Los ladrillos cerámicos son bloques de arcilla cocida a prueba de calor y de alta resistencia usados en las paredes de la construcción.
Usar ladrillos en una construcción significa optar por proyectos que pueden ser modulares, optimizados y, sobre todo, versátiles. Es un material económico, versátil y muy fácil de usar, por lo que es prácticamente imposible sustituirlos por completo.
Qué son los ladrillos cerámicos
Los ladrillos toletes macizos de arcilla cocidos se utilizan en la construcción de obras civiles principalmente en edificios y viviendas, por los bajos costos del material, su propiedad de aislamiento térmico y su disponibilidad geográfica.
Los ladrillos cerámicos de construcción son piezas fabricadas por moldeo, secado y cocción de una pasta arcillosa. La cocción es un proceso físico-químico mediante el cual se consiguen piezas de consistencia pétrea e inalterabilidad de forma, elevándose su dureza y resistencia mecánica.
Debido a la enorme variedad de ladrillos existentes en el mundo, es necesario distinguir sus características, geometría, forma de colocación y aplicación antes de incorporarlos a una obra.
Materias primas de los ladrillos cerámicos
Arcillas plásticas
Las arcillas naturales pueden estar formadas por una o más variedades para poder conseguir mejores propiedades. Normalmente contienen micas y caolines.
Las arcillas, de acuerdo al grado de plasticidad, se clasifican en secas, magras y grasas. Esta plasticidad se puede aumentar con hidróxido, carbonato o silicato sódico, con cal, oxalato y humus.
Materiales desgrasantes
Los desgrasantes son materiales arenosos que reducen la excesiva plasticidad de algunas arcillas. La arena de cuarzo (SiO2) aporta dureza y resistencia mecánica a las piezas y actúa como desgrasante, pero puede quitar homogeneidad. Para evitarlo se debe moler muy finamente.
Una cantidad elevada de arena o una sílice no combinada no es deseable. Un exceso de sílice produce un ladrillo frágil y débil al calor.
Efecto de las impurezas
Las impurezas que aportan las arcillas, debidas a su origen sedimentario, pueden mejorar alguna propiedad del material cerámico, pero perjudicar otras.
El Fe2O3 u óxido de hierro aporta resistencia mecánica.
El óxido de hierro da arcillas más bastas y heterogéneas.
El óxido de hierro permite al ladrillo mantener su forma y le da durabilidad, además de prevenir la retracción.
La dolomía se descompone a mayor temperatura que la caliza por lo que no produce su efecto.
El agua absorbida da plasticidad a la arcilla.
Si hay exceso de agua se producen fisuras en el ladrillo al cocer.
Normalmente en la arcilla hay menos del 10% de agua.
Las arcillas pobres en alúmina y ricas en hierro se emplean para materiales de construcción. Las arcillas ricas en hierro y cal también se utilizan en construcción.
Fabricación de los ladrillos cerámicos
Conformado de las piezas
Existen tres formas básicas de conformado: por galletera, por colada y por prensa.
La prensa es la forma más común en países en vías de desarrollo: se realiza por estampación de la pasta en un molde de bronce o acero con una estampa que la comprime fuertemente.
Secado y cocción
La cocción es un proceso físico-químico mediante el cual se consiguen piezas de consistencia pétrea e inalterabilidad de forma, elevándose su dureza y resistencia mecánica.
Si la cocción se hace lentamente, se mejora la calidad, pero con ello aumentan los costos.
De 400 a 600 ºC se produce la eliminación del agua combinada y la descomposición en óxidos.
Entre 1300 y 1500 ºC se obtienen productos impermeables de gres vitrificado.
Partes y dimensiones de un ladrillo
Caras de un ladrillo
Canto: cara correspondiente al largo por el alto.
Testa: cara correspondiente al ancho por el alto.
Tabla: cara con mayor superficie del ladrillo.
Dimensiones principales
Soga: es el largo del ladrillo y la medida más larga.
Tizón: es el ancho del ladrillo.
Grueso: es la altura del ladrillo y la medida más corta.
Tipos de ladrillos cerámicos
Ladrillos para soportar cargas
| Tipo de ladrillo | Soga (cm) | Tizón (cm) | Grueso (cm) |
|---|---|---|---|
| Macizo | 23 | 11 | 4/5,5 |
| Perforado | 24 | 11,5 | 5 |
| Prensado | 26 | 13 | 4 |
Ladrillos ligeros
| Tipo de ladrillo | Soga (cm) | Tizón (cm) | Grueso (cm) |
|---|---|---|---|
| Rasilla | 25 | 12 | 2,8 |
| Hueco sencillo | 23 | 11 | 4 |
| Hueco doble | 23 | 11 | 7 |
Ladrillo macizo
Los ladrillos macizos son perfectos para brindar un soporte estructural robusto y fiable.
Ladrillo perforado
Los ladrillos perforados se utilizan entre los tipos de piezas cerámicas destinadas a soportar cargas.
Ladrillo hueco
Los ladrillos huecos son mucho más ligeros y fáciles de manejar, adecuados para cerramientos y tabiques no estructurales.
Ladrillo prensado
El ladrillo prensado se obtiene por estampación de la pasta en un molde de bronce o acero con una estampa que la comprime fuertemente.
Posiciones y aparejos de colocación
De soga: el canto queda visto.
De tizón: la testa queda vista.
A sardinel: con el canto visto, pero colocado en vertical. Se usa solo decorativamente, como en los dinteles de puertas y ventanas.
De panderete: con la tabla o superficie más grande vista.
Aplicaciones en las obras de construcción
Viviendas y edificios
Los ladrillos cerámicos se utilizan en la construcción de viviendas porque no solo proporcionan confort, sino que también actúan como aislantes.
Se utilizan en todo tipo de construcciones, en viviendas unifamiliares, en construcción comercial e industrial y en espacios de oficinas, tanto para formar muros de carga como cerramientos.
Los ladrillos cerámicos permiten opciones versátiles de diseño arquitectónico y también son capaces de proporcionar aislamiento térmico y acústico.
Muros de carga y sistemas de mampostería
Muros de carga, pilares y bóvedas se realizan igualmente a base de ladrillos.
Estas edificaciones están diseñadas en su mayoría con un sistema de pórticos resistentes a momentos, mampostería reforzada o mampostería confinada.
Durante su vida útil, estas construcciones están sujetas a la acción de cargas verticales y horizontales, y pueden generar fracturas en piezas de mampostería y en muros. Si su calidad no es adecuada, se pone en peligro a sus ocupantes, y este fracturamiento influye en un aumento de su vulnerabilidad, en especial por la acción sísmica.
Pilares
Los pilares se realizan aparejando los ladrillos de forma que dan dimensiones de 25×25, 25×37, 37×37, 37×50 o 50×50 cm².
Divisiones interiores
Las divisiones interiores están destinadas a separar espacios en el interior de las edificaciones.
Tabiques: entre espacios del mismo uso.
Tabicones: entre espacios de distinto uso.
Cerramientos
Los cerramientos pueden ser respecto a espacios cubiertos, como escaleras, o a espacio abierto, como patios o directamente a la calle.
Según el caso, las exigencias varían y deben tener buen aislamiento térmico y acústico. Al exterior son importantes la durabilidad y la impermeabilidad.
Las cítaras se destinan a espacios cubiertos de ladrillo h/d, h/t o perforado colocados a soga.
Las capuchinas se utilizan para cerramiento al exterior.
Elementos para forjados
Elementos aligerados: son casetones cuyo fin es reducir el peso de los forjados reticulares.
Elementos forjantes: tienen por misión conformar una bóveda resistente de hormigón entre las viguetas.
Las bovedillas tienen dimensiones que varían de 50 a 70 cm de ancho y 25 cm de largo, con una altura entre 17 y 20 cm.
Elementos resistentes: se utilizan para conformar vigas y viguetas de hormigón armado.
Pavimentos
Es una de las aplicaciones con mayor agresión en servicio dependiendo de si son exteriores o interiores y del nivel de tráfico a soportar.
Las piezas utilizadas son las baldosas, que se colocan sobre capa de mortero a junta recta o metajunta.
Existen piezas especiales para escaleras.
Colocación correcta en obra
El ladrillo se coloca en obra mojándolo para eliminar el polvo y mejorar su adherencia, pero sin empapar, pues cedería agua al mortero haciéndolo fluir.
El mortero debe ser lo más seco posible, aunque manejable.
La tasa inicial de absorción mide la cantidad de agua que absorbe el ladrillo en un minuto, pues los poros de los ladrillos funcionan como capilares en presencia de agua.
Cuando se coloca el mortero de pega o de relleno de las unidades, el ladrillo succiona parte del agua del mortero, lo que afecta su adherencia y la consistencia del mortero.
Una adherencia deficiente afecta la resistencia de la mampostería, la durabilidad y la penetración de agua.
Propiedades físicas y mecánicas
Resistencia a la compresión
La resistencia a la compresión del ladrillo de arcilla se usa como control de calidad en la elaboración, incluida la dosificación de los materiales, la temperatura y el tiempo de horneado.
También permite conocer la calidad de los materiales y de la materia prima utilizados en la fabricación del ladrillo, además de encontrar la resistencia a la compresión de la mampostería a partir de fórmulas que relacionan las propiedades de la unidad y los morteros.
El ensayo de resistencia a la compresión consiste en llevar la pieza de ladrillo a la falla y registrar la carga de rotura en el área de contacto, para determinar el esfuerzo de compresión máximo.
| Parámetro | Resultado o unidad |
|---|---|
| Resistencia a la compresión | MPa |
| Resistencia observada en piezas macizas | 13.36 a 39.50 Kg/cm2 |
| Promedio indicado | 23.93 MPa |
| Coeficiente de variación | 0.56 |
La resistencia a la compresión en piezas de ladrillo tolete macizo de arcilla cocida tiene una variación que oscila entre 13.36 a 39.50 Kg/cm², con un promedio de 23.93 MPa y un coeficiente de variación de 0.56.
Resistencia a la flexión
El módulo de rotura, determinado mediante el ensayo de flexión, es una propiedad importante como criterio de durabilidad y para entender el mecanismo de falla de la mampostería cuando se solicitan esfuerzos de compresión y flexión, casos muy comunes en la mampostería.
El ladrillo es sometido a una carga puntual en el centro de la pieza con una velocidad de carga inferior a 1.3 mm/min.
La resistencia a la flexión varía entre el 10 y el 30% de la resistencia a la compresión.
La resistencia a la flexión presentó un valor máximo observado de 1.63 MPa en el chircal 15.
Si se tiene en cuenta que la resistencia a la compresión mínima es de 10 MPa para una unidad y de 14 MPa para cinco unidades de ladrillo, se puede establecer un intervalo de resistencia mínimo a la flexión de 1.0 a 1.4 MPa.
Los chircales 1, 7, 8, 9, 10, 14 y 15 cumplen con el objetivo de resistencia mínima a la flexión y representan tan solo el 44% de los chircales que rodean la ciudad.
Absorción de agua
La absorción de agua afecta la durabilidad de la unidad y de la mampostería.
Si la unidad tiene absorción alta, puede presentar cambios volumétricos significativos o permeabilidad alta a la penetración de agua, y puede causar decoloraciones.
El ensayo consiste en obtener la masa sumergida en agua durante 24 horas de inmersión y restarle la masa seca. Esta diferencia se expresa en porcentaje de masa seca.
| Parámetro | Resultado |
|---|---|
| Absorción final | 15.20 a 25.60% |
| Promedio de absorción final | 17.41% |
| Coeficiente de variación | 0.16 |
| Máximo para paredes interiores según NTC 4205 | 17% |
| Máximo para paredes exteriores según NTC 4205 | 13.5% |
La absorción final varía entre 15.20 y 25.60%, con un promedio de 17.41% y un coeficiente de variación de 0.16, lo que indica una alta absorción de agua de la pieza sumergida durante 24 horas.
Tasa inicial de absorción o succión
La tasa inicial de absorción, dada en g/cm²/min, mide la cantidad de agua que absorbe el ladrillo en un minuto.
| Parámetro | Resultado |
|---|---|
| Tasa inicial de absorción | 0.19 a 0.74 g/cm²/min |
| Promedio | 0.39 g/cm²/min |
| Coeficiente de variación | 0.45 |
| Máxima TIA indicada | 0.25 g/cm²/min |
La TIA fluctúa entre 0.19 y 0.74 g/cm²/min, con un promedio de 0.39 g/cm²/min y un coeficiente de variación de 0.45.
Estos valores exceden los permitidos, ya que la máxima TIA es de 0.25 g/cm²/min.
Una tasa inicial de absorción elevada puede hacer que el ladrillo absorba el agua del mortero y no permita el fraguado del mortero en forma normal.
Adherencia a cizalle
La adherencia a cizalle es uno de los parámetros mecánicos y físicos utilizados para evaluar la aptitud de los ladrillos cerámicos en la construcción.
Para este ensayo se forman seis probetas triples a partir de 18 ladrillos.
Las probetas para adherencia deben mantenerse cubiertas con polietileno durante siete días antes del ensayo.
Eflorescencia
La eflorescencia se determina mediante inmersiones de siete días.
El grado de eflorescencia se califica como no eflorescido, ligeramente eflorescido o eflorescido.
Porcentaje de huecos o perforaciones
El porcentaje de huecos se determina utilizando arena normalizada para establecer el volumen de las perforaciones.
Control de calidad y recepción de ladrillos
El objetivo de los ensayos es establecer los procedimientos para determinar las propiedades físicas, mecánicas y de forma de los ladrillos cerámicos para asegurar su idoneidad en la construcción.
Las aplicaciones comunes de estos procedimientos son el control de calidad de materiales, la verificación del cumplimiento de requisitos normativos y la recepción de obras.
Parámetros analizados
| Grupo | Parámetros |
|---|---|
| Mecánicos y físicos | Resistencia a la compresión, absorción de agua, adherencia a cizalle, eflorescencia, succión y porcentaje de huecos o perforaciones. |
| Dimensionales y geométricos | Largo, ancho, alto, planeidad de las caras bases, rectitud de las aristas y ortogonalidad de los ángulos externos. |
Normas de referencia
Las normas de referencia son NCh 30, NCh 163, NCh 167, NCh 168, NCh 169, NCh 791 y NCh 1172.
El RL-88 contiene las prescripciones técnicas que deben reunir los ladrillos, los métodos de ensayo para determinar sus características y el procedimiento general para su recepción.
El RL-88 afecta a piezas cerámicas de más de 30 centímetros, empleadas en albañilería, generalmente de forma ortoédrica, fabricadas por moldeo, secado y cocción de una pasta arcillosa.
También se emplean como referencia la UNE 67-019-86, UNE 67-022-78, UNE 67-026-84, UNE 67-027-84, UNE 67-028-84, UNE 67-029-85, UNE 67-030-85 y UNE 67-039-93.
Métodos de análisis
Aplicación de carga controlada en prensa.
Inmersión total o parcial en agua.
Curado de probetas con mortero.
Secado en estufa hasta peso constante.
Uso de arena normalizada para determinar el volumen de huecos.
Mediciones directas con instrumentos de precisión.
Comprobación de desviaciones mediante reglas y cuñas.
Unidades de resultados
| Unidad o calificación | Propiedad |
|---|---|
| MPa | Resistencia a la compresión y tensión de adherencia. |
| Porcentaje (%) | Absorción de agua y porcentaje de huecos. |
| g/cm² x min | Succión. |
| mm | Dimensiones y desviaciones geométricas. |
| Calificación | Grado de eflorescencia. |
Muestras necesarias
| Ensayo | Volumen mínimo requerido |
|---|---|
| Determinación de huecos | 3 ladrillos |
| Resistencia a la compresión, absorción de agua y succión | 6 ladrillos |
| Eflorescencia | 7 ladrillos: 6 más un patrón |
| Adherencia a cizalle | 18 ladrillos, formando 6 probetas triples |
Conservación y tiempos de ensayo
Las muestras se conservan generalmente en ambiente de laboratorio.
Las probetas para adherencia deben mantenerse cubiertas con polietileno durante siete días antes del ensayo.
El tiempo máximo de entrega es de 20 días.
Los procesos incluyen secados y exposiciones de 24 horas para compresión y absorción, inmersiones de siete días para eflorescencia y periodos de espera de 48 horas tras el refrentado.
La succión se mide tras un minuto de inmersión.
Equipamiento utilizado
Prensa con rótula.
Balanzas de precisión de 0,1 g a 0,5 g.
Estufa de desecación ventilada de 100°C a 115°C.
Recipientes de inmersión.
Regla rígida de acero.
Pie de metro.
Escuadra.
Cuña graduada.
Embudo especial.
Arena normalizada.
Personal responsable
El personal responsable está compuesto por el Jefe de Operaciones, el Jefe de Laboratorio y los Laboratoristas.
Resultados de una evaluación de ladrillos macizos
En una evaluación de ladrillos macizos cerámicos fabricados a mano se aplicaron ensayos de caracterización física de la arcilla empleada como materia prima y pruebas de control de calidad no destructivas y destructivas.
El área de estudio fue el municipio de Ocaña, cuya extensión aproximada del área urbana es de 7.74 km².
En el municipio se encontraron 16 chircales activos ubicados en diferentes zonas del casco urbano, que producen cerca de 352.000 ladrillos al mes y emplean procesos manuales y rudimentarios en las diferentes etapas de fabricación.
El estudio abarcó los 16 chircales que rodean la ciudad, en los cuales se tomaron 165 ladrillos por chircal, para un total de 2.640 ladrillos.
Se utilizaron 33 ladrillos para realizar cuatro ensayos: resistencia a la compresión, resistencia a la flexión, tasa inicial de absorción y absorción de agua.
Caracterización de la arcilla
Como caso de estudio se tomó el chircal 1. La toma de la muestra se hizo mediante un muestreo sistemático por el método de cuarteos sucesivos hasta obtener 4 kg.
Los ensayos de caracterización física incluyeron clasificación granulométrica, medidas de plasticidad por el método de los límites de Atterberg y clasificación del porcentaje de arcillas y limos por medio del análisis granulométrico con hidrómetro.
La muestra del chircal 1 se clasificó como CL, es decir, arcillas inorgánicas de plasticidad baja a media, arcillas arenosas o arcillas pobres.
| Componente | Porcentaje |
|---|---|
| Grava | 3.28% |
| Arenas | 22.85% |
| Finos | 73.87% |
| Limos | 43% |
| Arena | 38% |
| Arcillas | 19% |
Las medidas de plasticidad indicaron un límite líquido de 36.01%, un límite de plasticidad de 16.6%, un índice de plasticidad de 19% y una humedad natural de 15.09%.
Resultados de flexión
En el ensayo de resistencia a la flexión se presentaron los resultados de 16 chircales, correspondientes a valores promedio de una muestra de 32 ladrillos ensayados para un total de 512 ladrillos de arcilla cocida.
El chircal 15 tuvo el valor máximo observado, de 1.63 MPa.
Al realizar un análisis estadístico de los 512 datos obtenidos experimentalmente en el ensayo a flexión, la distribución de probabilidad que mejor se ajustó fue la distribución de Birnbaum-Saunders, con un factor de forma de 0.6973 y un factor de escala de 0.7821.
La distribución de Birnbaum-Saunders se utiliza en el estudio de vibraciones en aviones comerciales y en problemas de fatiga de materiales.
Resultados de compresión y absorción
El fabricante 7 ofreció los mejores resultados en resistencia a la compresión, con 39.50 MPa, valor superior al promedio de 23.93 MPa.
El fabricante 7 presentó una absorción final promedio de 16.56% a las 24 horas de inmersión en agua, ligeramente inferior al promedio observado de 17.41%.
Además, contó con una tasa inicial de absorción de 0.399 g/cm²/min, superior al promedio de 0.387 g/cm²/min.
La variación en la TIA fue de 0.187 a 0.744 g/cm²/min, valores altos para un material que se espera que no absorba el agua del mortero y permita el fraguado del mortero en forma normal.
Los demás fabricantes presentaron valores inferiores de resistencia a la compresión, junto con resultados de TIA y absorción final inferiores a los estándares de calidad establecidos para este material.
Relación entre absorción y resistencia
Se estableció una correlación de los resultados de los ensayos de tasa inicial de absorción y absorción por inmersión durante 24 horas con la resistencia a la compresión bajo fuerzas compresivas concéntricas uniaxiales.
Tanto para valores bajos como altos de TIA se encontraron valores bajos y altos de resistencia a la compresión.
Para el trabajo analizado no se observó alguna correlación entre la resistencia a la compresión, la TIA y la absorción por inmersión en agua durante 24 horas.
Las relaciones encontradas entre resistencia a la compresión frente a TIA y resistencia a la compresión frente a absorción final presentaron coeficientes de correlación de -0.77 y -0.24, respectivamente.
Los resultados obtenidos para el ensayo de compresión en ladrillos macizos de arcilla cocida obedecieron a una distribución de probabilidad de Weibull de tres parámetros.
Esta distribución permitió estimar para un esfuerzo de trabajo de 40 MPa una probabilidad de falla de aproximadamente 90%, una probabilidad alta para un esfuerzo tan bajo.
Limitaciones de los resultados
Los resultados obtenidos son válidos únicamente para las muestras ensayadas y no representan necesariamente a toda la entrega en obra si no hay un muestreo estadístico previo.
Por esta razón, la recepción de ladrillos cerámicos debe relacionarse con un procedimiento de muestreo adecuado, la identificación del lote, la verificación dimensional y la comprobación de las propiedades físicas y mecánicas exigidas para el uso previsto.
