CARACTERIZACIÓN DE LOS DAÑOS POR HELADA EN BALDOSAS CERÁMICAS EN ESLOVENIA

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1 CARACTERIZACIÓN DE LOS DAÑOS POR HELADA EN BALDOSAS CERÁMICAS EN ESLOVENIA Tinkara Kopar, Vilma Ducman Slovenian National Building and Civil Engineering Institute, Dimieva 12, 1000 Ljubljana, Eslovenia RESUMEN Una de las propiedades importantes de los productos de la construcción es su durabilidad. Los productos cerámicos de la edificación, incluso las baldosas cerámicas para usos al aire libre, tienen que ser resistentes a la helada para tener una larga vida útil. Se pueden realizar diferentes tipos de ensayos de laboratorio para determinar la resistencia a la helada de las baldosas cerámicas: en el Instituto Nacional Esloveno de la Construcción e Ingeniería Civil, los ensayos de resistencia a la helada en baldosas cerámicas se realizan según la norma EN ISO En base a los resultados de varios años de experiencia en la realización de ensayos de resistencia a la helada en baldosas cerámicas, se ha intentado caracterizar los daños por helada que se producen durante estos ensayos, con relación a los factores de fabricación que influyen en la reacción del material con la exposición a la acción de la helada. También se presentan algunos casos de daños por helada in situ. PALABRAS CLAVE: resistencia a la helada, daños por helada, baldosas cerámicas, durabilidad. La durabilidad de los materiales de construcción depende de diferentes variables, una de las cuales es la resistencia a la helada del material. Existen dos factores principales que influyen en dicha resistencia: las condiciones climáticas a las cuales el material está expuesto y la reacción del material a la acción de la helada. No hay ninguna teoría generalmente aceptada que podría describir cómo se generan los daños por helada, pero en general se considera que para que se produzcan dichos daños, hace falta un alto contenido de humedad (es decir, un alto grado de saturación) y temperaturas bajas'']. Las condiciones climáticas que caracterizan un invierno típico que

2 genera daños por helada podrían consistir en varios días de fuerte lluvia, seguidos de temperaturas bajas.['t Según los datos del Instituto Hidrometeorológico de Eslovenia, Eslovenia tiene unas condiciones climáticas muy heterogéneas: hay un clima continental en el nordeste, un severo clima alpino en los Alpes, y un clima submediterráneo en el sudoeste. La mezcla de todos estos factores provoca grandes cambios en las condiciones climáticas dentro de áreas pequeñas durante cortos períodos de tiempo. En un ambiente de estas características, la posibilidad que se produzcan daños por helada en los productos cerámicos durante el invierno es alta. Los materiales porosos pueden saturarse con agua, y luego cuando la temperatura baja a O C, empieza el proceso de congelación. Cuando el agua hiela, se expande y si el espacio disponible es insuficiente, la creciente presión en los poros puede causar serios daños en el material. La manera en que los materiales cerámicos de la construcción, como p. ej. las baldosas cerámicas para zonas al aire libre, tejas de arcilla cocida y ladrillos, reaccionen con la exposición a la acción de la helada depende de diferentes variables, como el efecto del material, su composición y propiedades, y el efecto de los métodos de La idoneidad de la arcilla para la fabricación de un producto resistente a la helada depende principalmente del tipo de minerales arcillosos presentes y del contenido mineral, así como de la distribución granulométrica. Durante los procesos de fabricación, los parámetros tecnológicos de conformación, secado, cocción y enfriamiento pueden introducir ciertos defectos o debilidades, que pueden determinar la resistencia a la helada final del product0.[~1 Todas estas variables influyen en la naturaleza de la pasta cerámica - el tamaño de poro y su distribución de tamaño, la forma del poro y la resistencia mecánica de su así como la naturaleza de las capas superficiales (sobre todo en el caso de las baldosas cerámicas esmaltadas). Para poder predecir la resistencia a la helada de un producto cerámico que se expone constantemente a los agentes climatológicos, en nuestro caso las baldosas cerámicas para el revestimiento exterior, es preciso realizar determinados ensayos de laboratorio. Los métodos de ensayo disponibles pueden dividirse en dos grupos: los ensayos directos y los ensayos indirectos. En los ensayos directos se emplean ciclos repetidos de hielo-deshielo en una cámara climática, según los diferentes métodos normalizados que simulan las condiciones del tiempo que se producen de forma natural. Los ensayos indirectos se basan en el hecho que la estructura del poro y la distribución del tamaño de poro tienen un mayor efecto en el comportamiento de los materiales cuando éstos se exponen al hielo y deshielo. Se pueden utilizar estos ensayos para predecir si el material sufrirá daños por helada o no. ENSAYOS DE LABORATORIO Se sometieron una serie de baldosas cerámicas, tanto prensadas en seco como conformadas por extrusión, con una absorción de agua de menos de 376, a los ciclos de hielodeshielo según el método de la norma EN ISO Después de la impregnación con agua, con una reducción de la presión atmosférica de 60 kpa, las baldosas se sometieron a los ciclos de hielo-deshielo. En cada ciclo, la temperatura bajó debajo de -5 C a una velocidad no superior a 20 "C/ h. La temperatura mínima se mantuvo durante 15 minutos. Las piezas se sumergieron entonces en agua a una temperatura de +5"C durante los siguientes 15 minutos. En cada ensayo se realizaron 100 de estos ciclos. Pos - 108

3 RESULTADOS Todos los tipos de daños por helada observados en los ensayos de laboratorio pueden clasificarse en cuatro grandes grupos de daños: desprendimiento, desconchado, cuarteado y exfoliación. El tipo de daño observado más habitualmente en las baldosas cerámicas esmaltadas, prensadas en seco, después del ensayo hielo-deshielo, es el desprendimiento del vidriado. En las figuras 1,2 y 3 se puede observar el desprendimiento a gran escala del vidriado de algunas baldosas del grupo BIb, con una absorción de agua entre 2 y 3%. En la figura 4, se observa el principio del desprendimiento del vidriado de las baldosas cerámicas del grupo BIa, con una absorción de agua de 0.1%. La causa de estos daños era probablemente la falta de adhesión entre el vidriado y el soporte cerámico. El agua entró en el espacio libre debajo del vidriado, se congeló y entonces expandió. Se produjo un aumento de la presión sobre el vidriado desde abajo, que provocó la separación del vidriado de la superficie del soporte cerámica, es decir el desprendimiento. Se observó que las baldosas cerámicas esmaltadas con una absorción de agua entre 0.5% y 3% (figuras 1, 2 y 3) sufrieron mayores daños por desprendimiento que las baldosas cerámicas esmaltadas con una absorción de agua inferior a 0.5% (figura 4). La razón por este comportamiento puede ser la temperatura más baja de cocción de los productos con una absorción de agua más alta. A estas temperaturas, apenas se produce la fusión, sino solamente la sinterización Este proceso lleva a una unión bastante débil entre el soporte cerámico y la superficie esmaltada, la cual puede dar lugar, después de sufrir las severas condiciones de helada, a daños por helada en la pieza. La razón por el desprendimiento de la superficie esmaltada, sobre todo de las piezas de gres porcelánico, también puede tener su origen en la segunda cocción del esmalte. La capa delgada entre el soporte cerámico y la superficie esmaltada puede considerarse por consiguiente como el "punto débil" de las baldosas cerámicas esmaltadas con relación a su resistencia a la helada. Figuras 1, 2, 3: Desprendimiento del vidriado de las baldosas cerámicas del grupo Blb después del ensayo de resistencia n la helada.

4 Figura 4: Desprendimiento del vidriado de las baldosas cerámicas del grupo BIa después del ensayo de resistencia a la helada. El segundo gran grupo de daños por helada detectados es el desconchado, es decir el arranque de trozos cónicos de la baldosa, no sólo del vidriado sino también del soporte cerámico. Este tipo de daño se presenta en las figuras 5 y 6. Dicho tipo de daño se debe probablemente a un aumento del volumen de agua que ha penetrado dentro del soporte cerámico cuando las baldosas se sometieron a la helada. Cuando el agua dentro de los poros se congela, el soporte cerámico se expone a unas fuerzas de tracción considerables, que pueden llevar a daños. r m,. -, a Figuras 5, 6: Desconclzado - daños por helada en las baldosas cerámicas esmaltadas, prensadas en seco, después del ensayo de resistencia a la lzelada. Las baldosas cerámicas esmaltadas sometidas a ensayos de hielo-deshielo sufrieron también daños de cuarteado, que pueden verse en la figura 7. Este tipo de daño se produce probablemente por los esfuerzos que se generan bajo condiciones de exposición severas, debido a los diferentes coeficientes de dilatación/contracción del vidriado y del soporte de arcilla. Como consecuencia de estos esfuerzos, se desarrolla una red de fisuras muy finas en toda o parte de la superficie esmaltada del azulejo. Con una continuada exposición a ciclos de hielo-deshielo, las piezas que presentan estos daños pueden llegar a presentar también otros tipos de daños, como el desconchado. Figura 7: Cuarteado del vidriado de las baldosas cerámicas esmaltadas, prensadas en seco, después del ensayo de resistencia a la helada. Pos - 110

5 Las figuras 8 y 9 muestran los daños en forma de exfoliación del soporte cerámico de baldosas cerámicas conformadas por extrusión. En estos casos, el daño se debe probablemente al proceso de conformación, ya que, en general, las baldosas cerámicas de este tipo son resistentes a la helada. El proceso de extrusión puede haber generado una estructura laminada. En este proceso, el grado de desaireación y el tiempo que transcurre entre la conformación y el secado son factores muy importante~.[~] El resultado, después de los ciclos de hielo-deshielo, ha sido la exfoliación de capas paralelas. Figuras 8, 9: Exfoliación de las baldosas cerámicas sin esmaltar, conformadas por extrusión, después del ensayo de resistencia a la helada. Como se ha indicado ya anteriormente, se realizan los ensayos de resistencia a la helada en el laboratorio para detectar los productos no resistentes a la helada. Sin embargo, no se pueden detectar todas las baldosas cerámicas no resistentes, ya que la fiabilidad de los ensayos de resistencia a la helada no es absoluta. A pesar de someter muchas baldosas a los ensayos de laboratorio, se producen todavía muchos casos de daños por helada in situ. Las figuras 10 y 11 presentan dos ejemplos de casos de daños por helada en baldosas cerámicas esmaltadas, prensadas en seco, indicadas por el fabricante como apropiadas para usos en zonas al aire libre, que se habían instalado como pavimento para un balcón y para un camino alrededor de una casa. Figuras 10, 11: Daños por helada en las baldosas cerámicas esmaltadas, prensadas en seco, in situ. CONCLUSIONES Se observaron cuatro tipos de daños por helada en las baldosas cerámicas sometidas a ensayos de resistencia a la helada: desprendimiento, desconchado, cuarteado del vidriado, y exfoliación del soporte cerámico. Todos estos diferentes tipos de daños son típicos para la reacción de baldosas cerámicas a la acción de la helada, y están relacionados muchas variables diferentes, como el tipo de materia prima, su preparación, y los pará-

6 metros tecnológicos de conformación, secado y cocción. Por otra parte, durante el proceso de fabricación, también se pueden producir determinados defectos que dan lugar en una peor resistencia a la helada. Los ensayos de hielo-deshielo de laboratorio pueden usarse para detectar las baldosas cerámicas no resistentes a la helada, sin embargo, desafortunadamente, la fiabilidad de estos ensayos no es absoluta. Es muy difícil poder evaluar la resistencia a la helada de las baldosas cerámicas en base a un sólo ensayo, sobre todo con respecto a la duración de su vida útil. La razón es que el sistema entero, no sólo las baldosas cerámicas, sino también los otros materiales utilizados en la colocación de las piezas cerámicas deben ser resistentes a la helada e instalados correctamente. [l] M.C.PHILLIPSON, W.STUPARD, The determination of the freezing point of water in a porous masonry material. Masonry International, 1 / 1998, C.BEARDMORE, R.W.FORD, Winter weather records relating to potential frost failure of brickwork. Brit.Ceram.T & J. 1 / 1986, 7-8. [3] L.J.A.R. VAN DER KLUGT, Frost testing by uni-directional freezing. Brit.Ceram.T & J. 1 / 1986, [4] W. BENDER, EHANDLE, The frost resistance of ceramic building materials. Amual for the brick and tile, structural ceramics and clay pipe industries, 1991, [5] L.J.A.R. VAN DER KLUGT, Technological factors influencing the frost susceptibility of clay building materials. Annual for the brick and tile, structural ceramics and clay pipe industries, 1993, [6] D.HAUCK, E. HILKER, M.RUPPIK, Influence of the firing process on frost resistance. Ziegelindustrie, 9 / 1990, Pos - 112