12TH INTERNATIONAL BRICK/BLOCK Masonry

Transcripción

1 12TH INTERNATIONAL BRICK/BLOCK Masonry c O N F E R E N C E Vil "ANAlISIS DE LA CAlIDAD DE LOS BLOQUES DE ESCAVOLA SOMETIDOS A VARIACIONES EXTREMAS DE CAMBIOS DE HUMEDAD - EFECTO MARIN" L. Villanueva\ I. Oteiza 2, J. Bajo 3, D. Martín 3, D. Pérez de MigueP 'Catedrático de la Escuela Técnica Superior de Arquitectura. UPM. Madrid-Espana. Ivillanu@aq.upm.es ' Profesor de la Facultad de Arquitectura. Universidad dei Zulia. Maracaibo, Venezuela. ioteiza@teleline.es 'Estudiantes de la Escuela Técnica Superior de Arquitectura. UPM. Madrid-Espana ABSTRACT Conocido el efecto de la humedad sobre la escayola y la drástica disminución de su resistencia mecánica ai superar el 7 % de humedad en el material, este trabajo trata de determinar cómo afecta a las propiedades mecánicas ciclos de humedadl secado en la escayola (E35), condición que se presenta a menudo en aquellos componentes industrializados de yeso o escayola, cuyo almacenamiento se hace ai aire libre y los produetos están sometidos a los ciclos naturales de humedad (liuvia) y calor (sol). Este trabajo analiza experimentalmente el material de escayola (E35), sometido a cambios bruscos de humedad, determinando y comparando las propiedades de dureza, humedad, resistencia a flexión y a compresión y el módulo de elasticidad dinámico. Como conclusiones de este trabajo, se determinó que no se observa una variación de las propiedades mecánicas dei material, con el cambio brusco de humedad, siempre que el material recupere una humedad equílibrio y que esta esté por debajo dei 7 %. Este efecto lo denominamos como EFECTO MARíN. Con los ensayos de ultrasonido, de interés por ser un ensayo no destructivo, se han podido establecer relaciones directas dei módulo de elasticidad dinámico con la humedad dei material y con la resistencia mecánica dei mismo. Palabras clave: Yeso, escayola, compresión, tracción, módulo de elasticidad dinámico, dureza, humedad

2 INTRODUCCIÓN EI yeso es un material utilizado en la construcción desde la más remota antigüedad, principalmente en países con climas secos. Se ha empleado para unir componentes (morteros y pastas), para dar acabados a los muros (enlucidos), para elementos decorativos y para producir elementos constructivos prefabricados. A partir de la segunda década dei S XX la industria yesera experimenta un desarrollo importante, perfeccionando los métodos de fabricación (industrias mecanizadas) y aumenta la variedad de productos. En los países desarrollados se va imponiendo la utilización de componentes industrializados a base de yeso o escayola (bloques, láminas y otros componentes) en las particiones interiores de los edificios. La producción de algunos elementos prefabricados, a menu do están expuestos a cambios de humedad y temperatura durante el proceso de almacenaje o transporte, lo que puede afectar las características físico-mecánicas dei material. En este trabajo realizado en el Laboratorio de Materiales de la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Madrid se ha comprobado lo que denominaremos EFECTO MARíN, en memoria de D. Manuel Marín, prestigioso empresario y presidente de Eurogypsum, quien hizo notar el efecto de la recuperación ai secar, de la dureza superficial y las resistencias mecánicas de un prefabricado de yeso o escayola si eventualmente sufre una acción directa dei agua, debido por ejemplo a la IIuvia durante el proceso de almacenamiento o transporte de los elementos. Una de las características conocidas dei yeso y la escayola es la reducción de la resistencia mecánica (compresión y tracción) de este material con el aumento de la humedad. (Villarreal, 1964), con una disminución importante de la resistencia con humedad dei material por encima dei 1 %. Según este trabajo se concluye entre otras cosas que la resistencia de las probetas secas es mayor dei doble de las probetas húmedas, existiendo una discontinuidad importante en los valores de resistencia ai IIegar ai 1 % de la humedad dei material. La solubilidad dei yeso en agua no es muy elevada, pero el deterioro que esta produce en los elementos de yeso es fundamentalmente debido a la enorme pérdida de resistencia que experimenta este material en presencia de humedad, que puede explicarse si se considera que el agua libre absorbida por el yeso actúa a modo de lubricante entre su estructura cristalina, deshaciendo la trabazón formada por la disposición de los cristales (Del Río, 1999). Es de destacar también que la solubilidad máxima dei yeso se da a temperaturas entre los 30º y 60ºC, condiciones que se pueden presentar ai exponer ai exterior los elementos prefabricados en épocas de verano. EI grado de absorción de agua depende de la porosidad dei yeso y por tanto de su densidad y de su agua de amasado. Para la producción de elementos prefa- 1892

3 bricados la relación agua/yeso (A/Y) suele estar entre 0,8 y 0,6. Es posible disminu ir estas relaciones A/Y con la utilización de aditivos que favorezcan la utilización de poco ~gua durante el amasado. CARACTERíSTICAS DEL MATERIAL Los yesos y escayolas, son productos que se comercializan en polvo, preparados a partir dei aljez, los cuales pueden tener o no aditivos que modifiquen algunas características físicas o mecánicas, estos productos se obtienen de la mezcla de semihidrato a, semihidrato ~ y anhidrita 11, en las proporciones requeridas, según el producto. EI componente que se obtiene con el yeso o la escayola, tiene la resistencia mecánica para soportar los esfuerzos que requieren las particiones, así como una buena dureza superficial para este uso. Una de las ventajas más importante dei yeso/escayola en la construcción es la buena protección contra el fuego que proporciona este material, debido ai contenido de agua presente en su estructura. Como inconveniente de este material, senalar su fragilidad y falta de tenacidad, por su escasa capacidad de deformación. EI otro inconveniente, senalado anteriormente, es la alteración físico-mecánica que sufre a causa dei agua, lo que limita su uso a las áreas internas dei edificio en particiones y trasdosados. La norma espanola (RY.85) establece cinco tipos de yesos y escayolas, de los cuales los dos primeros, Yeso Grueso y Fino se utilizan fundamentalmente para los revestimientos interiores o como conglomerante auxiliar de obra. Los otros tres productos establecidos en la norma son el Yeso Prefabricado (YP), y las escayolas E35 y E30, los cuales pueden ser utilizados para la fabricación de elementos prefabricados, objeto de este estudio. Uno de los productos más utilizados en particiones ligeras son los paneles, los cu ales pueden contener fibras, adiciones y áridos además de aditivos, para mejorar las propiedades o acabados. Poseen superficies planas y van provistas de un machihembrado para su junta en la obra. Los espesores van desde 60 mm hasta 100 mm y las dimensiones normalizadas son de 666 mm de longitud y 500 mm de altura, algunos sistemas producen paneles de altura más grande que cubra con una sola pieza desde el suelo hasta el techo. También se producen gran cantidad de placas de menor espesor para techos. Su elaboración se realiza en plantas de fabricación automatizada, los paneles olas placas, una vez que se desmoldan, se secan, bien en hornos o en algunos casos (en Espana) en secaderos a la intemperie, también es posible que por el transporte, se produzcan ciclos de humedad y secado de acuerdo a las condiciones climatológicas, que pueden afectar a estos componentes, motivo de este estudio. 1893

4 OBJETIVOS - Analizar la variación de las características mecánicas de la escayola (E35), tras haber estado expuesto a variaciones de humedad (ciclo húmedo/seco). - Comparar los valores de: resistencia a compresión, resistencia a flexión, dureza superficial, módulo de elasticidad dinámico (ensayo de ultrasonido), ante diferentes condiciones de humedad. METODOlocíA Se elaboraron diferentes probetas con el material de Escayola E35, de acuerdo a la norma UNE Dimensiones de las probetas (apartado 6 de la norma) 4 x 4 x 16 cm (Foto 1), con una relación AgualYeso de 0,8 para todas las probetas, lo que permitía una trabajabilidad aceptable. De las amasadas algunas probetas se mantuvieron en la cámara húmeda (25ºC, 90% HR) (Foto 2), como establece la norma, otras se dejaron durante más de 20 días en ambiente de laboratorio (22º-24º C Y 50-60% de HR) y otro grupo en el exterior durante el mismo tiempo, sometidas a variaciones de temperatura propias de la estación de invierno (de -3º a 20ºC y 50% - 80% HR), estos Foto 7. Amasada. 3 probetas de 4x4x7 6 em. 1894

5 Cuadro CUADRO 1 : Planlng Situación de I~ probel:l Amacadas (- J. :1" Probetas _ e<rt>ebid3s en aguil cijrante una hora (,./'.;;. Agu.r ~------_t t_----~~------~------~,hor.I) Q C. Hum.eIa r-----;=,, ~------t_----~.. I:' ~ la11c " ~ 2BJ2D ~ ~teriorr"_'_;;2;;-alt.;2;;;;c'"'-'i====+-'-===4===4 z w ai ~ laboratono ~.~.. ~.. ~~"'"Bf3;i;.,,'O~ +===4====F=="""'" o 7 días 14 días 21 dias nempo :11' 1 2B dl.s I Rolllr. de probet~5 sin embeber dl.s 421di'S Rotura de probetas embebida. Foto 2. Probetas en ambiente de Cámara húmeda. dos últimos grupos trataban de simular el curado que se presenta en algunas producciones de paneles en nuestro medio. Se hicieron 3 probetas en cada una de las amasadas. 7895

6 Las mediciones y ensayos de rotura a flexo-tracción y compresión de cada una de las probetas en los diferentes estados de conservación se ensayaron, en las siguientes situaciones (Cuadro 1): Probetas secas (después de 2 días a 40ºC) Probetas en ambiente de laboratorio Probetas embebidas en agua durante 1 hora y curado posterior durante 15 días Los ensayos se realizaron en el Laboratorio de Materiales de la Escuela Técnica Superior de Arqu itectura de Madrid. UPM. Ensayos y medidas realizadas a las probetas: Durezas Shore A, C, D Pesos en diferentes situaciones. % de humedad. Rotura a flexión. (Foto 3) Rotura a compresión. (Foto 4) Medidas de velocidad dei sonido en las probetas diferentes situaciones (ultrasonido) (Foto 5). Las mediciones de dureza superficial y de velocidad de ultrasonido se realizaron también en las probetas inmediatamente después de sacarias dei agua. Pero en 105 ensayos de flexo-tracción y compresión se espero un tiempo prudencial de 16 días antes de romperias, ai ser conocida la reducción de las resistencias con el aumento de la humedad por encima dei 1 % (Villarreal, 64) Equipos de medición utilizados para los ensayos. - Durómetros (Shore A,C, D). - Balanza de precisión. - Equipo de ultrasonido. - Estufa de secado (40ºC durante 48 horas) - Máquina universal de rotura con célula de carga, medidor de deformación, capilia de flexo tracción (separación de soportes 1 06,7mm) y capilla de compresión. Estructura general dei ensayo (Cuadro 1- Planing - cronograma dei ensayo): - Semana 1- realización de dos amasadas en las mismas condiciones y con la misma relación A/Y de 0,8. Probetas 1 A, 2A, 3A, 1 B, 2B, 3B, de la que dos (1 A, 1 B), se colocaron en la cámara húmeda, otras dos (2A, 2B)en ambiente exterior y (3A, 3B) en ambiente de laboratorio. Una de las probetas de cada ambiente (1 B, 2B Y 3B) después de 21 días fueron embebidas en agua durante 1 hora, una vez medida la absorción, dureza superficial y velocidad dei ultrasonido, se colocaron en cada uno de los ambientes (cámara húmeda, exterior y laboratorio) durante dos semanas antes de realizar los ensayos para determinar las resistencias a flexión y a compresión. 7896

7 Foto 3. Ensayo de flexo tracción. Foto 4. Ensayo de compresión. 1897

8 Foto 5. Mediciones de ultrasonido. - Semana 2 (7 días de desfase) se siguió el mismo proceso de la anterior semana, con otras tres amasadas (C,D,E) en las mismas condiciones de elaboración de las probetas y la misma relación de A/Y- 0,8. Siguiendo el mismo proceso de mediciones pero con 1 semana de desfase. RESULTADOS Y DISCUSION Se presentan en esta parte las tablas y gráficas de las mediciones de dureza superficial Shore C, por ser las más significativas. Las probetas curadas en los tres tipos de ambientes: Cámara húmeda (tabla 1, gráfico 1), Exterior (tabla 2, gráfico 2) y Laboratorio (tabla 3, gráfico 3). En el ambiente de Cámara húmeda se observa que la dureza superficial se mantiene en un rango entre 40 y 60 durante los 21 primeros días de curado, a la siguiente semana aumenta considerablemente la dureza superficial liegando a rangos de En las probetas embebidas en agua durante 1 hora, la dureza disminuye drásticamente (40-45) durante los 7 siguientes días, para aumentar en los 15 siguientes hasta alcanzar valores similares a los de las probetas que no fueron embebidas (ver gráfico 1). 1898

9 Gráfico 7. Dureza superficial. Probetas en Cámara húmeda. CÁMARA HÚMEDA u 100,0 w o::: 80,0 O ~ 60,0 fi) <C N W o::: 20,0 :::) C 0,0 40,0 -~------'7'Ti------I o EDAD DE LAS PROBETAS (días) -+-1A 18 1C ~ 1D ---1E Table 7. Dureza Superficial Shore - Cámara húmeda. Días CAMARA HUMEDA la lb lc o 43,4 46,8 48,8 7 47,2 50,8 47, ,2 52,6 4, ,8 53,6 61, ,3 44,0 78, ,0 63,0 73, ,2 53,4 45,8 59,8 46,2 56,2 le 51,4 49,6 51,4 60,4 78,4 65,2 En las probetas curadas en el Exterior y en ambiente de Laboratorio, se observa un aumento de la dureza superficial desde la primera semana, pasando de ai desmoldar hasta 80 a los 42 días. Las probetas embebidas en agua durante 1 hora, se aprecia una caida de la dureza superficial durante los 7 siguientes días y una recuperación de la dureza hasta los valores característicos a los 15 días (ver gráficos 2 y 3). Sobre las resistencias a flexión y a compresión, un grupo de probetas curados en diferentes ambientes, cámara húmeda (1 A, 1 C), Exterior (2A, 2C) Y Laboratorio (3A, 3C), se sometieron a ensayos de flexión y compresión a los 28 días, ese mismo día una pro beta curada en cada tipo de ambiente (1 B,l D en Cámara húmeda; 2B,2D en Exterior; y 3B, 3D en Laboratorio)fueron embebidas en agua durante 1 hora y colocadas de nuevo en el mismo ambiente que tenían, para someterlas a ensayos de flexión y compresión 15 días después. 1899

10 Gráfico 2. Dureza superficial. probetas en el exterior. EN EL EXTERIOR u 100,0 w r:t: 80,0 O :::z::: 60,0 ti) <C 40,0 - N W r:t: 20,0 - ::J C 0, EDAD DE LAS PROBETAS (días) -+-2A _ 28 2C --* E Table 2. Dureza Superficial Shore - Ambiente Exterior. Oías CAMARA HUMEDA 2A 28 2C 45,2 48,0 47,2 7 60,6 58,2 53, ,8 69,4 70, ,0 73,6 74, ,4 50,2 79, ,2 78,2 74, ,2 50,8 65,4 74,2 46,2 53,6 2E 51,2 62,2 69,2 75,8 79,4 75,8 Las resistencias obtenidas (tabla 4, gráfico 4) en cada uno de los casos indicados, son similares, no observándose algún patrón de comportamiento especial en aquellas probetas que fueron embebidas. CONCLUSIONES En relación a la dureza superficial: - La dureza superficial de las probetas va aumentando con el transcurso dei tiempo independientemente dei lugar y condición dei curado. - Las probetas embebidas en agua durante 1 hora presentan una fuerte disminución de la dureza en ai momento de sacarias dei agua, pero recuperan los valores característicos de dureza a los pocos días (7 días). 1900

11 Gráfico 3. Dureza superficial. Probetas en ambiente de Laboratorio. EN EL LABORATORIO () 100,0 w (k: 80,0 -+-3A O :I: ,0 Cf) 3C c::s: 40,0 N (1 ) ~ 3D w (k: 20, E :::> C 0,0 O EDAD DE LAS PROBETAS (días) Table 3. Dureza Superficial Shore - Ambiente de Laboratorio. Días LA80RA TORIO 3A 38 3C 3D 3E O 46,4 48,4 47,0 45,8 50,8 7 57,8 54,6 54,8 56,6 53, ,6 68,2 74,4 66,0 72, ,2 73,6 75,2 77,0 76, ,0 49,4 78,8 41,4 80, ,4 79,4 75,0 72,6 80,0 Resistencias mecánicas Flexo-tracción y Compresión. - EI curado de las probetas en los diferentes ambientes analizados (Cámara húmeda, Laboratorio y exterior) no influye de manera significativa en la resistencia final de las probetas de escayola E35. (Series A, C Y E). - Las probetas sometidas a una saturación de agua durante 1 hora a edad de 28 días, recuperan sus características de resistencia a flexo traccióil y compresión, a los 15 días de mantenerlas en los diferentes ambientes (C. Húmeda, Laboratorio y Exterior), Series (B y D). - Todo parece indicar que las resistencias mecánicas dependen dei contenido de humedad en el momento de su rotura, con independencia de los ambientes de curado

12 Gráfico 4. Resistencia a Flexotracción. «~ ::::> 80,00 I- O ~ 60,00 w 40,00 O z,o 20,00 Cf) Z W I- 0,00 FLEXIÓN I r: r r,f- - f- t ~ I~ t~ - - f- - i ~I t r./ - H-- ~.~ h - - ~ lá - t.,-, - -, PROBETAS f- Table 4. Valores de Resistencias a Flexión y compresión. Probetas Dureza Res. Compresión Res. Flexión Ultrasonido Ambiente 5hore C (kg) (kg/cm') (kg) (kg/cm') (m/s) curado la 68, , , ,90 C. Húmeda la 67, , , ,40 Exterior 3A 72, , , ,40 laboratorio lc 78, , , ,00 C. Húmeda 2C 79, , , ,30 Exterior 3C 78, , , ,60 laboratorio le 75, , , ,10 C. Húmeda 2E 74, , , ,90 Exterior 3E 76, , , ,70 laboratorio 18 73, , ,40 C. Húmeda 28 73, , , ,60 Exterior 38 74, , , ,00 laboratorio 10 73, , , ,90 C. Húmeda Gráfico 5. Resistencia a Compresión. COMPRESIÓN N 140,00 E ~ C> 120,00 I- --r---- ~ ~ «100,00 - o:: ::::> I- 80,00 -- o o:: 60,00 w o z 40,00 'Q Cf) 20, I- Z w I- 0,00 «««u u u w w w co co co o o o N '" N '" ~ N '" PROBETAS N '" N '" 1902

13 Sobre la húmedad - Las probetas embebidas en agua durante 1 hora, Ilegan a absorber hasta un 45% de humedad, humedad que pierden con rapidez, de acuerdo ai ambiente donde se les deja curando. - Esta humedad afecta las características dei material como dureza superficial, módulo de elasticidad dinámico, en etapas cercanas ai momento de embeber Ias, pero recupera sus características a los pocos días (7). - Existe una relación inversa entre la humedad y el módulo de elasticidad dinámico ( con ultrasonido). A mayor humedad menor es el módulo de elasticidad dinámico. AGRADECIMIENTOS Departamento de Tecnología y Construcción Arquitectónicas. Escuela Técnica Superior de Arquitectura. Universidad Politécnica de Madrid. Ministerio de Educación y Cultura de Espana. Programa de "Estancias de tecnólogos extranjeros en Espana. CICYT nº Proyecto "Efectos sinérgicos en materiales compuestos de matriz conglomerada y adiciones de bajo costo". REFERENClAS BIBLIOGRÁFICAS Villarreal, E.P. CONTRIBUTION TO THE STUDY OF PLASTER. Bulletin RILEM N" 23. June Bajo, J.; Martín, D.; Pérez, D. EFECTO MARíN. Trabajo (sin publicar)elaborado en la asignatura de Seminario de Laboratorio. Tutor. Villanueva. L. ETSAM. UPM. Madrid Del Río. M. ELABORACIÓN Y APLlCACIONES CONSTRUCTIVAS DE PANELES PREFABRICADOS DE ESCAYOLA ALlGERADA Y REFORZADA CON FIBRAS DE VIDRIO e Y OTROS ADITIVOS. Tesis Doctora/. ETSA. UPM. Madrid Villanueva, L.; Schnell, J. EFECTO MARíN - ABSORCIÓN DE YESOS Y ESCAYOLAS ( sin publicar). Ensayos de laboratorio. ETSA. UPM. Madrid

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