cocción como fisuras y agrietamientos. Por otro lado, para la empresa de Valledupar este comportamiento no es tan influenciado por la arena, pero si por la arcilla, brindando de esta forma un mejor comportamiento en extrusión al ser más plástica.
El comportamiento de cada una de las figuras anteriores, está regido por cada una de las siguientes ecuaciones como se muestra en la Tabla 1.
Finalmente, se llevó a cabo el cálculo del comportamiento en extrusión de las muestras, de lo que se obtuvo la Figura 7. Mostrando que las arcillas son altamente arenosas para la empresa de Ocaña, lo que dificulta el proceso de extrusión, caso contrario para la empresa de Valledupar, se observa que las arcillas presentan una tendencia a ser bastante arcillosas por lo que su comportamiento en extrusión es aceptable.
La calidad del producto final puede ser evaluada teniendo en cuenta los estándares colombianos de calidad como la norma NTC 4017 y NTC 4205, con la finalidad de obtener productos que cumplan con las condiciones de seguridad en su aplicación de mampostería en la construcción.
4. ConclusionesLos resultados de los ensayos de granulometría indican que la mayoría de las muestras poseen un índice de 45% de arena fina; el cual es de gran importancia para la fabricación de las pastas cerámicas, debido a que permite clasificar las muestras como materiales de baja compactación, baja plasticidad, que no deben usarse solos como una pasta de producción por que tendrán baja resistencia en seco y en cocido, como también alta absorción de agua. Asimismo, la arena es necesaria para la extrusión de productos de mampostería para la construcción, debido a que ayuda a disminuir el tiempo de secado y evita la formación de grietas en las piezas.
Es importante controlar los porcentajes de arena, lo cual indica que las arcillas necesitan mayor temperatura para poder cerrar los poros en la cocción, por lo cual, a bajas temperaturas de cocción darán altas absorciones de agua y bajas resistencia en cocido. Como también pulverizar estas partículas a tamaños inferiores a 1 milímetro.
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