12TH INTERNATIONAL

BRICK/BLOCK Masonry c O N F E R E N C E

"ANAlISIS DE LA CAlIDAD

Vil

DE LOS BLOQUES DE ESCAVOLA SOMETIDOS A VARIACIONES EXTREMAS DE CAMBIOS

DE HUMEDAD - EFECTO MARIN"

L. Villanueva\ I. Oteiza2, J. Bajo3, 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 in­

dustrializados 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 cam­

bios 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.

789 7

1892

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-

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 ed ificio 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

1894

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 102-031-82. 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.

Cuadro

CUADRO 1 : Planlng

Situación de I~ probel:l Amacadas

Probetas _ e<rt>ebid3s en

aguil ciJrante una hora

(,./' .;;.

Agu.r---+---~------_t--------t_----~~------~------~ (- J. ::1" ,hor.I) :11'

18110 Q C. Hum.eIa r-----;=,,--+--------+~------t_----~ .. I:' ~ lA11C

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~ laboratono ~.~ .. ~ .. ~~"'"Bf3;i;. · ,,'O~··+===4====F=="""'"

1 o 7 días 14 días 21 dias

nEMPO

2B dl.s

I Rolllr. de probet~5 sin embeber

.. .

15 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

7896

• 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 med ición 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, capi-lia 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.

Foto 3. Ensayo de flexo tracción .

Foto 4. Ensayo de compresión.

1897

1898

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 70-80.

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).

Gráfico 7. Dureza superficial. Probetas en Cámara húmeda.

u 100,0

80,0 w o::: O ~ fi)

60,0

CÁMARA HÚMEDA

<C N W o::: :::)

40,0 -~------'7'Ti------I

20,0 C 0,0

o 7 14 21 28 35 42

EDAD DE LAS PROBETAS (días)

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 47,4

14 45,2 52,6 4,6

21 53,8 53,6 61 ,0

28 68,3 44,0 78,0

35 76,0 63,0 73,6

10

47,2

53,4

45,8

59,8

46,2

56,2

-+-1A ___ 18

1C

~1D

---1E

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 40-60 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.

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1900

Gráfico 2. Dureza superficial. probetas en el exterior.

u 100,0 w

80,0 r:t: O :::z::: 60,0 ti)

<C 40,0 -N W

20,0 -r:t: ::J C 0,0

EN EL EXTERIOR

° 7 14 21 28 35 42

EDAD DE LAS PROBETAS (días)

Table 2. Dureza Superficial Shore - Ambiente Exterior.

Oías CAMARA HUMEDA

2A 28 2C

° 45,2 48,0 47,2

7 60,6 58,2 53,0

14 67,8 69,4 70,0

21 72,0 73,6 74,4

28 67,4 50,2 79,2

35 79,2 78,2 74,6

20

-+-2A _ 28

2C

--*- 20 -+-2E

45,2

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) .

Gráfico 3. Dureza superficial. Probetas en ambiente de Laboratorio.

EN EL LABORATORIO

() 100,0 w -+-3A (k: 80,0 O --- 38 :I: 60,0 Cf) 3C c::s: 40,0 N (1 ) ~3D w 20,0 (k: --.-3E :::> C 0,0

O 7 14 21 28 35 42

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

14 60,6 68,2 74,4 66,0 72,8

21 73,2 73,6 75,2 77,0 76,2

28 72,0 49,4 78,8 41 ,4 80,0

35 78,4 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.

190 1

Gráfico 4. Resistencia a Flexotracción.

FLEXIÓN

« ~

80,00 ::::> I-O 60 ,00 ~

w 40 ,00 O z 20,00 ,O Cf)

0,00 Z

I r: r r,f-

- f-

t ~ I~ t~ - - f- -

i ~I

H-- ~.~ h t r./ - - - lá - ~ f-

t. ,- , - -, W I-

PROBETAS

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 68,6 1394 87,13 189 47,25 2240,90 C. Húmeda

lA 67,4 1398 87,38 160 40,00 2113,40 Exterior

3A 72,0 1298 81 ,13 132 33,00 2142,40 laboratorio

lC 78,0 1656 103,50 251 62,75 1750,00 C. Húmeda

2C 79,2 1616 101,00 263 65,75 1979,30 Exterior

3C 78,8 1733 108,31 259 64,75 2057,60 laboratorio

lE 75,6 1952 122,00 242 60,50 1763,10 C. Húmeda

2E 74,4 2117 132,31 286 71 ,50 2075,90 Exterior

3E 76,0 1886 117,88 291 72,75 2039,70 laboratorio

18 73,6 1503 93,94 1946,40 C. Húmeda

28 73,6 1130 70,63 163 40,75 2132,60 Exterior

38 74,4 1837 11 4,81 199 49, 75 2123,00 laboratorio

10 73,2 1653 103,31 233 58,25 1717,90 C. Húmeda

Gráfico 5. Resistencia a Compresión.

COM PRESIÓN

N 140,00 E ~ 120,00 I-C> --r----~ « 100,00 ~ -o:: ::::> 80,00 --I-o o:: 60,00 w o z 40,00 'Q

20,00 Cf) - - I-Z w

0,00 I-« « « u u u w w w co co co o o o

N '" N '" ~ N '" N '" N '" PROBETAS

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• 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 embeber­Ias, 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 97-1031 . 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 1964.

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. 1999.

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 . 1999.

Villanueva, L.; Schnell, J. EFECTO MARíN - ABSORCIÓN DE YESOS Y ESCAYOLAS ( sin publicar). Ensayos de laboratorio. ETSA. UPM. Madrid. 1995.

1903