MINERALES USADOS EN INGENIERÍA CIVIL

1) YESO

El yeso puro es un mineral blanco, pero debido a impurezas puede tornarse gris, castaño o rosado. Se denomina sulfato de calcio dihidratado y su estructura cristalina está constituida por dos moléculas de agua y por una de sulfato de calcio.

El yeso se forma por hidratación de la anhidrita, también se forma en regiones volcánicas. Se obtiene directamente de la naturaleza por extracción en forma de roca de yeso (mineral de sulfato de calcio dihidratado) en canteras o minas y se procesa industrialmente con poca alteración. Este proceso consiste en la calcinación térmica del mineral triturado, eliminando total o parcialmente el agua de cristalización químicamente combinada. Al mezclarse con agua forma una pasta que fragua y endurece, reconstituyendo su estado original.

Con frecuencia mesclado con arenas, arcillas y sustancias orgánicas. Cuando se calienta pierde agua y se vuelve opaco. Sus asociados son la halita, la celestina, azufre, aragonito, dolomía, calcita y cuarzo.

Presenta fraguado de 2 a 3 minutos y finaliza entre 10 y 20minutos. Durante el fraguado aumenta en volumen un 0.5%. De acuerdo a su uso se producen 1 tipos:

Yeso calcinado: polvo seco principalmente sulfato de calcio semihidratado utilizado para la producción de cemento y mortero.

Yeso para empastar: yeso calcinado a 169°C y 200°C, es muy plástico y enocasiones se le agregan retardantes de fraguado, se clasifican en: Yeso de 1ª.(blanco), Yeso de 2ª (gris) y Yeso para prefabricados

Se utiliza en fertilizantes, desinfectante, en esculturas, medicina, pinturas, debido a sus excelentes propiedades bioclimáticas, de aislamiento y regulación higrométrica, mecánicas y estéticas se utiliza en guarnecidos, enlucidos, prefabricados y relieves arquitectónicos, proporcionando bienestar y comodidad. Esencial como agente retardante en la producción de cemento.

2) ARCILLA

La arcilla es un conjunto de partículas finas, generalmente de silicatos, de dimensiones menores de 1/256 mm provenientes de la alteración física y química de las rocas y minerales.

La arcilla es una sustancia mineral, combinación de sílice y alúmina, que mezclada con agua se hace maleable y plástica. Al secarse, sea por medios naturales o en hornos especiales para su cocción, se endurece perdiendo la propiedad plástica. Al combinar la arcilla con otros materiales como la paja, se le da la propiedad de soportar la flexión

Los principales tipos de arcilla son: el caolín, la bentonita, la montmorillonita, etc. que explicaremos más adelante. El valor de las arcillas depende de las propiedades físicas y químicas, de su composición, etc. Las propiedades más importantes son la plasticidad, cohesión, resistencia a la tensión, poder de secado, poder de aglutinación, etc. Casi todas las arcillas son silicatos alumínicos complejos hidratados, contienen potasio, sodio, calcio, magnesio, hierro, etc.

El uso de la arcilla es múltiple, se les emplea en cerámica, decolorantes y blanqueadores de aceites y grasas, lodos de perforación, absorbentes, aglutinantes, en farmacología, fabricación de losas, ladrillos, etc. nosotros no enfocaremos a sus usos en los productos cerámicos.

CLASES DE ARCILLA SEGÚN SUS PROPIEDADES FISICAS

•Arcillas plásticas, que, como lo indica su nombre, tienen buena plasticidad y ablandan entre 1000 y 1200º C. Pueden ser:

Grasas: Son sumamente plásticas. En su composición química hay más de 15% de aluminio.

Magras: El producto cerámico suministrado por arcillas poco plásticas, con menos de 15% de aluminio, es poroso y frágil.

•Arcillas Refractarias, empastan mal con el agua y no demuestran mucha plasticidad. Ablandan a los 1600º C, asemejándose al caolín, que lo hace a 1800ºC.

•Caolín, es el tipo de arcilla más valioso debido a sus propiedades y su escases; es una arcilla blanca, resultado de la alteración química de los feldespatos de las rocas ígneas por acción de la hidratación.

El caolín es muy importante, pues se usa en la fabricación de losas y porcelanas, vidrios especiales y en la industria farmacéutica.

•Bentonita, es un tipo de arcillas del grupo de las montmorillonitas, tiene un alto poder de hidratación, pudiendo recibir agua en su seno hasta 16 veces su volumen. Es altamente plástica.

Se usa mucho en la preparación de los lodos para perforación de pozos de petróleo, también se le usa en medicina y como aglutinante y floculante.

•Montmorillonita, es una arcilla perteneciente al grupo de los filosilicatos, es alumínica, sódica, magnesiana, de aspecto terroso pulverulento, escamosa, untuosa al tacto, color blanco a gris, tiene la propiedad de aumentar su volumen hasta 16 veces por absorción de agua. Se le usa en la industria farmacéutica y de cosméticos, para purificar y decolorar líquidos, como elemento floculante y aglutinante, en la industria del papel, goma y pinturas. También se le usa mezclada con baritina en la preparación de lodos de perforación. Forma parte de las llamadas arcillas bentoníticas.

CAOLÍN

El caolín es una arcilla blanca e insoluble en agua. Arrastrado por las lluvias se dispersa finísimamente y se mantiene en suspensión. En la desembocadura de un río sedimenta, acumulándose acompañado de otros silicatos, óxidos de hierro, piedras calizas y restos orgánicos. El resultado final son las arcillas, silicatos de aluminio muy impurificados, cuyas propiedades dependen de la composición. Su coloración, por ejemplo, varía del amarillo claro al pardo rojizo. La característica distintiva del caolín y las arcillas es su plasticidad: amasados con agua se convierten en una pasta semisólida, fácilmente modelable. La pasta arcillosa es blanca y untuosa al tacto. Expuesta al aire se deseca y endurece. El sólido obtenido es frágil y desmenuzable en presencia de aire. La cocción, por calentamiento, produce cambios íntimos e irreversibles en las arcillas. El objeto cocido es compacto y resistente, conservando su forma indefinidamente. Aunque

sea molido, su polvo ya no empasta nuevamente con agua. La cocción transforma al caolín y las arcillas en productos cerámicos.

BENTONITAS

Las bentonitas se empezaron a utilizar para este fin en Europa en los años 50, y se desarrolló más tarde en Estados Unidos. Se utiliza para cementar fisuras y grietas de rocas, absorbiendo la humedad para impedir que esta produzca derrumbamiento de túneles o excavaciones, para impermeabilizar trincheras, estabilización de charcas, etc.

Para que puedan ser utilizadas han de estar dotadas de un marcado carácter tixotrópico, viscosidad, alta capacidad de hinchamiento y buena dispersabilidad. Las bentonitas sódicas o cálcicas activadas son las que presentan las mejores propiedades para este uso.

Los usos en el campo de la ingeniería civil se pueden resumir en:

* Creación de membranas impermeables en torno a barreras en el suelo, o como soporte de excavaciones. * Prevención de hundimientos. En las obras, se puede evitar el desplome de paredes lubricándolas con lechadas de bentonita. * Protección de tuberías: como lubricante y rellenando grietas. * En cementos: aumenta su capacidad de ser trabajado y su plasticidad. * En túneles: Ayuda a la estabilización y soporte en la construcción de túneles. Actúa como lubricante (un 3-5 % de lodo de bentonita sódica mantenida a determinada presión soporta el frente del túnel). También es posible el transporte de los materiales excavados en el seno de fluidos benoníticos por arrastre. * En tomas de tierra: Proporciona seguridad en el caso de rotura de cables enterrados. * Transporte de sólidos en suspensión.

ARCILLA COMÚN

Son muy corrientes y suelen contener hierro y otras impurezas minerales por lo que su grado de cocción es de 950-1.100ºC. En bruto esta arcilla es roja, marrón, verdosa o gris por la presencia del óxido de hierro, y tras su cocción puede variar de color.

La arcilla roja común por sí sola es demasiado plástica, llegando a ser pegajosa, aunque a veces contiene arena u otros fragmentos pétreos que dificultan su plasticidad.

Encontramos gran cantidad de esta arcilla en la superficie de la tierra, aunque a veces es inutilizable debido a su gran contenido en calcita o sales alcalinas solubles.

Esta arcilla es la materia prima para los ladrillos, baldosas, tubos de drenaje, tejas,…

3) CALCITA

La calcita es un mineral compuesto de carbonato cálcico.

Aparece en la naturaleza de las siguientes formas:

Calcita ordinaria: En forma de masa exfoliares o fibrosas.

En calizas, dolomías y mármoles: La calcita es el componente principal de estas rocas.

En depósitos de cuevas, fuentes y arroyos: Las calizas se encuentran en forma de travertinos y espeleotemas. Se debe a la perdida de CO2 que hace que el bicarbonato de cálcico soluble pase a carbonato insoluble y se deposite.

La calcita es de gran valor comercial, se usa en instrumentos ópticos, para la cal viva, construcción (cemento, carreteras, hormigón,) monumentos, procesos metalúrgicos, tiza…

4) OTROS MINERALES ÚTILES PARA LA INGENIERIA CIVIL

Cal: Este material utilizado para hacer mortero de cal se obtiene de las rocas calizas, calcinadas a una temperatura entre 900 y 1.200 º C, es usado como materia prima del Clinker (producto intermedio del cemento).

CAL VIVA: Es el producto de la calcinación de una roca calcita o dolomita Esta constituida en su mayor parte por oxido de calcio CaO y oxido de magnesio (mínimo 95%); sílice, alúmina y óxido de hierro (5% máximo).

CAL HIDRATADA: Es un polvo seco obtenido de la combinación de cal viva con agua para formar hidróxido de calcio y oxido de magnesio. Existen dos tipos de calhidratada para empleados para la elaboración de morteros, recubrimientos y comoadicionantes para el cemento portland.

Alúmina: Se encuentra en la naturaleza como componentes de las arcillas, es usado como materia prima del Clinker (producto intermedio del cemento), en el cemento.

Sílice: Usado como materia prima del Clinker (producto intermedio del cemento).

Azufre: Mineral nativo, puede ser de origen volcánico, color amarillento. Usado muchas veces como aditivo del cemento.

Bauxita: Es un agregado de varios minerales de aluminio es la materia prima de la cual se obtiene la alúmina.

Cuarzo: Es un mineral compuesto de dióxido de silicio (SiO2) (también llamado sílice). No es susceptible de exfoliación, porque cristaliza en el sistema trigonal (romboédrico). Incoloro en estado puro, puede adoptar numerosas tonalidades si lleva impurezas (alocromático). Su dureza es tal que puede rayar los aceros comunes.

Hematita: Pertenece al grupo de los óxidos. Es el principal mineral de hierro. Se utiliza como materia prima en la fabricación de varillas de fierro y alambre.