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1 Tema 4: Ensayos físicos de Caracterización de Materiales. 1. Ensayos dimensionales. 2. Ensayos de materiales porosos: balanza hidrostática y Porosimetría. 3. Dilatometría y calorimetría. 4. Caracterización hídrica. 5. Caracterización acústica. 6. Combustibilidad y comportamiento al fuego. 7. Ensayos en ambientes agresivos. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Curso EUAT. Campus de Guadalajara Profesor Gonzalo Barluenga Badiola Objetivo Docente del Tema 4: Conocer los diferentes tipos de ensayos físicos de materiales, los procedimientos y equipos que se utilizan e interpretar los resultados experimentales.

2 Ensayos de caracterización física de los materiales de Construcción Las propiedades de los Materiales se pueden determinar mediante ensayos de caracterización. Existen ensayos específicos para cada propiedad y tipo de material de Construcción en función de su uso. Los resultados son para una muestra de material y un procedimiento de ensayo concreto. Es necesario realizar series de ensayos para calcular los valores característicos y medios de cada propiedad. Normalmente se realizan en laboratorio, aunque algunos se pueden realizar en la obra o edificio (in-situ) Propiedades físicas Propiedades térmicas Propiedades hídricas Propiedades acústicas Reacción al fuego Heladicidad Durabilidad Tipos de Ensayos físicos Ensayos dimensionales Balanza hidrostática y porosimetría Dilatometría (temperatura y humedad) Calorimetría Absorción por capilaridad Permeabilidad al agua Permeabilidad al vapor de agua Absorción acústica Aislamiento acústico Combustibilidad Resistencia a fuego Ciclos hielo / deshielo Ambientes agresivos Ciclos envejecimiento

3 Ensayos dimensionales Se realizan para conocer las dimensiones de una muestra de material. Para medidas lineales se utilizan equipos graduados que se comparan con la muestra (reglas, calibres). Para medidas volumétricas se utilizan recipientes con agua graduados (volumenómetros y picnómetros). La escala utilizada determina el error de la medida. Ensayos dimensionales (longitudes) Calibre de Medida o Pie de Rey

4 Ensayos dimensionales (volúmenes) Picnómetro Volumenómetro Ensayos de balanza hidrostática La balanza hidrostática mide el peso de las muestras. Está equipada con un gancho en la parte inferior para realizar medidas de peso sumergido. Es el equipo de medida que nos da más información. Obtenemos: Peso natural Peso seco Peso saturado Peso sumergido Para obtener el peso seco, es necesario utilizar una estufa para evaporar la humedad natural del material.

5 Ensayos de balanza hidrostática Balanza hidrostática Medida peso sumergido Ensayos de Desecación de muestras Estufa eléctrica para desecación de muestras (200 º C)

6 Ensayos de Porosimetría Se realizan para determinar la porosidad y el tamaño de los poros de una muestra de material. La porosidad se mide con la balanza hidrostática y el picnómetro o volumenómetro. El tamaño de los poros se determina mediante un Porosímetro (de Helio, Mercurio, etc.). Consta de una bomba que introduce un fluido en los poros del material y mide la presión necesaria para que se introduzca (depende del tamaño de los poros). Ensayos de Porosimetría Estructura de un material poroso Porosímetro de Mercurio

7 Ensayos de Dilatometría Miden la variación dimensional de una muestra de material cuando sufre cambios de temperatura o humedad. El equipo que se utiliza consta de un elemento de medida (longitud) o varios (volumen) y de un generador de calor o de humedad. El desarrollo del ensayo requiere de un tiempo para que la muestra modifique sus dimensiones. Se obtiene el Coeficiente de dilatación térmica (α) o el Coeficiente de entumecimiento (β). Ensayos de Dilatometría Fuente de calor Comparador Muestra Ensayo de dilatación térmica

8 Ensayos de Dilatometría Comparador Muestra Ensayo de entumecimiento Ensayos de Calorimetría Se utilizan para determinar los parámetros térmicos de una muestra de material. Parámetros: Calor específico Coeficiente de conductividad térmica Inercia térmica Se realizan en calorímetros o cámaras aisladas térmicamente. Requieren de una fuente de calor (o frío) y de elementos de medida de la temperatura (termómetros).

9 Ensayos de Calorimetría (Calor Específico) Equipo de calorimetría Calorímetro Ensayos de Calorimetría (Conductividad Térmica) Termómetro electrónico Ensayo de conductividad térmica

10 Ensayos de Calorimetría Ensayos de Calorimetría (Inercia Térmica) Resultado ensayo de inercia térmica (retardo de onda)

11 Ensayos de Succión por capilaridad Se utilizan para determinar la cantidad de agua absorbida por capilaridad de una muestra de material. Se sitúa la muestra con su superficie inferior en contacto con el agua de un recipiente. Se mantiene la muestra en agua durante 24 horas. Se mide la altura que alcanza el agua y se pesa la probeta. El resultado se da en gramos de agua por superficie de la muestra en contacto con el agua y altura de mojado. Ensayos de Succión por capilaridad Ensayo de absorción Mecanismo de succión por capilaridad

12 Ensayos de Permeabilidad al agua Se utilizan para determinar la permeabilidad de una muestra de material al agua líquida. Se aplica agua a presión sobre la superficie de la muestra y se mide el flujo de agua que la atraviesa. Los aparatos utilizados se llaman Permeabilímetros. Como resultado se indica la presión de agua aplicada y la masa de agua que atraviesa la muestra por unidad de espesor y por unidad de superficie y de tiempo. Ensayos de Permeabilidad al agua Permeabilímetro Principio de funcionamiento del ensayo

13 Ensayos de Permeabilidad al Vapor Se utilizan para determinar la difusividad de una muestra de al vapor de agua. Se sitúa la muestra entre dos ambientes de humedad controlada y se mide la masa de vapor de agua que atraviesa la muestra por unidad de espesor y por unidad de superficie y de tiempo. El resultado se refiere normalmente a la resistividad al paso de vapor de agua (inverso de la difusividad). Ensayos de Permeabilidad al Vapor Ensayo de difusión de vapor

14 Ensayos de Absorción acústica Se utiliza para evaluar la cantidad de energía acústica absorbida por una muestra de material. Se utiliza un tubo de ondas estacionarias (tubo de Kundt) y se mide la reducción de energía sonora. La onda emitida es conocida y se mide la onda reflejada (energía emitida menos energía absorbida). Determina el Coeficiente de absorción acústica para una gama de frecuencias determinadas. Ensayos de Absorción acústica Tubo de Kundt (ondas estacionarias) Mecanismo de absorción acústica

15 Ensayos de Aislamiento acústico Sirven para determinar la capacidad de impedir el paso del sonido de un elemento constructivo. Se realizan en cámaras, divididas por el elemento constructivo. En un lado de la cámara se emite una presión sonora conocida y en el otro se mide la presión sonora que ha atravesado el elemento en estudio. La diferencia entre presión sonora emitida y transmitida es el aislamiento del elemento para las frecuencias estudiadas. Ensayos de Aislamiento acústico Cámara de reverberación Cámara anecoica

16 Ensayos de Combustibilidad Se utilizan para clasificar los materiales de construcción según su grado de Reacción al fuego. Se calienta una muestra de material aplicando sobre su superficie una llama. Se mide la combustibilidad (si arde y produce llama o humos) y el aporte calorífico de la muestra. La clasificación de los materiales se realiza de acuerdo con la normativa española y europea (Euroclases). Ensayos de Combustibilidad Clases de Reacción al fuego (clasificación derogada) Equipo de ensayo de Reacción al fuego

17 Ensayos de Comportamiento a fuego Se realizan para determinar el comportamiento de una muestra de material frente a una acción de fuego. Se calienta la muestra en escalones de temperatura y se pesa. Se determinan los cambios de masa y de dimensiones de la muestra a cada temperatura. Mufla para ensayos de fuego (1500 ºC) Ensayos de Resistencia a fuego Sirven para determinar el tiempo en que un elemento constructivo mantiene sus propiedades frente a la acción de un fuego. Se realizan en hornos de grandes dimensiones. Clasificación Europea : (Designación + tiempo en minutos en módulos de 15 min) Aislamiento (I) Capacidad Portante (R) Integridad (E)

18 Ensayos de Resistencia a fuego Horno de ensayo de Resistencia a fuego Ensayos de Ciclos hielo / deshielo Se utilizan para determinar la Heladicidad de una muestra de material. La muestra se satura de agua y se introduce en la cámara de hielo / deshielo. La cámara está dotada de un programador que alterna periodos de hielo (- 10 º C) y de deshielo (10 º C). Cada varios ciclos se mide y pesa la muestra para determinar los daños producidos.

19 Ensayos de Ciclos hielo / deshielo Cámara de hielo / deshielo Ensayos en Ambientes agresivos Se utilizan para determinar la durabilidad de una muestra de material frente a la acción de ambientes agresivos. Se realizan en cámaras preparadas para simular los ambientes agresivos (salino, rayos UVA, etc.) Se aplica la acción durante periodos de tiempo controlados y se mide y pesa la muestra. También se realizan medidas de pérdida de propiedades físicas (brillo, color, densidad, mecánicas).

20 Ensayos en Ambientes agresivos Cámara de Xenón (rayos UVA) Cámara de Niebla Salina Ensayos de Envejecimiento (ciclos) Se utilizan para simular la acción del clima en los materiales a lo largo del tiempo (durabilidad). Se ensayan muestras de material en cámaras climáticas. Se aplican ciclos combinados de humedad / secado y frío / calor. Es necesario calibrar los ciclos para determinar la equivalencia entre ciclos y años de envejecimiento. Cada cierto número de ciclos se miden las propiedades físicas de la muestra.

21 Ensayos de Envejecimiento (ciclos) Cámara climática Ciclos de envejecimiento acelerado Tema 4: Ensayos físicos de Caracterización de Materiales. 1. Ensayos dimensionales. 2. Ensayos de materiales porosos: balanza hidrostática y Porosimetría. 3. Dilatometría y calorimetría. 4. Caracterización hídrica. 5. Caracterización acústica. 6. Combustibilidad y comportamiento al fuego. 7. Ensayos en ambientes agresivos. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Curso EUAT. Campus de Guadalajara Profesor Gonzalo Barluenga Badiola

22 Bibliografía de consulta recomendada Normas de ensayo UNE-EN. Código Técnico de la Edificación (CTE): Parte II: Documentos Básicos. Seguridad en caso de incendio. DB-SI. Seguridad de utilización. DB-SU. Protección contra el ruido. DB-HR. Salubridad. DB-HS Habitabilidad. Ahorro de energía. DB-HE.

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