anÁlisis de la durabilidad de las prestaciones ... pon esp.pdf · este dispositivo se utiliza para...
TRANSCRIPT
CASTELLÓN (ESPAÑA)
www.qualicer.org 1
ANÁLISIS DE LA DURABILIDAD DE LAS PRESTACIONES ANTIDESLIZANTES DE
PAVIMENTOS
A. Muñoz (1), G. Silva (1), R. Domínguez (1), J. Gilabert (1), M. López (2), M.C. Segura (3)
(1) Instituto de Tecnología Cerámica (ITC). Asociación de Investigación de las Industrias Cerámicas (AICE). Universitat Jaume I. Castellón. España
(2) Exagres, S.A. Betxí. España(3) Vernís, S.A. Onda. España
RESUMEN
En la actualidad, la evaluación de las prestaciones antideslizantes de los pavimentos cerámicos se efectúa sobre muestras del producto en origen y por lo tanto solamente permite obtener información de cuál será su comportamiento recién instalado.
Diversos estudios confirman que se producen cambios rápidos en la resistencia al deslizamiento debido al desgaste provocado por el tránsito de personas sobre la superficie del pavimento. En trabajos previos, se ha propuesto una metodología para desgastar en el laboratorio superficies de suficiente tamaño para poder evaluar sus prestaciones antideslizantes, aunque dicho procedimiento no ha sido validado ni correlacionado con el desgaste ocurrido en condiciones reales, y por lo tanto, no permite predecir la durabilidad de los pavimentos.
CASTELLÓN (ESPAÑA)
www.qualicer.org 2
En el trabajo que se expone a continuación, se ha desarrollado una metodología que simula el desgaste ocurrido en condiciones reales debido al tránsito de personas sobre el pavimento y que permite generar superficies de suficiente tamaño para poder evaluar sobre ellas su resistencia al deslizamiento mediante las normativas actuales de ensayo. Además, se han realizado diferentes estudios “in situ” al objeto de ajustar las variables del método para reproducir las condiciones reales así como correlacionar las diferentes etapas de desgaste con la durabilidad real del producto.
Por otro lado, cabe destacar que la resistencia al deslizamiento es una de las características derivadas de los requisitos esenciales contemplados en el Marcado CE de baldosas cerámicas y debe ser declarada cuando lo exija la reglamentación nacional del país miembro de destino de la Unión Europea. En España, dicha reglamentación se recoge en el Código Técnico de la Edificación, en concreto, en el DB SUA “Seguridad de Utilización y Accesibilidad”, donde se recopilan los requisitos relativos a resbaladici-dad de los suelos en edificios o zonas de uso público. Un aspecto muy importante que debemos tener en cuenta, es que estos requisitos se deben mantener durante toda la vida útil del pavimento. La metodología desarrollada permite conocer la durabilidad de las prestaciones antideslizantes de la baldosa durante su vida útil.
1. ANTECEDENTES
Los métodos de ensayo de laboratorio que se utilizan para simular la evolución de la abrasión de los pavimentos sometidos a tránsito peatonal, no permiten analizar la influencia del proceso de desgaste en la fricción de la superficie, ya que utilizan superficies de ensayo demasiado reducidas para permitir evaluar el coeficiente de fricción con los métodos actualmente utilizados (péndulo, rampa y tribómetro).
Por ello, para poder estudiar a escala de laboratorio cómo afectan los cambios superficiales del pavimento en su comportamiento antideslizante, es necesario desarrollar un método que permita generar superficies desgastadas que simulen el proceso real y que tengan un área homogénea de suficiente extensión para poder evaluar su resistencia al deslizamiento.
Actualmente, no hay métodos reconocidos para evaluar la resistencia al deslizamiento a largo plazo. Sin embargo, podemos mencionar el método para el desgaste acelerado desarrollado por C.J. Strautins[1]. Este método se basa en el uso de la máquina con la que se llevan a cabo los ensayos de lavabilidad y desgaste en el sector de pinturas. Esta máquina tiene un deslizador de movimiento lineal, a la que se fijan distintos materiales abrasivos (estropajos) con diferente grado de abrasión.
Por otro lado, para establecer una referencia de la evolución del desgaste representa-tiva de las condiciones asociadas al tránsito peatonal, se ha utilizado la información obtenida en estudios previos realizados por ITC [2], cuyos resultados han derivado en el desarrollo del documento normativo UNE 138001:2008 IN [3] “Resistencia al desgaste por tránsito peatonal de pavimentos cerámicos. Recomendaciones para la selección en función del uso previsto”.
Para el desarrollo de este método se efectuaron diversos estudios in situ en los que se analizó la evolución del brillo superficial de baldosas cerámicas expuestas en
CASTELLÓN (ESPAÑA)
www.qualicer.org 3
condiciones reales de tránsito peatonal, en locales interiores y locales con accesos directo al exterior.
Del estudio se confirmó que la evolución del desgaste es sensiblemente diferente en función de la cantidad y tipología del abrasivo presente, por lo que se requiere de distintos tipos de abrasivo para simular diferentes condiciones de exposición.
Considerando que los requisitos de deslizamiento son especialmente relevantes en condiciones de uso exterior, se decidió utilizar como referencia comparativa para la validación del método de simulación de desgaste las condiciones de ensayo de locales con acceso directo al exterior.
2. DESARROLLO DE LA METODOLOGÍA PARA LA SIMULACIÓN DEL DESGASTE
El equipo seleccionado para efectuar el desgaste ha sido una pulidora semi-indus-trial que dispone de un cabezal de pulido al que se pueden fijar diferentes elementos abrasivos.
Este dispositivo se utiliza para estudiar las condiciones industriales de pulido de baldosas cerámicas a escala piloto (Figura 1). El equipo opera de forma que la muestra de pavimento pasa, con la ayuda de una cinta, bajo el cabezal, que gira al mismo tiempo. El cabezal dispone de 6 porta-muelas tipo fickert (Figura 2) donde se pueden fijar diferentes materiales abrasivos.
Este equipo permite controlar variables como:
• Velocidad de giro del cabezal.
• Velocidad de la cinta.
• Número de oscilaciones.
• Presión ejercida sobre la muestra.
• Material abrasivo.
Figura 2. Cabezal de pulido.Figura 1. Pulidora.
CASTELLÓN (ESPAÑA)
www.qualicer.org 4
2.1. ESTUDIO DE MATERIALES ABRASIVOS
Como ya se ha comentado anteriormente, uno de los parámetros que afectan más en el proceso de desgaste, es la naturaleza y tamaño del abrasivo que está actuando en el proceso.
Se seleccionaron distintos materiales abrasivos para simular el desgaste (Figura 3):
• Cepillo tipo lija.
• Cepillo de SiC.
• Estropajo comercial.
Figura 3. Materiales abrasivos utilizados: a) cepillo tipo lija, b) cepillo de SiC, c) estropajo comercial.
Con el objeto de mejorar la precisión en la medida del desgaste, se eligió el brillo como criterio de evaluación, ya que varía de forma muy acusada durante el proceso de desgaste.
El empleo de cepillos tipo lija o cepillos de SiC no manifestó una progresión suficiente en la pérdida de brillo superficial para alcanzar los valores de referencia esperados. En todos los casos se observó una caída inicial del brillo con las primeras pasadas, pero en posteriores etapas de desgaste, el brillo ya no disminuyó.
En vista de los resultados obtenidos, se decidió trabajar con un material más abrasivo. El estropajo comercial, cuya composición es mayoritariamente cuarzo, y su distribución granulométrica (Figura 4) es muy similar a la del cuarzo utilizado en el método de desgaste UNE 138001 IN, generó una evolución en el desgaste de las baldosas muy similar a las pérdidas de brillo obtenidas mediante el mencionado método.
a b c
CASTELLÓN (ESPAÑA)
www.qualicer.org 5
Figura 4. Curva granulométrica del polvo resultante de calcinar el estropajo comercial.
Por ello, se decidió utilizar dicho elemento abrasivo para definir las condiciones de ensayo estudiando las siguientes variables: presión sobre la superficie, velocidad de avance de la cinta y durabilidad del estropajo.
2.2. ESTUDIO DE LAS VARIABLES DEL EQUIPO
El material seleccionado para el estudio de las distintas variables, fue una baldosa cerámica de acabado pulido con un brillo inicial muy elevado. Como ya se ha comentado anteriormente, el brillo es una propiedad que se modifica de forma sensible con el desgaste, por lo tanto, es una característica muy interesante que podemos utilizar para evaluar el desgaste generado.
2.2.1. Influencia de la presión
La primera variable a estudiar y que tiene una gran importancia en el proceso de desgaste, es la presión que ejerce el cabezal de la pulidora sobre la superficie de la baldosa.
Se efectuaron pruebas a diferentes presiones de trabajo, midiendo en cada una de ellas las curvas de pérdida de brillo en función del tiempo de contacto muela-baldosa (Figura 5).
CASTELLÓN (ESPAÑA)
www.qualicer.org 6
Figura 5. Brillo superficial en función del tiempo de contacto a diferentes presiones.
Como se puede observar, la presión tiene una influencia significativa sobre la pérdida de brillo de la superficie de la baldosa, aumentando su pendiente al aumentar la presión ejercida por el elemento abrasivo.
2.2.2. Influencia de la velocidad de avance
Otro de los parámetros de trabajo del equipo que podían afectar al desgaste generado, es la velocidad de avance de la cinta que transporta las baldosas.
Tras realizar pruebas a tres velocidades distintas y representar la pérdida de brillo obtenida en función del tiempo de contacto (Figura 6), se observa que las tres velocidades producen la misma pérdida de brillo.
Se puede establecer que la velocidad de avance de la cinta no influye en el desgaste, aunque permite acelerar el ensayo al regular el tiempo de contacto muela-pavimento.
Figura 6. Brillo superficial en función del tiempo de contacto a diferentes velocidades de avance.
CASTELLÓN (ESPAÑA)
www.qualicer.org 7
2.2.3. Estudio de la durabilidad de los estropajos
Con el fin de estudiar su durabilidad, se realizaron pruebas cambiando el estropajo tras cada etapa de desgaste y reutilizando el mismo durante todo el proceso de desgaste (Figura 7).
Figura 7. Brillo superficial en función de la etapa de desgaste reutilizando el estropajo y cambiándolo tras cada etapa de desgaste.
Los resultados confirman que el elemento abrasivo se deteriora de forma progresiva durante el proceso de desgaste, reduciendo su capacidad de desgaste sobre la superficie de la baldosa. Este hecho limita el tiempo máximo de utilización del estropajo y pone de manifiesto su necesidad de renovación.
2.3. CONDICIONES DE ENSAYO
Tras el análisis de la influencia de cada una de las variables, se llevó a cabo un ajuste de las mismas logrando reproducir las condiciones reales de desgaste.
Como se ha comentado anteriormente, el elemento abrasivo seleccionado ha sido estropajo comercial cuya composición es mayoritariamente cuarzo. Tras el estudio de la degradación que sufría durante el ensayo se definió una etapa de desgaste que garantizase el mantenimiento de su comportamiento abrasivo durante todo el proceso.
En la Tabla 1 se resumen los principales parámetros de trabajo utilizados.
Presión efectiva 0,4 kg/cm2
Velocidad de giro del cabezal 226 rpm
Velocidad de la cinta 18,5 m/min
Longitud de la muela 145 mm
Composición del abrasivo 85% cuarzo
Tamaño medio partícula del abrasivo 45 mm
Tabla 1. Parámetros de trabajo seleccionados.
CASTELLÓN (ESPAÑA)
www.qualicer.org 8
3. VALIDACIÓN DEL MÉTODO DE ENSAYO
3.1. MÉTODO DE DESGASTE UNE 138001 IN
El método de ensayo desarrollado se validó frente al método de simulación de desgaste UNE 138001 IN desarrollado en ITC y validado a condiciones reales de uso interior y con acceso directo al exterior.
Para ello, se seleccionó un pavimento brillante al objeto de medir la curva de pérdida de brillo con el desgaste. Se efectuaron diferentes etapas de desgaste mediante el método UNE 138001 IN y con el método propuesto (pulidora) ajustando las diferentes variables estudiadas en el apartado anterior, a los parámetros definidos en la Tabla 1. Los resultados obtenidos (Figura 8) confirman que el método propuesto presenta una elevada correlación respecto a la UNE 138001 IN.
Figura 8. Correlación método de desgaste acelerado frente a método UNE 138001 IN.
3.2. ESTUDIO “IN SITU” EN CONDICIONES EXTERIORES
Dado que el método anteriormente descrito solamente es aplicable a superficies con brillo alto o medio, y no es posible simular el desgaste sobre pavimentos mates o con relieves pronunciados, se decidió efectuar un estudio real en paralelo sobre este tipo de pavimentos en condiciones exteriores, utilizando como variable la medida de la fricción con el método del péndulo siguiendo el procedimiento descrito en la norma UNE-ENV 12633 Anexo A [4].
Para ello, se utilizaron dos de las entradas de las instalaciones del Instituto de Tecnología Cerámica, de las cuales se dispone de información del tránsito peatonal real mediante el sistema de control de fichajes, lo que permite disponer de datos correlacio-nados para evaluar la evolución de la superficie.
CASTELLÓN (ESPAÑA)
www.qualicer.org 9
En primer lugar, se midió la resistencia al deslizamiento del pavimento existente (que había sido instalado en Octubre de 2005). En Septiembre de 2010 se procedió a la sustitución de una de las baldosas de cada entrada, por nuevas piezas del mismo material y se realizó un seguimiento periódico de las mismas, determinando el valor de la resistencia al deslizamiento mediante el método del péndulo.
Durante el primer año, en el que se realizaron un elevado número de medidas, se observa un descenso muy acusado de la resistencia al deslizamiento (Figura 10) que posteriormente tiende de forma asintótica hacia un valor prácticamente constante transcurridos más de 5 años de exposición (correspondiente a los valores obtenidos para las piezas instaladas originalmente).
Figura 9. Puerta de acceso restringido mediante fichaje y baldosa de seguimiento.
Se aplicó el método de desgaste acelerado desarrollado sobre baldosas correspondientes al mismo material que se había instalado en las entradas del ITC realizándose diferentes etapas de desgaste hasta obtener valores estables de resistencia al deslizamiento.
El comportamiento que presentaba el pavimento era muy similar al observado en condiciones reales, mostrando un descenso bastante acusado en las primeras etapas de desgaste que se va suavizando al aumentar el tiempo de contacto con el elemento abrasivo hasta alcanzar valores prácticamente constantes.
En la Figura 10 se muestra comparativamente los valores obtenidos mediante el método desarrollado frente a los medidos en condiciones reales.
CASTELLÓN (ESPAÑA)
www.qualicer.org 10
Figura 10. Correlación método desgaste pulidora con las condiciones reales para el pavimento exterior.
3.3. ESTUDIO “IN SITU” EN LOCAL INTERIOR CON ACCESO DIRECTO AL EXTERIOR
Por otro lado, se realizó otro estudio de similares características pero en condiciones de uso interior en un local con acceso directo al exterior, instalando baldosas cerámicas en el pavimento de los pasillos del autoservicio de uno de los comedores de la Universitat Jaume I. Al ser un área de paso unidireccional, limitada por barandillas, se instalaron contadores ópticos situados en la salida junto a las cajas registradoras para cuantificar el número de personas que transitaban sobre las piezas en estudio, colocadas en la zona central del paño (Figura 11).
Se utilizó un sistema de instalación sin adhesivos para permitir la retirada y reposición de las piezas, con objeto de medir periódicamente la resistencia al deslizamiento de las mismas en el laboratorio. Para la realización de dicho estudio, se seleccionaron 12 muestras representativas de las diferentes tipologías de pavimentos incluyendo además piezas de elevado valor de resistencia al deslizamiento, no utilizadas habitualmente en uso interior, con la finalidad de poder medir cambios de mayor magnitud en las propiedades antideslizantes.
Del mismo modo que ocurría en el estudio anterior, las baldosas más antideslizantes experimentan un descenso bastante elevado en la resistencia al deslizamiento durante las etapas iniciales de uso. Posteriormente este descenso se va haciendo más gradual hasta alcanzar valores más o menos estables (Figura 12).
CASTELLÓN (ESPAÑA)
www.qualicer.org 11
De entre los diferentes materiales que estaban siendo evaluados en condiciones reales, se seleccionaron 4 muestras con diferentes tipos de acabado superficial y por lo tanto, diferente valor de resistencia al deslizamiento inicial. Estas muestras fueron sometidas al proceso de desgaste acelerado de laboratorio.
En la Figura 13 se muestran los valores de resistencia al deslizamiento obtenidos en cada etapa de desgaste junto con los medidos en las baldosas instaladas en el autoservicio de la universidad.
Figura 13. Correlación método desgaste pulidora con el estudio in situ en el local interior con acceso directo al exterior.
Figura 11. Estudio in situ en el autoservicio de la universidad.
Figura 12. Evolución de la resistencia al deslizamiento de los pavimentos instalados en la cafetería de la universidad.
CASTELLÓN (ESPAÑA)
www.qualicer.org 12
A partir de las curvas reales de desgaste en las que se había medido el valor de resistencia al deslizamiento en función del número de personas que había transitado sobre el pavimento, se pudo obtener la relación entre las etapas de desgaste de la pulidora y el número de personas, extrayéndose un ratio de aproximadamente 10.000 personas/etapa de desgaste.
4. COMPORTAMIENTO DE LOS PAVIMENTOS FRENTE AL DESGASTE
El método de desgaste desarrollado se ha aplicado a una amplia gama de productos utilizados habitualmente como pavimentos de uso exterior e interior. Se han seleccionado pavimentos con diferentes acabados superficiales teniendo en cuenta parámetros como el relieve, la textura y la rugosidad superficial.
Tanto las prestaciones antideslizantes que presentan las baldosas en origen, como su variabilidad con el desgaste, van a ser función de la combinación de los distintos parámetros superficiales comentados anteriormente.
En la Figura 14 se ha representado el valor de resistencia al deslizamiento de diferentes tipos de materiales tras sucesivas etapas de desgaste al objeto de ver la evolución que sufrirán al ser sometidos a tránsito peatonal en condiciones reales.
Figura 14. Durabilidad de las prestaciones antideslizantes de diferentes tipos de baldosa cerámica.
En la gráfica anterior, se han agrupado los materiales en tres grandes grupos: piezas lisas que presentan rugosidad superficial, baldosas con textura y piezas con relieve que pueden además tener cierta rugosidad en superficie.
A modo de ejemplo, en la Figura 15 se muestra una fotografía de una de las muestras de cada una de las tipologías descritas anteriormente.
CASTELLÓN (ESPAÑA)
www.qualicer.org 13
Figura 15. Baldosas cerámicas ensayadas: a) lisas con rugosidad, b) con textura, c) con relieve.
Las baldosas lisas obtienen un grado de resistencia al deslizamiento inicial más o menos elevado en función de la rugosidad superficial que presenta el esmalte. En general, esta rugosidad se va modificando de forma acusada en las primeras etapas de desgaste lo que provoca un descenso importante en el coeficiente de fricción de las mismas. La resistencia al deslizamiento va disminuyendo posteriormente de forma más suave estabilizándose tras sucesivas etapas de desgaste en valores similares. Este valor al que tienden de forma asintótica las curvas correspondientes a los modelos lisos va a depender sobre todo de la granulometría que presenta el abrasivo que está provocando el desgaste en la superficie.
Las baldosas cerámicas con textura superficial, en general presentan curvas con un descenso más suave en las primeras etapas seguido de una caída más o menos brusca y una estabilización a valores más altos que en las superficies lisas. En este caso, el valor de estabilización va a depender de la topografía que presentaba inicialmente la pieza.
En las piezas con relieve ocurre algo parecido a lo que se encontraba en el caso anterior. La mayor parte de las baldosas con relieve presentan además un recubrimiento superficial con cierta rugosidad. El coeficiente de fricción va a depender tanto de la topografía como de la rugosidad que exista sobre ella. En las primeras etapas de desgaste las curvas presentan una pendiente bastante acusada debido a la modificación que sufre esta rugosidad superficial (tal y como ocurría en las muestras lisas). Posteriormente el valor de resistencia al deslizamiento disminuye de forma mucho más suave probablemente debido al leve cambio de topografía que esté sufriendo el relieve. En este caso, el valor de estabilización puede ser muy diferente en función del tipo de relieve (geometría, forma, altura, separación entre relieves, etc).
a b c
CASTELLÓN (ESPAÑA)
www.qualicer.org 14
5. CONCLUSIONES
• El método desarrollado genera superficies con desgaste homogéneo de tamaño su-ficiente para poder realizar medidas de resistencia al deslizamiento con el método normalizado del péndulo.
• Se han definido las condiciones de desgaste que permiten simular los cambios ge-nerados por el tránsito peatonal en condiciones reales de uso con acceso al exterior, habiéndose validado por comparación con los resultados obtenidos en los estudios realizados in situ.
• Algunos tipos de superficies, pueden modificar sus prestaciones antideslizantes de forma acusada a lo largo del primer año de uso.
• El procedimiento desarrollado permite predecir el comportamiento antideslizante que van a tener los pavimentos a lo largo de su vida útil, y por lo tanto estimar su durabilidad.
• El uso de esta herramienta de simulación acelerada en laboratorio permitirá selec-cionar el tipo de baldosa antideslizante adecuado en función del tránsito previsto.
• La información obtenida de este estudio permite diseñar y desarrollar superficies antideslizantes de elevada durabilidad para pavimentos utilizados en zonas de alto tránsito.
6. AGRADECIMIENTOS
El presente estudio se ha realizado con el apoyo de la Comisión Europea, a través del VII Programa Marco, en el ámbito del Proyecto 262413 ULTRAGRIP “Design Tools for high grip surfaces”.
BIBLIOGRAFÍA[1] STRAUTINS, C.J. La resistencia al resbalamiento sostenible: una oportunidad para la innovación. En: Qualicer
2008: X Congreso mundial de la calidad del azulejo y del pavimento cerámico 3. Castellón: Cámara oficial de comercio, industria y navegación, 2008, pp. P.BC381-P.BC395.
[2] SILVA, G.; MUÑOZ, A.; FELÍU, C.; MONZÓ, M.; BARBERA, J.; SOLER, C. Propuesta de un método normalizado para la determinación de la durabilidad frente al tránsito peatonal de pavimentos. En: Qualicer 2006: IX Congre-so mundial de la calidad del azulejo y del pavimento cerámico. Castellón: Cámara oficial de comercio, industria y navegación, 2006. pp. P.BC223-P.BC234.
[3] UNE 138001 IN: 2008. Resistencia al desgaste por tránsito peatonal de pavimentos cerámicos. Recomendacio-nes para la selección en función del uso previsto.
[4] UNE ENV 12633: 2003. Método de la determinación del valor de la resistencia al deslizamiento/resbalamiento de los pavimentos pulidos y sin pulir
[5] MUÑOZ, A.; NOGUERA, J.F.; DOMINGUEZ, R.; GILABERT, J. Análisis de la durabilidad de las prestaciones anti-deslizantes de los pavimentos cerámicos. En: Qualicer 2012: XII Congreso mundial de la calidad del azulejo y del pavimento cerámico. Castellón: Cámara Oficial de Comercio, Industria y Navegación, 2012.