DOI:10.18273/revion.v30n1-2017009
Artículos de Investigación Científica y Tecnológica
Evaluación de arcillas
caoliniticas-illiticas provenientes de la formación guayabo del Área
Metropolitana de Cúcuta, Norte de Santander, Colombia
Evaluation kaolinitic-illiticas clays
from the guayabo formation of the Cucuta’s Metropolitan Area, Norte de
Santander (Colombia)
Avaliação de argilas cauliníticas -
illíticas da origen “formação guayabo” da Área metropolitana de
Cúcuta, Norte de Santander, Colômbia
Vivianne
Isel Cáceres1
Jorge
Sánchez-Molina2*
Amanda
Lucía Chaparro-García3
1 Maestría en Química,
Facultad de Ciencias Básicas, Universidad de Pamplona, Pamplona, Colombia.
2 Docente titular
departamento de química. Centro de Investigación de Materiales Cerámicos CIMAC,
Grupo de Investigación en Tecnología Cerámica GITEC, Universidad Francisco de
Paula Santander, Cúcuta, Colombia.
3 Grupo de
Investigación de Recursos Naturales, Universidad de Pamplona, Pamplona,
Colombia.
Resumen
La
caracterización de arcillas procedentes de la Formación Guayabo del Área
Metropolitana de Cúcuta, Norte de Santander (Colombia) es presentada. Los
resultados obtenidos de estos análisis permiten determinar las propiedades de
estas arcillas y potenciar su uso en la fabricación de materiales de
construcción y en la elaboración de nuevos materiales cerámicos, generando
impactos tecnológicos, económicos y sociales en la región, pues se podrá
competir con productos de calidad en los exigentes mercados nacionales e
internacionales. Es así que a través de este trabajo se realizó la
caracterización química, mineralógica, térmica y físicocerámica, para
determinar la estructura, composición y comportamiento de estas materias
primas. Las muestras se obtuvieron de dos puntos diferentes de la formación,
ubicados en los municipios del Zulia y Villa del Rosario. Para la evaluación se
utilizó la información obtenida de la caracterización química mediante
Fluorescencia de Rayos X (FRX), caracterización mineralógica mediante
Difracción de Rayos X (DRX) e infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR),
caracterización térmica mediante análisis térmico gravimétrico (TGA) y
calorimetría diferencial de barrido (DSC); y finalmente caracterización
físico-cerámica. Los resultados indican que los minerales arcillosos están
constituidos por aluminosilicatos hidratados con presencia de algunas impurezas
como sodio, hierro, potasio, calcio, titanio por lo que presentan capacidad de
ser sometidas a esfuerzos para su conformado a través de procesos de extrusión.
Se evidencia que aunque ambas muestras se encuentran en diferentes municipios
del área metropolitana de Cúcuta, presentan características similares en fases
cristalinas, grupos funcionales, comportamientos térmicos y propiedades
cerámicas.
Palabras clave: material arcilloso, DRX, FRX, FTIR, TGA
Abstract
The
characterization of clays from the Guayabo Formation at the Cúcuta Metropolitan
Area, Norte de Santander (Colombia) is presented. The results of these analyzes
allow to determine the properties of these clays and to enhance their use in
the manufacture of building materials and in the development of new ceramic
materials, creating technological, economic and social impacts in the region,
as they can compete with high quality product in the demanding national and
international markets. Thus, through this work, chemical, mineralogical,
thermal and physical-ceramic characterizations were performed to determine the
structure, composition and behavior of these raw materials. The samples were
obtained from two different points of the geological formation, located at the
municipalities of Zulia and Villa del Rosario. The information obtained from
the chemical characterization, mineralogical, thermal and physicalceramic,
using the techniques of X-ray fluorescence, X-ray diffraction, thermal
gravimetric analysis, Differential Scanning Calorimetry and Infrared Fourier
Transform, was used for evaluation. The results indicate that the clay minerals
are composed of hydrous aliminosilicates with presence of some impurities such
as sodium, iron, potasium, calcium, titanium and this have ability to be
subjected to efforts for shaping by extrusion processes. It is shown that
although both samples are from different municipalities in the metropolitan
area of Cucuta, have similar characteristics in crystalline phases, functional
groups, thermal behavior and ceramic properties.
Keywords: clayey material, XRD, XRF, FTIR, TGAA
Resumo
A
caracterização das argilas da formação Guayabo da Área Metropolitana, Cúcuta
Norte de Santander (Colômbia) é apresentado. Os resultados destas análises
permitem a determinação das propriedades destas argilas e promovem a sua
utilização na fabricação de materiais de construção e no desenvolvimento de
novos materiais cerâmicos, gerando impactos tecnológicos, económicos e sociais
na região, Assim, estes poderão competir com os produtos de qualidade em os
exigentes mercados nacionais e internacionais. Então, com o desenvolvimento
deste trabalho, foi possível a caracterização química, mineralógica, térmica e
físico-cerâmica para determinar a estrutura, composição e comportamento destes
materiais. As amostras foram obtidas de
dois pontos diferentes da formação, localizadas no município “El Zulia” e
“Villa del Rosario”. Para a avaliação se
utilizou a informação obtida da caracterização química através de Fluorescência
de Raios-X (FRX), a caracterização mineralógica através de Difração de Raios-X
(DRX) e infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), a caracterização
térmica foi feita através de análise térmico gravimétrico (TGA) e calorimetria
de varredura diferencial (DSC), e finalmente a caracterização físico-cerâmica.
Os resultados indicarem que os minerais argilosos consistem de alumino-silicato
hidratado com a evidência de algumas impurezas como sódio, ferro, potássio,
cálcio e titânio; é assim então, que estes materiais apresentam capacidade de
ser submetidos a esforços para seu formado através de processos de extrusão. No
entanto, é evidente que embora ambas amostras se coletaram em diferentes
municípios da área metropolitana de Cúcuta apresentaram características
semelhantes em fases cristalinas, grupos funcionais, nos seus comportamentos
térmicos e nas suas propriedades cerâmicas.
Palavras-chave: DSC, FTIR, material
argiloso, TGA, XRD, XFR
Fecha Recepción: 06 de octubre de 2016
Fecha Aceptación: 19 de julio de 2017
Introducción
Las
arcillas son minerales naturales que están compuestas de múltiples
silicoaluminatos hidratados que contienen iones tales como K, Fe, Mg y Na, y
otros minerales como feldespatos, cuarzo, anatasa, rutilo, hematita,
carbonatos, entre otros; se encuentran en la naturaleza generalmente
acompañadas por materia orgánica [1,2]. En Colombia las arcillas se usan
principalmente para la fabricación de materiales de construcción y alfarería
[3].
Cúcuta y
su Área Metropolitana se encuentra privilegiada por poseer formaciones
arcillosas de excelente calidad [4], lo que ha permitido dar origen a uno de
los sectores más significativos de la región: la industria cerámica, conformado
por 49 empresas legalmente establecidas, todas ellas dedicadas a la fabricación
de productos a base de arcilla, de los que se destacan los materiales de la
construcción, tales como: cerámica, tableta vitrificada, tableta esmaltada,
tejas, ladrillos, productos artesanales (decorados y enchapes), entre otros
[5]; convirtiéndose en una de las principales alternativas de desarrollo para
la región, es por ello que es de gran importancia mejorar constantemente la
calidad de los productos ofertados con el fin de alcanzar la competitividad
necesaria para mantenerse en los mercados actuales e incursionar en otros a
nivel internacional [6].
Es
importante destacar que, hasta el momento, en la literatura se encuentran pocos
estudios químicos, térmicos y/o mineralógicos completos reportados para las
arcillas de Norte de Santander [6]. Por lo tanto, el sector cerámico de Cúcuta
y su Área Metropolitana no tienen caracterizadas sus arcillas química, térmica
y mineralógicamente, sólo se cuentan con estudios de caracterización físico
cerámico y tecnológico de algunas arcillas de la región; además sus procesos de
producción son poco tecnificados. Norte de Santander posee depósitos de minerales
arcillosos muy extensos aproximadamente de 2196 km2 que corresponde
al 10,1% de la extensión departamental y las principales arcillas explotadas en
el departamento se encuentran en el Área Metropolitana de Cúcuta [7].
La agenda
interna para la productividad y la competitividad de Norte de Santander propone
que para el 2020, el sector de la cerámica deberá ser el líder nacional y
binacional en el campo de los productos cerámicos de alta calidad [8]. Para
esto, se quieren aprovechar ventajas, tales como: proximidad con la frontera,
alta concentración geográfica de las industrias cerámicas, mano de obra
económica y cualificada, competitividad de los precios frente a otras regiones
y la calidad de las arcillas de la región. Para cumplir con ésta meta, la tecnificación
del sector cerámico en la región es imprescindible y ésta se logra únicamente
mediante el conocimiento de las propiedades tanto físicas como químicas de las
arcillas, y de los productos terminados.
Los
resultados obtenidos de la investigación permiten conocer las propiedades
físicocerámicas, tecnológicas, el comportamiento térmico y la composición
química y mineralógica, lo cual sirve de base para futuras investigaciones con
el fin de optimizar los procesos de fabricación de productos cerámicos para la
construcción y de esta manera darle valor agregado, y a su vez permite evaluar
su aptitud de uso en los diferentes campos de utilización de este material tan
valioso propiciando la explotación correcta del mismo.
Materiales y métodos
Las muestras
se obtuvieron de dos puntos diferentes de la Formación Guayabo del Área
Metropolitana de Cúcuta, uno ubicado en el municipio del Zulia y el otro en el
municipio de Villa del Rosario, la distancia entre los dos puntos de la toma de
la muestra es de 24 km.
Para
confirmar la formación geológica de la cual se estaba obteniendo la muestra, se
tomaron las coordenadas con un GPS y posteriormente se localizaron en el mapa
geológico del Cuadrángulo G-13 de Cúcuta, el cual representa la estratigrafía
de Cúcuta y sus alrededores.
Las
muestras se prepararon por vía seca, fue necesario realizar un secado previo a
una temperatura que no superó los 110°C, para esto se introdujo la muestra en
una estufa de secado hasta lograr disminuir la humedad hasta obtener peso
constante. Posteriormente las muestras se trituraron de forma manual hasta
obtener un tamaño de partícula menor a 2cm, y luego se molieron en un molino de
martillos para reducir aún más el tamaño de partícula. Finalmente se tamizaron
utilizando un tamiz malla ASTM 10 (apertura de 2 mm), con el fin de obtener la
muestra con un tamaño de partícula menor a 2 mm, estas muestras se conservaron
para realizar los respectivos análisis.
El
material arcilloso obtenido se caracterizó utilizando FRX, con el fin de obtener
un análisis cuantitativo de los componentes químicos que conforman las muestras
de arcillas. Para este estudio, las muestras se calcinaron con el fin de que
todos los elementos se llevaran a su máximo estado de oxidación formando los
respectivos óxidos; los análisis cuantitativos se realizaron mediante el método
QUANT-EXPRESS (parámetros fundamentales) en el rango de sodio (Na) a uranio
(U), en un espectrómetro secuencial de Fluorescencia de rayos X de longitud de
onda dispersiva de 4kW marca BRUKER modelo S8 TIGER. Para detectar los
elementos pesados se utilizó un detector de Centelleo y para los elementos
livianos un detector de flujo, la fuente de rayos X fue un tubo de Rodio (Rh) y
el goniómetro utilizado fue de alta precisión para ángulos theta y 2 theta. La
identificación y cuantificación de las fases cristalinas arcillosas y no
arcillosas se realizaron mediante la técnica de difracción de rayos X (DRX).
Los difractogramas de las muestras fueron obtenidos en un difractómetro de
polvo marca BRUKER modelo D8 ADVANCE con geometría DaVinci, utilizando
radiación de CuKα1 en el rango 3,5-70° 2θ. El análisis cualitativo de las fases
presentes en la muestra se realizó mediante comparación del perfil observado
con los perfiles de difracción reportados en la base de datos PDF-2 del International Centre for Diffraction Data (ICDD).
El análisis cuantitativo de las fases encontradas en la muestra se realizó
mediante el refinamiento por el Método de Rietveld del perfil observado
habiéndole agregado a la muestra el 20% del estándar interno (óxido de
aluminio). Los principales grupos funcionales de las muestras se determinaron
mediante espectroscopía infrarroja (FTIR); para esto, las muestras se maceraron
con bromuro de potasio 1:100 y luego se prensaron en forma de pastillas. La
medición se llevó a cabo en un espectrofotómetro SHIMADZU IR PRESTIGE-2.1. Los
espectros se obtuvieron en la región del infrarrojo medio, con un barrido de
4000cm-1 hasta 400cm-1 con una resolución de 4cm-1.
El análisis cualitativo de los grupos funcionales presentes en la muestra se
realizó por comparación directa con los espectros de infrarrojo reportados en
la literatura.
Los
cambios químicos y físicos durante el calentamiento de las muestras se
identificaron mediante las técnicas de calorimetría diferencial de barrido
(DSC) y análisis termogravimétrico (TGA). Las mediciones de TG y DSC se
realizaron en un equipo de análisis térmico simultáneo marca TA Instruments SDT
Q600, la muestra pulverizada se colocó en una celda de alúmina, en una atmósfera
de aire sintético cuyo caudal fue de 100 mL/min y la velocidad de calentamiento
fue de 10°C/min hasta alcanzar 1200°C; se trabajó hasta esta temperatura con el
fin de asemejar los procesos a nivel industrial. El objetivo de realizar estos
análisis fue determinar el flujo de calor (DSC) y los cambios de peso (TGA) que
presenta la muestra como función de la temperatura o el tiempo en una atmósfera
controlada.
Para la
caracterización físico-cerámica, se utilizó como método de conformado la
extrusión, ya que la mayoría de empresas que hay en la región utilizan este
método. El agua de amasado se calculó en función de la plasticidad de la
muestra, se utilizó una boquilla rectangular y se hicieron probetas de 10cm de
longitud.
El
análisis de retenido sobre tamiz se realizó teniendo en cuenta el procedimiento
establecido en la norma ASTM C325 y en el manual para el control de la calidad
de materias primas arcillosas [9], el análisis granulométrico por hidrómetro se
realizó siguiendo la metodología propuesta en la norma ASTM D422 y el índice de
plasticidad se realizó mediante el
Método de Pfefferkorn teniendo en cuenta el procedimiento mencionado en el
manual para el control de la calidad de materias primas arcillosa [9]. Así
mismo, se midió la contracción lineal en secado y cocido; la contracción en
secado se hizo con probetas de dimensiones conocidas las cuales se sometieron a
secado a 105°C durante 24 horas y la contracción en cocido se realizó teniendo
como dimensiones iniciales de las probetas secas y las finales de las probetas
cocidas. El cálculo de la contracción se hizo midiendo la diferencia de
dimensiones y determinando así el porcentaje de contracción de las probetas
[9], y con los datos de diferencia de masa en seco y en cocido se determinó las
pérdidas por calcinación. La absorción de agua se determinó siguiendo la
metodología planteada en la norma NTC 4321-3 [10].
Resultados
y Discusión
Fluorescencia de Rayos X
El
análisis químico de las muestras se realizó utilizando fluorescencia de rayos X,
los resultados de la composición química de las muestras se evidencian en la
Tabla 1.
Tabla 1. Resultados de FRX obtenidos para las muestras de interés.
De la
Tabla 1 se destacan los elevados contenidos de silicio y aluminio, al igual que
el alto porcentaje de hierro lo que justifica el color rojo característico de
las arcillas del Área Metropolitana de Cúcuta. Teniendo en cuenta los
resultados que se muestran en la Tabla 1 y Tabla 2, y realizando un análisis
estequiométrico de las fases cristalinas, se puede deducir que en la muestra de
Villa del Rosario el 27,29% del silicio determinado es cristalino y el 0,75% es
amorfo, y para la muestra del Zulia el 25,60% es cristalino y el 3,36% es
amorfo; así mismo la relación cristalino – amorfo de la cantidad de aluminio en
la muestra de Villa del Rosario y Zulia es, 8,05% – 3,81% y 8,50% - 3,81%,
respectivamente. Por ende, la muestra contiene cantidades considerables de
silicoaluminatos y cuarzo [1,11].
Los
valores correspondientes a pérdidas por ignición fueron del 7,31 y 8,44%, para
la muestra de Villa del Rosario y El Zulia, respectivamente; estos valores
reflejan que las muestras tienen un bajo contenido de material orgánico, y esto
es favorable, ya que a menor cantidad de materia orgánica se evita que en el
proceso de la cocción queden espacios vacíos por el consumo de este material
[12].
Difracción de Rayos X
Los
difractogramas de Rayos X obtenidos para las muestras Villa del Rosario y El
Zulia se presentan en la Figura 1. Con base en estos se pueden identificar las
fases cristalinas mayoritarias y minoritarias que componen cada una de las
muestras.
Figura 1. Difractograma de Rayos X de las muestras Villa del Rosario y
El Zulia. Caolinita (K); Moscovita (M); Cuarzo (C); Hematita (H).
En la
Figura 1 se muestran los difractogramas de Rayos X correspondientes a cada una
de las muestras analizadas, se puede observar que son muy similares entre sí,
algunos presentan pequeñas variaciones de intensidad; pero considerando la
ubicación de los picos se determina la presencia principalmente del cuarzo,
caolín, moscovita, microclina y hematita. Los resultados indican que los
minerales arcillosos están constituidos por aluminosilicatos hidratados con
presencia de algunas impurezas como sodio, hierro, potasio, calcio, titanio,
entre otros, los cuales se ratifican con los resultados obtenidos por FRX.
Las fases
cristalinas que componen las muestras están reflejadas en la Tabla 2
Tabla 2. Resultados de DRX obtenidos para las muestras de interés.
Las
arcillas analizadas tienen carácter caoliniticaillitica, la plasticidad de
estos minerales es menor que el de las esmectitas, pero su plasticidad aumenta
a medida que disminuye el tamaño del grano; la presencia de potasio en la
estructura de la illita (moscovita) le genera cierto poder fundente en el
proceso cerámico. La presencia de cuarzo le otorga a la pieza cerámica un control
dimensional [13].
Infrarrojo
con transformada de Fourier
En la Figura 2 se muestran los espectros FTIR
correspondientes a las muestras de Villa del Rosario y El Zulia sin tratamiento
térmico.
Figura 2. Espectros IR de las muestras arcillosas estudiadas.
Caolinita (K); Aluminosilicatos (A); Cuarzo (C); Agua (H2O).
En el
estudio de IR de las arcillas analizadas, las vibraciones de estiramiento del
enlace Si-O fueron observadas a 790,8cm-1, 692,1cm-1, 538,1cm-1
y 468,7cm-1 mostrando la presencia de cuarzo [14]. Las bandas tales
como 1031,9cm-1, 914,2cm-1, 790,8cm-1, 692,1cm-1,
538,1cm-1, 468,7cm-1 muestran la presencia de caolinita
[15,16]; las vibraciones observadas a 914,2cm-1 indican la presencia
de hematita. Las bandas a 1031,9cm-1, 914,2cm-1
(vibraciones de flexión del enlace Al-Al-OH), 790,8cm-1 y 468,7cm1
(vibración de flexión del enlace O-Si-O) indican la presencia de illita [17].
La banda grande cerca de 1035cm-1 corresponde a la vibración Si-O estiramiento,
las bandas de flexión están en 540-555cm-1 para el Si-O-Al y en 425
a 433cm-1 para el Si-O-Si que son características de los
silicoaluminatos [11].
En el
estudio de los espectros FTIR para las muestras se identificaron varias formas
de minerales presentes en la arcilla; se tuvo en cuenta las bandas observadas
en el rango de 400 a 1400cm-1 y han sido asignadas tal como se
muestra en la Tabla 3.
Tabla 3. Bandas IR importantes de las muestras de arcillas analizadas
con sus asignaciones.
Es
importante destacar que los resultados obtenidos por DRX se relacionaron con
los resultados de FTIR, ya que a través de la técnica de IR se confirmaron las
fases cristalinas que presentan las muestras.
Caracterización térmica
La
importancia de los análisis térmicos radica, en que permite conocer el
comportamiento de la muestra frente a los cambios de temperatura, por lo tanto,
a través del perfil térmico se tiene conocimiento para implementar una curva de
cocción o cronograma de calentamiento que sea adecuada para la muestra. Al controlar la curva de cocción se puede
garantizar que los procesos de sinterización se lleven de manera controlada y
se alcance la mayor densificación de las piezas, logrando obtener productos que
cumplan con los estándares de calidad que exige el mercado. Para determinar el
efecto del tratamiento térmico en las muestras, se realizaron ensayos de TGA y
DSC. En las curvas TGA, DTG y DSC de las arcillas estudiadas mostradas en las
Figura 3, se observan los siguientes efectos: el primer pico endotérmico a
125°C – 140°C, lo cual demuestra la eliminación de agua débilmente unida
(deshidratación). El segundo pico exotérmico aproximadamente a 300°C,
correspondiente a la descomposición de la materia orgánica y la tercera
reacción endotérmica debido a la deshidroxilación en 545°C [2,11]. Según la literatura, en Colombia en el
municipio de Guapi del departamento del Cauca, Muñoz y colaboradores realizaron
algunos estudios de caracterización de arcillas en esa región, pero en su
artículo no definen la formación geológica a que pertenecen las mismas y
trabajaron hasta 800°C; la muestra de GUAPI I presentó cuatro pérdidas de peso
(~77°C, ~231°C, ~324°C, ~500°C) con un total de
pérdida de peso del 10,52% y GUAPI II tres pérdidas de peso (~94°C, ~265°C, ~510°C) con un total de
pérdida de peso del 10,22%. En los
resultados de las muestras analizadas en este trabajo, se encontraron tres
importantes pérdidas (~125°C, ~300°C, ~545°C), las cuales se encuentran en las mismas regiones de
temperaturas que las de Guapi; pero es importante resaltar que las arcillas
analizadas del área metropolitana de Cúcuta, no coinciden con los porcentajes
de pérdida de peso total, las muestras del Zulia presentaron un 3,87% y las de
Villa del Rosario del 5,6% hasta 800°C. Esto nos indica que las arcillas de
esta región de Norte de Santander, de la formación Guayabo, son de mejor
calidad, pues tendrán menor contracción y menos fisuración, favoreciendo la
calidad y estabilidad del producto terminado [2,18]
.Figura 3. a) Curva TGA, DTG y DSC de la muestra
arcillosa El Zulia.
Figura 3. b) Curva TGA, DTG y DSC de la muestra arcillosa Villa del Rosario.
Caracterización
físico-cerámica
Caracterizar
las materias primas en la industria cerámica es muy importante ya que permite desarrollar
los estándares de calidad que deben cumplir el producto terminado, al conocer
las propiedades del material arcilloso es posible realizar el control del
proceso productivo [19].
En la
Tabla 4 se muestran los resultados obtenidos de la caracterización
físico-cerámica.
Tabla 4. Caracterización físico-cerámica
El
retenido sobre tamiz – pasante malla 230, permite la determinación del
porcentaje de arena en el material arcilloso, el cual es indispensable para el
correcto secado de los productos. Este ensayo es muy útil porque al conocer la
cantidad de arena presente en la muestra, se puede inferir de manera rápida el
comportamiento en las diferentes etapas del proceso de producción. A mayores
valores de porcentaje de arena es necesario aumentar la temperatura durante la
cocción con el fin de disminuir la porosidad, además, a bajas temperaturas de
cocción se producirá productos con altos valores de absorción de agua y baja
resistencia mecánica. Los valores de absorción de agua del 7,51 de la muestra
de Villa del Rosario y 7,94 del Zulia, se pueden mejorar aumentando 50°C la
temperatura de cocción del horno colmena.
En la
Tabla 4 se pueden observar que las muestras presentan un porcentaje de arenas
similar. De acuerdo con la literatura los porcentajes de arena idóneos para la
fabricación de productos cerámicos extruidos oscilan entre el 16% y un máximo
de 35%. Tomando en cuenta el análisis de % limos, % arcilla y % arena se estima
que sería necesario agregar arena en un 5% con una granulometría (0,6 mm) a las
muestras arcillosas de la zona para producir materiales con características
dimensionales adecuadas, debido a que su bajo porcentaje de arena genera
problemas durante el proceso de secado, extendiendo la duración en el tiempo.
El análisis
granulométrico por hidrómetro permite determinar las proporciones de arena,
limos y arcilla que contiene el material arcilloso, y de esta manera se puede
ubicar en el diagrama de Winkler.
La
textura del suelo hace referencia a la proporción en función del peso, de las
partículas menores a 2mm de diámetro, es decir, las arenas, los limos y las
arcillas existentes en los horizontes del suelo. Las arenas son aquellas
partículas que tiene un diámetro entre 2mm – 0,05mm, los limos 0,05mm – 0,002mm
y las arcillas un diámetro menor a 0,002mm. Esta información permite clasificar
el suelo dentro de un diagrama triangular, según el tamaño de las partículas
(Figura 4).
Figura 4. Triángulo textural del suelo mostrando los porcentajes de
arcilla, limo y arena de las clases texturales [18].
En la
Figura 4, se aprecian las zonas de aptitud cerámica de las arcillas, la zona 1
(Z1) ladrillos macizos y ladrillos comunes, zona 2 (Z2) ladrillos de
perforación vertical, zona 3 (Z3) tejas, ladrillos de perforación vertical,
ladrillos cara vista y baldosas y zona 4 (Z4) ladrillos de perforación
horizontal, bovedillas, piezas de paredes delgadas y de gran tamaño. El tamaño
de partícula representado en la Tabla 4 permite determinar la aptitud cerámica
de las muestras al graficarse el triángulo de Winkler. Se determinó la zona
específica Z4, debido a que las muestras presentan una textura clase franco
arcilloso la cual se puede utilizar para la fabricación de bloques y piezas de
gran formato. Cúcuta y su Área metropolitana se caracterizan por la producción
de ladrillos perforados y pisos, al aumentar el % de arena se ubicaría en Z3,
la cual es la zona característica de esos productos. El índice de plasticidad
por el método de Pfefferkorn permite conocer la plasticidad del material
arcilloso, este dato es importante para determinar la cantidad de agua que se
requiere para la preparación de la pasta. De acuerdo a la Tabla 4 las muestras arcillosas superan el 20%
de plasticidad al aplicar el ensayo, lo que indica que las muestras analizadas
presentan capacidad de ser sometidas a esfuerzos para su conformado a través de
procesos de extrusión. Los índices de plasticidad de las arcillas de Villa del
Rosario y del Zulia dieron como resultado 24,5 usando el método de Pfefferkorn
que valida la información de la plasticidad de las arcillas de la formación
Guayabo ( arcillas del área metropolitana de Cúcuta ) [20]. Los valores
obtenidos por pérdidas por calcinación son relativamente bajos, estos datos
permiten relacionar la presencia de materiales orgánicos que generan gases
durante el proceso de cocción, a mayor cantidad de estos, mayor será la
presencia de porosidad en las piezas una vez cocidas lo que puede influir en el
acabado final de la pieza si la cocción a temperatura máxima no es suficiente
para permitir la extracción de los gases en el ciclo de quema. A su vez, estos
materiales orgánicos darán mayor capacidad para absorber el agua en el producto
terminado, lo que no es deseable. Los resultados están acordes con lo obtenido
por FRX. Con respecto a la contracción en seco las arcillas del material presentan elevadas contracciones durante
el secado, lo que hace necesario un adecuado control del secadero y la
variación en la granulometría con el fin tener un secado controlado. A medida
que el material se densifica las contracciones en cocido disminuyen lo que
permite obtener productos con bajas absorciones de agua y altos valores en
resistencia mecánica.
Conclusiones
Las
muestras arcillosas obtenidas de Villa del Rosario y El Zulia presentan
características similares, tales como: las fases cristalinas, los grupos
funcionales, el comportamiento térmico y las propiedades cerámicas, a pesar de
que se encuentran distantes desde el punto de vista cerámico. Esto conlleva a que se presente un
comportamiento cerámico similar, lo que permitiría a las diferentes empresas
del sector cerámico del Área Metropolitana de Cúcuta realizar pruebas
fisicoquímicas en conjunto, con el fin de producir grandes volúmenes de
productos cerámicos para la construcción en común y de esta manera cumplir con
las expectativas de producción que se puedan generar en la región.
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