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Abrasión en Baldosas Cerámicas Esmaltadas: Consideraciones sobre la vida útil y Evaluación de su Desempeño

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Abrasión en Baldosas Cerámicas Esmaltadas: Consideraciones sobre la vida útil y Evaluación de su Desempeño
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    Número 29, 2007   Engenharia Civil •   UM   71   Abrasión en Baldosas Cerámicas Esmaltadas: Consideraciones sobre la vida útil y Evaluación de su Desempeño A.L.R. Abitante 1,†   Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Núcleo Orientado para a Inovação da  Edificação (NORIE), Av. Osvaldo Aranha, 99 - 3 °    andar - CEP 90035-190, Porto Alegre, RS,  Brasil C.P. Bergmann  1   Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Laboratório de Materiais Cerâmicos (LACER),  Av. Osvaldo Aranha, 99 - 6  °    andar, CEP 90035-190, Porto Alegre, RS, Brasil J.L.D. Ribeiro  1   Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Laboratório de Otimização de Produtos e Processos (LOPP), Praça Argentina, 9 - 2 °    andar, CEP 90035-190, Porto Alegre, RS, Brasil RESUMEN Este trabajo busca presentar la situación de las baldosas cerámicas esmaltadas para revestimientos de pisos e paredes con relación a las denominadas Normas de Desempeño, que establecen niveles de comportamiento en uso, para las edificaciones y sus partes. Se cuestiona la vida útil mínima de 10 años, prescripta por la normalización brasileña, considerada como suficiente desde el punto de vista del usuario. Son presentados, también, diversos aspectos que intervienen en las expectativas de los clientes, en relación a la durabilidad de los materiales y componentes. A continuación, son consideradas las dificultades para disponer de informaciones relacionadas con la durabilidad de las baldosas cerámicas y, en especial, cuando ellas están sometidas a la acción  provocada por el tránsito de personas. Finalmente, son mostradas algunas críticas relacionadas con el método PEI, que cuestionan la capacidad de este ensayo para obtener conclusiones sobre la durabilidad de las baldosas cerámicas esmaltadas y proveer resultados satisfactorios, en relación al desgaste causado por esfuerzos de abrasión, aplicados sobre el material estudiado. 1  Professor Doutor †  aabitante@cpgec.ufrgs.br      Número 29, 2007   Engenharia Civil •   UM   72   1. DESEMPEÑO DE LOS MATERIALES Los materiales tienden a sufrir algún tipo de alteración en la medida que son expuestos a la acción del medio en el cual se encuentran. Estas acciones del ambiente pueden ser de srcen mecánica, física, química o biológica y causan los procesos de deterioración o envejecimiento. El modo como estos procesos se desarrollan durante la vida de los materiales son percibidos por los usuarios e interpretados cualitativamente en la forma de desempeño. El desempeño es definido como el comportamiento en uso, y, para el caso de los materiales, componentes y la edificación como un todo, es representado através de las  Exigencias del usuario . Entre las condiciones cualitativas que deben ser cumplidas por la edificación, llamadas requisitos de desempeño,  puede destacarse la durabilidad. De acuerdo con la ASTM E 632 (1998), la durabilidad consiste en la capacidad, de un material o componente, de mantener las funciones para las cuales fué projectado, durante un determinado período de tiempo. Vida útil, por su lado, corresponde a la cuantificación de la durabilidad. De esta forma, la durabilidad se expresa, entre otras maneras, a partir de los términos grande/pequeña, alta/baja, mayor que/menor que. Para la vida útil, se adoptan términos que describen cuantitativamente el tiempo, normalmente, en años. El Foro Nacional de Normalización del Brasil, representado por la Asociación Brasileña de Normas Técnicas (ABNT), através del Comité Brasileño de la Construcción Civil (CB-2), lanzó en 2002, un conjunto de normas de desempeño (Asociación Brasileña de  Normas Técnicas, 2002). Este conjunto tiene como objetivo definir los requisitos y criterios de desempeño aplicables a los edificios habitacionales, que poseen hasta cinco pisos, independientemente de la tecnología con la cual las edificaciones son construidas. El conjunto normativo está compuesto por las siguientes partes: Parte 1 – Requisitos generales; Parte 2 – Estructura; Parte 3 – Pisos internos; Parte 4 – Fachadas y paredes internas; Parte 5 – Techados; Parte 6 – Sistemas hidrosanitarios. Entre los requisitos generales, está inclusa una tabla relacionada con la vida útil que los elementos, componentes e instalaciones deben atender, considerando tres niveles de desempeño diferenciados. Estos niveles son definidos como mínimo  (M), intermediario  (I) y superior   (S). El nivel mínimo debe ser atendido obligatoriamente. Para el desempeño excedente a las necesidades mínimas, pueden ser escogidos los niveles  I   y S   considerándose las diferentes posibilidades de agregar calidad a los productos, lo que implica en diferentes relaciones costo/beneficio. Para el caso de los revestimientos de paredes, pisos y techos, con baldosas cerámicas, la norma referida (Asociación Brasileña de Normas Técnicas, 2002) prescribe, para el nivel de desempeño mínimo, una vida útil de 10 años. Para el nivel de desempeño intermediario , es  prescripta una vida útil mayor o igual que 15 años, y, para el nivel s uperior  , es fijada una vida útil mayor o igual que 20 años. La implantación de este conjunto de normas traduce de manera objetiva las exigencias de los usuarios con relación a la durabilidad de los materiales. La disponibilidad de normas de desempeño representa la consolidación de una nueva abordaje de la construcción civil, que venia infiltrándose en investigaciones y proyectos, ha casi 25 años, a partir del desarrollo de los primeros ensayos de envejecimiento acelerado, aplicados para materiales y componentes. A pesar de eso, indicaciones relacionadas a la vida útil no son explicadas en la mayoría de los códigos y normas de los diferentes países. Puede verificarse, inclusive, que la    Número 29, 2007   Engenharia Civil •   UM   73   definición y la estimación de la vida útil permanecen como un fuerte tema de debate también en otros campos, como por ejemplo en el área de las estructuras de hormigón armado. En este campo debe destacarse que las investigaciones relacionadas con la durabilidad, están mucho más avanzadas en comparación con el área de baldosas cerámicas. Basicamente, es posible identificar dos aspectos distintos: el primero, relacionado con la definición del tiempo en que los materiales deben mantener un comportamiento satisfactorio y, el segundo, relacionado con los métodos capaces de proveer respuestas seguras para viabilizar que sea atendido el tiempo  previsto. Para los concretos estructurales, el Comité Europeo de Normalización (CEN) indica que la vida útil de proyecto varía de acuerdo al tipo de estructura. Cuando, las estructuras, son de carácter temporario, prevée vida útil de 1 a 5 años; para edificios nuevos, prevée 50 años; y  para el caso de obras de arte nuevas, 100 años (European Normalization, 1992). La norma inglesa indica, entre otros períodos intermediarios, aplicables a tipos específicos de estructuras, tiempos de vida útil de 120 años para obras de arte, 60 años para edificios nuevos y 10 años para construcciones rurales (British Standard Institution, 1992). Dentro de este contexto, puede cuestionarse si el período mínimo de 10 años, atribuido  por la norma brasileña para los revestimientos cerámicos, es suficiente desde el punto de vista de la expectativa del usuario. Ciertamente, la definición de un período de tiempo, que indique la vida útil de un material, no es una cuestión simple. Las expectativas de los clientes normalmente reflejan valores y tendencias culturales. Regiones menos consumidoras tienden a esperar productos más durables. Al mismo tiempo, la vida útil esperada varía en función del tipo de construcción, donde la aceptación del deterioro es mayor para el caso de construcciones industriales y rurales (Ford, S., 1996). Probablemente, esta mayor o menor tolerancia refleja el concepto de la edificación, y la imagen asociada al prestigio de la obra. El nivel de exigencia también es naturalmente diferenciado cuando se trata de materiales y componentes con o sin función estructural. Esta distinción está basada, fundamentalmente, en la posibilidad de que los mismos sean retirados, sin afectar la integridad estructural de la construcción. Cabe observar que algunos componentes no estructurales, como paneles de cerramiento, ventanas y balaustres asumen importancia considerable, dados los aspectos de seguridad implícitos en sus funciones (Carruthers, S., 1980). Además, la vida útil debe ser coherente con el carácter mas o menos transitorio del ambiente construido. Por ejemplo, establecimientos comerciales que tengan como  procedimiento renovar y actualizar periódicamente la decoración interna y/o externa podrán aceptar materiales de menor durabilidad, cuando comparados con ambientes cuya actividad consista en ofrecer servicios. Específicamente, en relación a los revestimientos cerámicos, debe considerarse que existe, por parte de los usuarios, una expectativa de mayor vida útil pues, debido a la manera como éstos son fijados, cuando es necesaria su substitución, son causados trastornos importantes, como por ejemplo suciedad y paralización de actividades. La implantación de normas de desempeño podrá sorprender muchos fabricantes que, en general, no disponen de datos seguros para desarrollar sus productos y divulgar informaciones relacionadas con la durabilidad . Algunos fabricantes han ofrecido a los consumidores garantías de sus productos por períodos de 20 años, 25 años o más, pero esta decisión, normalmente, está fundamentada en políticas comerciales, sin respaldo técnico seguro cuanto a la vida útil de los productos y sus condiciones de uso. En este sentido, Enrique et al.  (1995) registran la ausencia de conocimiento cuanto a la durabilidad de las  baldosas cerámicas, cuando expuestas a las reales condiciones de utilización. A partir de la década de 90 se percibe que algunos trabajos (Enrique, J.E. et al., 1995; Barbera, J. et al., 1996; Felíu, C. et al., 1990; Navarro, J. E., 1997) comienzan a mostrar una    Número 29, 2007   Engenharia Civil •   UM   74   importante preocupación con la necesidad de adecuar las baldosas cerámicas a sus reales condiciones de uso, como forma de garantizar un comportamiento satisfactorio a lo largo del tiempo. De acuerdo con Addleson y Rice (1994), razones económicas exijem que los materiales sean clasificados con respecto a su durabilidad, lo que genera la necesidad de definir su vida útil. Sin embargo, los fracasos son muchos y, de cierta forma recientes, pues en su mayoría son consecuencia de la ampliación de los ambientes en los cuales se puede utilizar las baldosas cerámicas. De acuerdo con Navarro (1997), esto pone en evidencia la clara disociación entre el uso y las especificaciones. Este autor alerta para la complejidad de la situación ya que la durabilidad de las baldosas cerámicas depende de su correcta especificación y ella resulta difícil por la ausencia de datos e informaciones adecuadas. 2. LA ESTIMACIÓN DE LA VIDA ÚTIL La durabilidad, y por consecuencia, la vida útil, no corresponden a las propiedades intrínsecas de los materiales, mas dependen del ambiente en que se encuentran. Los aspectos  particulares de cada ambiente establecen diferentes niveles de agresividad, los cuales, asociados a la resistencia del material y a las diversas acciones, determinarán la durabilidad del mismo. La estimación de la vida útil, por lo tanto, se constituye en un estudio complejo, que debe incluir los diferentes factores de deterioración, presentes en las situaciones reales de utilización. Un factor de deterioración consiste en un agente externo que afecta desfavorablemente el desempeño de los materiales y componentes, incluyendo el efecto de la intemperie, los factores biológicos, las cargas, las incompatibilidades y los factores de uso (American Society for Testing and Materials, 1998). Cabe recordar que el efecto sinérgico de estos factores puede tener mayor importancia que la sumatoria de los efectos individuales. La especificación inadecuada de las baldosas cerámicas puede conducir a un comportamiento deficiente del revestimiento. En el caso de la apariencia superficial, ella  puede ser alterada por una respuesta insuficiente de diversas propiedades como, por ejemplo: la resistencia química, la resistencia al manchado, la resistencia al rayado y/o la resistencia a la abrasión. En el caso de la estimativa de la vida útil, de pisos sometidos a la acción abrasiva, generada por el tránsito peatonal, la principal dificultad relacionada con su estudio consiste en la propia definición del fenómeno. La acción abrasiva va a estar siempre condicionada por la combinación de los tres aspectos independientes, mencionados a continuación, los cuales configuran el sistema tribológico. -   las características y propiedades del material sometido al desgaste; -   las características y propiedades del material en contacto con el material que sufre el desgaste; -   la naturaleza y la severidad de la interacción entre ambos. En el sistema a tres cuerpos deben ser resaltados los aspectos relativos al cuerpo en movimiento sobre el piso y los aspectos relacionados con el material intermediario. El  primero envuelve el tipo de material que realiza el contacto (suela de los calzados), la carga (peso de la persona), la dinámica del movimiento (velocidad, forma de andar, ángulo de arrastre) y el tráfico (número de personas). El segundo envuelve los diferentes tipos de materiales y sus respectivas concentraciones como, por ejemplo, arena, materiales arcillosos, agua. 3. COMO SE MANIFIESTA LA ABRASIÓN    Número 29, 2007   Engenharia Civil •   UM   75   Para Simioli (1992), la abrasión se manifiesta de dos formas distintas: como modificación del aspecto superficial y como remoción de material. Naturalmente, la modificación del aspecto es consecuencia de una alteración de la superficie, atribuida a la  pérdida de materia. A pesar de ser manifestaciones dependientes, es difícil establecer una relación entre ambas y, justamente por ello, es posible verificar, en la bibliografía, diferentes formas de evaluar los efectos de la abrasión. Algunos trabajos cuantifican los efectos de la abrasión relacionándola con la pérdida de material, lo que deja en evidencia la preocupación desde el punto de vista tradicional de la Ingeniería. Otros buscan analizar el material a partir de la visualización o no del desgaste, o sea, que existiría una preocupación con la estética del revestimiento, lo que destacaría la percepción de la falla, por parte del usuario. Al considerar el fenómeno de la abrasión, presente en varias áreas del conocimiento, se percibe que sus efectos incluyen, muchas veces, aspectos de seguridad y grandes inversiones como, por ejemplo, al tratar de aeronaves, componentes de motores, hormigones  para diques, represas y molinos. Desde ese punto de vista, se puede decir que el enfoque de la  pérdida de material es lo más adecuado. Efectivamente, por constituirse en una forma de deterioración, el desgaste disminuye la resistencia del material a los esfuerzos actuantes y, por lo tanto, lo aproxima de una posibilidad de falla. Los criterios de evaluación, establecidos con base en parámetros visuales, no obstante  pueden ser considerados adecuados para los materiales cuyas características estéticas sean importantes. Realmente, se podría considerar la evaluación en relación de la pérdida de masa en el caso que fuese demostrada su relación con los aspectos visuales. Los enfoques presentados con relación a los efectos de la abrasión envuelven el estudio de propiedades diferentes y conducen a maneras distintas de trabajar. En los trabajos que enfocan la pérdida de masa se constata un fuerte énfasis para el proyecto y desarrollo de materiales más resistentes. Los estudios de materias-primas y las investigaciones del proceso de sinterización resultan en modificaciones de la microestructura del material y, consecuentemente, de sus propiedades. Por otro lado, en los trabajos en que la abrasión es interpretada através de la variación del aspecto, hay una fuerte preocupación con la evaluación del fenómeno y con la compreensión de como el desgaste se manifiesta, sin  buscar, necesariamente, materiales de mejor desempeño. Ciertamente ambos abordajes  pueden ser considerados como complementares. Desde el punto de vista de la alteración de la apariencia, las propiedades más citadas en la bibliografía son relacionadas al comportamiento óptico, a la resistencia a la abrasión y a la porosidad. Desde el punto de vista de la pérdida de material, las propiedades más citadas son la tenacidad, la dureza y la resistencia mecánica. Puede percibirse que los investigadores  priorizan estas tres últimas propiedades al estudiar el desgaste desde el punto de vista de la  pérdida del material, independientemente de la consideración de otras. Los resultados obtenidos, sin embargo, conducen a opiniones variadas sobre la participación de las mismas en la interpretación del fenómeno. La tabla 1 busca estructurar las características y  propiedades que intervienen en el desarrollo y en la percepción del fenómeno. Tabla 1: características y propiedades, relacionadas al proceso abrasivo, de baldosas cerámicas esmaltadas, sometidas al tránsito  peatonal Aspectos relacionados al Características y propiedades intervinientes en el desarrollo del fenómeno en la percepción del fenómeno Color (Felíu, C. et al, 1990) Brillo (Felíu, C. et al, 1990)
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