EFECTO DE LA RESISTENCIA A LA HELADA EN BALDOSAS

Suplemento de la Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales 2009; S1 (1): 377-381
EFECTO DE LA RESISTENCIA A LA HELADA EN BALDOSAS CERÁMICAS
ESMALTADAS
Eder N. Flórez1*, Juan I. Díaz2, H. Jaime Dulce1, Gabriel Peña R.1 y Jorge Sanchez1
9
Este artículo forma parte del “Volumen Suplemento” S1 de la Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales
(RLMM). Los suplementos de la RLMM son números especiales de la revista dedicados a publicar memorias de
congresos.
9
Este suplemento constituye las memorias del congreso “X Iberoamericano de Metalurgia y Materiales (X
IBEROMET)” celebrado en Cartagena, Colombia, del 13 al 17 de Octubre de 2008.
9
La selección y arbitraje de los trabajos que aparecen en este suplemento fue responsabilidad del Comité
Organizador del X IBEROMET, quien nombró una comisión ad-hoc para este fin (véase editorial de este
suplemento).
9
La RLMM no sometió estos artículos al proceso regular de arbitraje que utiliza la revista para los números regulares
de la misma.
9
Se recomendó el uso de las “Instrucciones para Autores” establecidas por la RLMM para la elaboración de los
artículos. No obstante, la revisión principal del formato de los artículos que aparecen en este suplemento fue
responsabilidad del Comité Organizador del X IBEROMET.
0255-6952 ©2006 Universidad Simón Bolívar (Venezuela)
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Suplemento de la Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales 2009; S1 (1): 377-381
EFECTO DE LA RESISTENCIA A LA HELADA EN BALDOSAS CERÁMICAS
ESMALTADAS
Eder N. Flórez1*, Juan I. Díaz2, H. Jaime Dulce1, Gabriel Peña R.1 y Jorge Sanchez1
1: Universidad Francisco de Paula Santander, Grupo de investigación Diseño Mecánico y Mantenimiento GIDIMA,
Grupo de investigación en Tecnología Cerámica GITEC Av Gran Colombia 12E-96 Colsag, Apdo. 1055, Cúcuta,
Colombia
2: Universidad Nacional Experimental del Táchira, Dpto. Ing. Mecánica, Avda. Universidad s/n, Apdo. 436, San
Cristóbal, Venezuela
*E-mail:[email protected]
Trabajos presentados en el X CONGRESO IBEROAMERICANO DE METALURGIA Y MATERIALES IBEROMET
Cartagena de Indias (Colombia), 13 al 17 de Octubre de 2008
Selección de trabajos a cargo de los organizadores del evento
Publicado On-Line el 20-Jul-2009
Disponible en: www.polimeros.labb.usb.ve/RLMM/home.html
Resumen
Los ensayos en los cuales se simulan, en forma acelerada, las condiciones extremas de intemperie, permiten certificar
la calidad de los productos para la construcción, y las normas internacionales regulan y normalizan dichas pruebas. La
ciudad de Cúcuta (Norte de Santander, Colombia) tiene un gran número de empresas fabricantes de productos para la
construcción, a partir de las arcillas existentes en sus alrededores, dichas empresas están interesadas en certificar sus
productos para poder entrar a mercados internacionales. Se utilizó la norma UNE EN ISO 10545-12 RESISTENCIA A
LA HELADA EN BALDOSAS CERAMICAS para el diseño, cálculo y construcción del equipo que simula, en forma
cíclica, las condiciones de congelamiento y descongelamiento de las piezas a probar. Finalmente se presentan los
resultados de los ensayos en baldosas esmaltadas de una de las empresas de la región. Se comprobó que por medio de este
ensayo no se puede determinar a simple vista los daños, entonces fue necesario aplicar otros ensayos como el de
resistencia mecánica a la flexión para determinar el grado de deterioro en la baldosa cerámica de acuerdo al número de
ciclos aplicados a la pieza. Como resultado se obtuvo que la resistencia a la flexión es prácticamente constante para los
primeros 100 ciclos, disminuyendo casi linealmente para el rango entre 100 y 200 ciclos.
Palabras Claves: Resistencia a la helada, Resistencia a la flexión, heladicidad.
Abstract
The simulate tests in standards governing which they, in an accelerated, the conditions extreme outdoors, allowing
certify the quality of construction products, and international such tests and normalized. The city of Cucuta has a large
number of companies construction manufacturing products, based on clay in their surroundings, these interested certifying
companies in their products to enter markets international. This work used UNE EN ISO 10545-12 RESISTANT TO
FROST IN CERAMIC TILES for the design, calculation and construction equipment conditions cyclical simulating in
the form of freezing and defrosting of the parts to prove. Finally presents the results of trials in glazed tiles of one of the
companies in the region. but through this trial can not be determined with the naked eye damage, then it is necessary to
apply other tests such as mechanical resistance to bending for determine whether there was a deterioration in the ceramic
according to the number of cycles applied to the piece. The test showed that resistance to bending is almost constant for
the first 100 cycles, declining for almost linear range between 100 and 200 cycles.
Keywords: Resistance to frost, resistance to bending, Icehouse
1. INTRODUCCION
La Heladicidad, se define como la baja resistencia
a la helada de una pieza cerámica que trae como
consecuencia el deterioro de la misma ya sea por
desprendimientos,
exfoliaciones
o
roturas
ocasionadas por la presión que se origina dentro de
0255-6952 ©2006 Universidad Simón Bolívar (Venezuela)
dicha pieza al pasar agua en su interior del estado
líquido al estado sólido, con el consecuente aumento
de volumen [1], de ahí que esta propiedad sea de
gran interés para las empresas que fabrican y
exportan productos cerámicos de calidad. No solo se
debe determinar la resistencia a la helada de
377
Flórez et al.
productos cerámicos que serán usados en ambientes
de bajas temperaturas, sino también a los productos
que se instalarán en zonas costeras, donde el efecto
de la sal en los poros del material es similar al efecto
del hielo [2].
En la determinación de la resistencia a la helada en
productos
cerámicos,
se
aplican
normas
internacionales como UNE-EN ISO 10545-12 de
1997 [3], ASTM C67, del 2003 [4] y ASTM 1167
del 2003 [5], las cual consiste en someter las
muestras a ciclos de hielo y deshielo, para
posteriormente visualizar el deterioro que presentan
como consecuencia de este proceso.
cuando el sistema se encuentre a presión
atmosférica, se retiran las muestras, se secan
ligeramente con un paño y se registra la masa en m2.
Luego usando la ecuación (1), se determina el
porcentaje inicial E1 de absorción de agua [3].
E1 =
m2 − m1
x100
m2
(1)
Este trabajo se centró en la realización de ensayos
de resistencia a la helada a productos cerámicos
terminados, como son las baldosas cerámicas
esmaltadas, para lo cual se utilizó el sistema
experimental según la norma UNE-EN ISO 1054512 de 1997 que permite simular las condiciones de
congelación y deshielo de las baldosas cerámicas.
Para valorar el efecto de la helada sobre las
muestras, la norma establece solo una inspección
visual, en el presente trabajo se estableció que esto
no es suficiente para determinar si un material es
resistente a la helada, sino que es necesario evaluar
propiedades mecánicas como la resistencia a la
flexión de la muestra, lo cual junto con la inspección
visual, permita inferir la calidad del producto según
este parámetro.
1. MATERIALES Y METODOS
Para realizar el ensayo de resistencia a la helada en
baldosas cerámicas esmaltadas, se elijen diez
baldosas enteras y libres de defectos de una línea de
producción, a las cuales se les somete al sistema
experimental descrito en la figura 1, el cual consiste
en tres etapas.
La primera es el proceso de secado de las muestras,
el cual se realizó en estufa de secado marca
Gabrielli® a temperatura de 100 ± 5 ºC durante un
tiempo de 24 horas, luego se retiran de la estufa y se
miden sus masas (m1).
La segunda etapa, es someter las muestras al sistema
de vacío, que consiste en introducir verticalmente
las muestras a temperatura ambiente dentro de la
cámara de vacío, una vez sellada ésta, se someten a
presión de 40 ± 2.6 kPa por debajo de la
atmosférica y se introduce agua hasta que las
muestras queden sumergidas totalmente, lo anterior
se realiza por un tiempo de 15 minutos, luego
378
Figura 1. Etapas del sistema experimental para
determinar la resistencia a la helada en materiales
cerámicos.
La tercera etapa, consiste en introducir las muestras
en el sistema climático, el cual consiste de un tanque
plástico de almacenamiento con capacidad máxima
de 1000 litros y de un tanque de refrigeración
metálico rectangular de doble pared en acero
inoxidable con dimensiones en el interior 75 cm de
base, 75 cm de ancho y 90 cm de alto; en el exterior
87 cm de base, 87 cm de ancho y 94 cm de alto, con
capacidad máxima de 350 litros, conectados a través
de un sistema hidráulico (ver figura 2). Para
introducir las muestras al sistema climático, se
selecciona una de las diez baldosas, a la cual se le
realiza un orificio con diámetro de 3mm ubicado a 4
cm desde el centro de un borde de la baldosa,
proceso que se realiza usando taladro eléctrico a
bajas frecuencias, el cual es utilizado para alojar una
Rev. LatinAm. Metal. Mater. 2009; S1 (1): 377-381
Efecto de la resistencia a la helada en baldosas cerámicas esmaltadas
termocupla tipo K, que se encargara de monitorear
la temperatura durante el ensayo, ésta baldosa, junto
a las otras nueve se depositan verticalmente en el
interior del tanque de refrigeración usando un
separador metálico de acero inoxidable, de forma tal
que la baldosa con la termocupla se ubique en el
centro del soporte, como se muestra en la figura 3.
Luego se procede a sellar el tanque de refrigeración,
para iniciar el proceso de hielo y deshielo, el cual
consiste en someter a las muestras a 100 ciclos de
cambios de temperatura entre -5ºC y +5ºC, proceso
que consiste en bajar la temperatura a -5ºC a una
velocidad de enfriamiento de 20ºC/h, manteniendo
esta temperatura por 15 minutos, seguidamente, se
le suministra a las muestras agua del tanque de
almacenamiento que está a temperatura ambiente,
hasta que la temperatura en el interior del tanque de
enfriamiento llegue a +5ºC, manteniéndose por 15
minutos a esta temperatura. El tiempo total de este
proceso es aproximadamente de 7 días,
seguidamente se sacan las muestras, se secan y se
les mide su masa (m3), luego se someten las
muestras al proceso de secado descrito en la etapa 1,
midiéndose la masa depuse de secado (m4). Usando
la ecuación (2) se halla el porcentaje final E2 de
absorción de agua [3]
E2 =
m3 − m 4
x100
m4
(2)
Figura 3. Foto digital de las muestras en el interior del
tanque de enfriamiento.
El ensayo de resistencia mecánica a la flexión se
realizó según la norma UNE [6], para lo cual se uso
el equipo marca gabrielli®, con una capacidad de
carga máxima de 900 kilogramos, electrónico,
además contiene un visualizador digital que da
lecturas de, la carga máxima que resiste el material
antes de romperse y el valor de resistencia a la
flexión, el ensayo se efectuó a muestras antes y
después de someterse al proceso de hielo y deshielo.
En la figura 4, el equipo en operación realiza el
siguiente procedimiento, se toma cada una de la
baldos se dimensiona para ubicar el punto medio de
la muestra y se coloca en el equipo de flexión,
luego se le dan datos dimensionales al equipo y se
pulsa el botón para iniciar el funcionamiento,
seguidamente comienza a moverse un elemento que
presiona el material hasta el punto de romperlo,
visualizándose en lector digital el dato de resistencia
a la flexión de cada baldosa N/mm2
Figura 2. Diagrama del sistema climático.
Finalmente según la norma, los resultados se
presentan de la siguiente forma: Número de probetas
por muestra, % de absorción inicial de agua E1, %
de absorción final de agua E2, descripción de los
defectos existentes antes del ensayo, descripción del
deterioro producido por el ensayo de hielo y
deshielo, y el número de baldosas deterioradas en
los 100 ciclos[3].
Rev. LatinAm. Metal. Mater. 2009; S1 (1): 377-381
Figura 4. Foto digital del equipo de ensayo de resistencia
mecánica a la flexión.
379
Flórez et al.
Las muestras analizadas en este trabajo, consisten en
baldosas cerámicas esmaltadas cuadradas de 31,4cm
de longitud y 0,73 cm de espesor (ver figura 5),
fabricadas por proceso de prensado, sometidas a una
temperatura de cocción de 1200 ºC, las cuales
fueron suministradas por la empresa Cerámica Italia
S.A. La composición química de las arcillas
utilizadas en la fabricación de estas baldosas se
presenta la tabla 1.
Figura 5. Foto digital de una baldosa cerámica
esmaltada.
Tabla 1. Composición química de las arcillas utilizadas
en la fabricación de las baldosas cerámicas
Composición química
%
SiO2
62.88
Al2O3
16.4
Fe2O3
6.5
CaO
2.05
MgO
0.36
K2O
4.3
Na2O
0.48
Sin determinar
7.03
Total
100%
Fuente: Cerámica Italia S.A.
2. RESULTADOS Y DISCUSIÓN.
En la tabla 2, se presenta los resultados encontrados
para las diez muestras estudiadas, en estos se aprecia
que el porcentaje inicial de absorción de agua E1
varió entre 5,17% y 8,28%, reportándose un
promedio de 5,94 ± 0,96 %, mientras que el
porcentaje de absorción final de agua E2 reporto un
valor promedio de 6,09 ± 0.50 % . Comparando
estos dos valores, se aprecia que la absorción de
agua durante estos dos procesos es prácticamente la
380
misma, lo cual nos permite inferir que las muestras
son muy homogéneas.
Tabla 2. Resultados del ensayo de resistencia a la helada
de las muestras.
Muestra
m1(g)
m2(g)
m3(g)
m4(g) E1(%) E2(%)
1
1463.6 1539.6 1547.0 1463.7
5.19
5.69
2
1463.4 1539.1 1545.9 1462.4
5.17
5.63
3
1462.7 1541.1 1547.4 1462.7
5.35
5.79
4
1451.8 1529.9 1536.2 1452.0
5.37
6.0
5
1452.4 1543.8 1551.0 1452.5
6.29
6.78
6
1462.3 1583.4 1545.3 1462.4
8.28
5.66
7
1436.5 1531.4 1541.1 1436.7
6.60
6.77
8
1451.3 1527.3 1532.7 1451.6
5.23
5.58
9
1442.4 1530.8 1538.9 1442.6
6.12
6.67
10
1449.6 1534.3 1542.0 1449.5
5.84
6.38
Lo anterior comprueba lo observado en la
inspección visual de las muestras, ya que no se
aprecio ningún defecto después de ser sometidas a
los 100 ciclos de hielo y deshielo, tal como lo
contempla la norma. Estos resultados no concuerdan
con las afirmaciones hechas en la literatura, en las
cuales para porcentajes de absorción de agua
mayores al 5% deberían aparecer daños en las
muestras [7, 8]. Debido a que para este número de
ciclos no se observó defecto alguno en las muestras,
se procedió a analizar el comportamiento de la
resistencia mecánica a la flexión de las baldosas en
función del número de ciclos en un rango de 20 a
200 ciclos.
En la figura 6, se presenta el comportamiento de la
resistencia mecánica a la flexión de las baldosas
cerámicas esmaltadas en función del número de
ciclos a las cuales fueron sometidas en el ensayo de
hielo y deshielo. En ésta se aprecia que
aproximadamente hasta los 100 ciclos, la resistencia
a la flexión es prácticamente constante e igual a 27
N/mm2, disminuyendo casi linealmente a razón de
0,11 (N/mm2)/ciclo, para el rango entre 100 y 200
ciclos.
Rev. LatinAm. Metal. Mater. 2009; S1 (1): 377-381
Efecto de la resistencia a la helada en baldosas cerámicas esmaltadas
4. AGRADECIMIENTOS
Los autores desean agradecer al CIMAC Centro de
Instigación en Materiales Cerámicos
U.F.P.S.
Cúcuta
Colombia,
Universidad
Nacional
Experimental del Táchira (UNET) San Cristóbal
Venezuela, la Universidad Francisco de Paula
Santander (UFPS) por el apoyo económico a través
del fondo de investigaciones FINU, la empresa
Cerámica Italia S.A, alEstudiante de Pregrado de la
U.F.P.S.,Néstor Jair Cifuentes.
28
2
Resistencia a la Flexión (N/mm )
30
26
24
22
20
18
16
14
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
Número de ciclos
Figura 6. Resistencia a la flexión en función del número
de ciclos.
5. REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
[1] Pérez A, “Primer curso Internacional en
Procesos
de
Producción
Cerámica”.
Noviembre 21 al 24 del 2005. Universidad
Francisco
de
Paula
Santander,Cúcuta,(Colombia)
<http://www.aitemin.es/toledo>
3. CONCLUSIONES
Para las baldosas cerámicas esmaltadas estudiadas,
se encontró que hasta 100 ciclos en la prueba de
hielo y deshielo el porcentaje de absorción inicial y
final de agua no varió significativamente,
reportándose un valor de E1 = 5,94 ± 0,96 % y E2 =
6,09 ± 0.50 % respectivamente, para los cuales no se
apreció ningún defecto en las muestras. Lo anterior
permite inferir que según la norma [3], las muestras
son homogéneas y cumplen con los estándares de
calidad para que puedan ser utilizadas en estos
ambientes, lo cual se corroboró al realizar la prueba
mecánica de resistencia a la flexión a las muestras,
donde se reportó que hasta este número de ciclos en
la prueba de hielo y deshielo dicha resistencia fue
prácticamente constante e igual a 27N/mm2,
parámetro que disminuye casi linealmente a razón
de 0,11 (N/mm2)/ciclo, para un rango entre 100 y
200 ciclos.
En conclusión la aplicación de la resistencia a la
helada, no es uno de los parámetros que indique por
si solo que el material pueda cumplir con la norma
UNE-EN ISO 10545-12, sino que se hace necesario
realizar otro tipo de ensayos a las muestras como la
resistencia mecánica a la flexión para poder inferir
su calidad y uso en ambientes de hielo y deshielo.
Se espera entonces, que los resultados obtenidos en
este trabajo sean utilizados por las empresas
fabricantes de materiales cerámicos para mejorar los
procesos y poder llegar con estos productos a
mercados internacionales.
Rev. LatinAm. Metal. Mater. 2009; S1 (1): 377-381
[2] Richard P, “Revestimientos Exteriores con
Adherencia Directa de Azulejos Cerámicos,
Piedra y Ladrillos Caravista”. Tipolitografia
FG: U.S.A,. (1988)
[3]UNE-EN ISO 10545-12. Determinar la
resistencia a la helada,(España): International
Organization for Standardization .1997
[4] ASTM C 67-03a. Standard Test Methods for
Sampling and Testing Brick and Structural
Clay Tile, (EE.UU.): American Society for
Testing and Materials, 2003
[5] ASTM C 1167-03. Standard Specification for
Clay roof Tiles, (EE.UU.): American Society
for Testing and Materials, 2003.
[6] UNE-EN ISO 10545-4. Determinación de la
Resistencia a la flexiona, (España):
International
Organization
for
Standardization1997.
[7]. Gonzalo S, Cudilleiro M, “Guía de la baldosa
cerámica”. Asociación Española de fabricantes
de Azulejos, Pavimentos y baldosas cerámicas
(ASCER),(2005)p.106.
<http://www.ascer.es/es.>
[8] Muñoz A, “El Revestimiento Cerámica y La
Incidencia De La Puesta En Obra En Su
Rendimiento Futuro”. III convención técnica
(contart 2003), Sevilla, España.
381