Institut de Promoció Ceràmica
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La Deformabilidad

En el bloque documental dedicado a las baldosas ya informamos sobre dos características relacionadas con la estabilidad: el coeficiente de dilatación térmica lineal, variable en función del tipo de material [desde (5-8)x10-6K-1 para las baldosas cerámicas y algunos materiales pétreos hasta más de 25x10-6K-1 para aglomerados con poliéster] y el coeficiente de expansión por humedad, también variable en baldosas cerámicas y a tener en cuenta en algunos materiales pétreos. Tenemos así un adherendo que puede presentar variaciones dimensionales en función del tiempo y las condiciones ambientales.

En el bloque documental dedicado a los soportes, el parámetro de la estabilidad es determinante en la caracterización de los elementos constructivos sobre los que se asienta el recubrimiento rígido modular (soporte base) y también las capas intermedias. En estos elementos, el factor tiempo ligado a la madurez de los conglomerados de cemento y la compresibilidad de los materiales son esenciales, concurriendo otros que se sobreponen. Estamos en presencia también de variaciones dimensionales en función del tiempo, las condiciones ambientales, la ubicación y los esfuerzos a los que se someten.

Dos adherendos  más o menos inestables que exigen una unión adhesiva que pueda absorber, sin pérdida de cohesión y resistencia, los esfuerzos que le provocan [de cizalladura, flexión y compresión fundamentalmente].

En consecuencia, el sistema recubrimiento rígido modular adherido debe prever, además de la adherencia, la capacidad deformable o deformabilidad de la unión adhesiva, representada por el material de agarre, pero también exigible en el material de rejuntado que rellena la separación entre baldosas.

Los esfuerzos a los que se somete la unión adhesiva generan deformaciones que se rigen por la Ley de Elasticidad de Robert Hooke (1635-1703) y los desarrollos posteriores de Thomas Young (1733-1829). Todos los estudios de deformabilidad se basan en esa Ley. Para los adhesivos, la investigación se ha centrado en el estudio del comportamiento plástico antes de la rotura de la unión adhesiva; es decir, ha interesado más conocer cuanto esfuerzo soportan sin pérdida de cohesión que los cambios dimensionales que experimentan.

La necesidad de deformabilidad para los materiales de agarre ha crecido con el incremento de la inestabilidad de los elementos constructivos sobre los que se asientan y, para el caso de las baldosas cerámicas, el aumento de tamaño y la rigidez del cuerpo cerámico (mayor en los productos de elevada sinterización, como el gres porcelánico).

Descartada la torsión y bien acotados los esfuerzos a tracción y compresión, se asocia la capacidad deformable de un recubrimiento rígido modular a la superación, en una cuantía determinada, de los esfuerzos a flexión y cizalladura, bien presentes en estos sistemas, tal como se representa en los esquemas.

Esquema de la acción combinada de las variaciones dimensionales higrotérmicas y la retracción hidráulica de los conglomerados de cemento
Esquema de las tensiones generadas por las flechas en los forjados
Tensiones en el recubrimiento por flechas en los forjados


Pero ¿qué orden de magnitud estamos considerando en las deformaciones de la unión adhesivaω La tabla siguiente nos aproxima a valores que pueden representar tensiones de cizalladura insoportables para un adhesivo rígido.

CARACTERÍSTICAS QUE CONDICIONAN
LA ESTABILIDAD DIMENSIONAL DE LOS ADHERENDOS
Coeficiente de dilatación térmica lineal
Baldosas cerámicas: (5-8) x 10-6K-1
Conglomerado de cemento: 12 x 10-6K-1
Aglomerados con resinas: 30 x 10-6K-1
mm/m ºK
 0,005-0,008 
 0,012 
 0,03 
mm/m ΔT=40 ºC
 0,2-0,32 
 0,48 
  1,2 
Expansión por humedad
Baldosas cerámicas: (0,2-0,6)mm/m, con valores superiores a 0,6 mm/m en materiales muy porosos
Algunas piedras naturales: >0,6 mm/m
Retracción hidráulica de los conglomerados de cemento [1]
Morteros de recrecido con relación agua/cemento ≤ 0,55:0,4 mm/m
Morteros con dosificación excesiva de cemento y/o agua: Hasta 1,2 mm/m
[1] Completada en su mayor parte en las cuatro primeras semanas, en condiciones normales de temperatura y humedad relativa [(23±2)ºC, (60±5)% HR]

A la vista de los datos de la tabla anterior y sus posibles combinaciones, es habitual que la unión adhesiva en ciertos recubrimientos rígidos modulares está sometida a esfuerzos de cizalladura consecuencia de la inestabilidad dimensional de los adherendos, que en la mejor de las situaciones no sobrepasa 1 mm/m pero, en condiciones adversas, puede alcanzar varios milímetros por metro lineal.

Si nos limitamos al comportamiento elástico según la ley de Hooke podríamos prever la deformabilidad de la unión adhesiva a través de la siguiente expresión:


Esquema de la deformación por esfuerzo de cizalladura
Expresión de la deformación por cizalladura
d = deformación
e = grosor de la capa sometida a cizalladura
σ = coeficiente de Poisson del material
E = módulo de Young del material
F = fuerza de cizalladura aplicada
S = superficie implicada en la cizalladura
DEFORMACIÓN POR CIZALLADURA

Sin embargo, la industria proveedora de adhesivos no facilita datos sobre el coeficiente de Poisson ni el módulo de Young de los materiales, ni tampoco se aceptan los ensayos de resistencia a la cizalladura como método de evaluación de la deformabilidad de los adhesivos cementosos, tales como:
  • Una variante de la EN 1324 (2007) [Determinación de la resistencia a la cizalladura de los adhesivos de resinas en dispersión]
  • Los métodos de ensayo descritos en la norma alemana DIN 18156/3 ó en la DIN 53265

Aparato de evaluación de la deformación por cizalladura (norma alemana DIN 18156/3)
FUENTE: Wacker Polymer Systems
Estos ensayos, sobre probetas que hubieran alcanzado la plena hidratación de la unión adhesiva (en adhesivos cementosos) nos aproximarían con precisión a la capacidad deformable de estos materiales.

En cualquier caso, la norma EN 12004 opta por el ensayo de la deformación transversal, según un método que ha sido ampliamente contestado por sus dificultades de reproducibilidad de los resultados, tanto a causa de las condiciones de maduración de las probetas como de su obtención [una lámina de 3 mm de grosor y 300 x 45 mm]. En la actualidad, la norma que describe este ensayo [EN 12002 (2002)] está en fase de revisión.

Volviendo a la Ley de Hooke, la medida de la deformación por esfuerzo a flexión sigue la siguiente ecuación:


Esquema de la deformación por esfuerzo a flexión
Fórmula deformación por esfuerzo
d = deformación
E = módulo de Young del material
l = distancia entre apoyos
b = anchura de la lámina
e = grosor de la lámina
F = fuerza aplicada
DEFORMACIÓN POR ESFUERZO A FLEXIÓN


Aparato de evaluación de la deformación transversal (EN 12002)
FUENTE: Wacker Polymer Systems
Tampoco aquí se conoce el módulo de Young de los adhesivos, pero experimentalmente se mide la deformación d producida al aplicar una fuerza F constante, mediante un cabezal que avanza a velocidad constante.

Éste es el principio aplicado a los adhesivos cementosos para medir la deformabilidad antes de la rotura. La nueva versión de la norma europea EN 12004 (2007) asume como característica opcional y especial la deformación transversal en los adhesivos cementosos y establece dos categorías según el resultado del ensayo descrito en EN 12002:
  • Adhesivos cementosos deformables, para los que alcanzan una deformación transversal igual o superior a 2,5 mm e inferior a 5 mm, asignándoles el código S1.
  • Adhesivos cementosos de alta deformabilidad, para los que la deformación transversal resultado del ensayo es igual o superior a los 5 mm, referenciándolos con el código S2.
La redacción de la norma EN 12002 (2002) preveía su aplicación también sobre los materiales de rejuntado cementosos. De hecho, la norma europea dedicada a los materiales de rejuntado EN 13888 (Septiembre 2002) cita la deformación transversal como una "característica final" [Epígrafe 3.5.7, pág 8]. Sin embargo, no se vuelve a citar en los apartados de especificaciones y ensayos iniciales.

Parece ser que la nueva versión de la 12002, disponible a partir de Octubre de 2008, elude su aplicación sobre los materiales de rejuntado.

En base a lo descrito hasta aquí podemos ofrecer un cuadro de conclusiones. Para mayor información remitimos al Lector a los documentos que se citan y también a bibliografía especializada.

Con la puesta en servicio del nuevo sitio en Internet del Instituto de Promoción Cerámica se ha activado temporalmente un foro dedicado a la adherencia y deformabilidad, moderado por el Prof. Dr. Josef Felixberger, habida cuenta de la transcendencia de estas características para la colocación de los recubrimientos rígidos modulares por adherencia. [Acceso directo al foro de debate "Adherencia y Deformabilidad"]

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