Curvaturas diferidas ytensiones residuales en
baldosas de gres porcelánico
Curvaturas diferidas ytensiones residuales en
baldosas de gres porcelánico
Curvaturas diferidas ytensiones residuales en
baldosas de gres porcelánico
V. Cantavella
Índice
• Introducción
• Fenomenología
• Posibles causas de las curvaturas diferidas
• Tensiones residuales
• Fluencia
• Expansión del soporte
• Efecto del pigmento
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Introducción
• Las baldosas de gres porcelánico presentan curvaturas que cambian con el tiempo
• Curvaturas diferidas
• Características de las curvaturas diferidas
• Más acusadas en formatos grandes
• Falta de reproducibilidad (tiempo y magnitud)
• Aparentemente dependen de muchos factores
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• Introducción
• Fenomenología
• Posibles causas de las curvaturas diferidas
• Tensiones residuales
• Fluencia
• Expansión del soporte
• Efecto del pigmento
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Fenomenología de las curvaturas en diferido
• Medida de las curvaturas en diferido
• Flecha de curvatura en función del tiempo
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Fenomenología de las curvaturas en diferido
• Casos típicos
• Flecha de curvatura en función del tiempo
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Fenomenología de las curvaturas en diferido
• Casos típicos
• Flecha de curvatura en función del tiempo
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Fenomenología de las curvaturas en diferido
• Casos típicos
• Flecha de curvatura en función del tiempo
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Fenomenología de las curvaturas en diferido
• Casos típicos
• Flecha de curvatura en función del tiempo
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Fenomenología de las curvaturas en diferido
• Casos típicos
• Flecha de curvatura en función del tiempo
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Fenomenología de las curvaturas en diferido
• Casos típicos
• Flecha de curvatura en función del tiempo
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Fenomenología de las curvaturas en diferido
• Casos típicos
• Flecha de curvatura en función del tiempo
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Fenomenología de las curvaturas en diferido
• Casos típicos
• Flecha de curvatura en función del tiempo
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• Introducción
• Fenomenología
• Posibles causas de las curvaturas diferidas
• Tensiones residuales
• Fluencia
• Expansión del soporte
• Efecto del pigmento
Posibles causas de las curvaturas diferidas
• Tensiones residuales
• Definición
• Tensiones presentes en la pieza
sin que haya fuerzas externas aplicadas
• Deben ser asimétricas
• Una tensión simétrica nunca provoca curvaturas diferidas
• Causas de las tensiones residuales
• Acoplamiento esmalte-soporte
• Gradiente térmico durante el enfriamiento + fase vítrea
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Posibles causas de las curvaturas diferidas
• Las tensiones residuales influyen en:
• Carga de rotura
• Curvatura durante el rectificado
• Curvatura durante el pulido
• Dificultad de corte
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Posibles causas de las curvaturas diferidas
• Fluencia (creep)
• Debe existir un mecanismo de relajación de tensiones
• Si las tensiones no cambian tampoco lo hace la curvatura
• Definición
• Deformación asociada a un comportamiento viscoso o plástico
• Ejemplo
• Deformación progresiva de un material bajo aplicación de una
carga constante
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Posibles causas de las curvaturas diferidas
• Expansión del soporte
• En una pieza esmaltada la expansión del soporte podría
provocar curvaturas en diferido
• Piezas de revestimiento poroso
• En gres porcelánico el efecto es menor
• Elevado módulo de elasticidad del soporte
• Bajo espesor de la capa de esmalte
• Curvaturas diferidas en gres porcelánico no esmaltado
• La expansión debería ser diferente en la cara vista y costilla
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Posibles causas de las curvaturas diferidas
• Causas indirectas de las curvaturas diferidas
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• Tensionesresiduales +fluencia
• Expansióndel soporte
• Polvo atomizado• Tamaño partícula
• Mineralogía
• Esmalte• Composición
• Cocción• Tiempo (ciclo)
• T máxima
• Tiempo a T máxima
• Enfriamiento
• Pieza (baldosa)• Viscosidad a alta T
• Módulo elástico
• Expansión térmica
• Ambiente• Temperatura
• Humedad
• Cargas mecánicas
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• Introducción
• Fenomenología
• Posibles causas de las curvaturas diferidas
• Tensiones residuales
• Fluencia
• Expansión del soporte
• Efecto del pigmento
Tensiones residuales
• Generadas por acoplamiento esmalte-soporte
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F1
rotura
F2
sin tensión
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rotura
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Tensiones residuales
• Generadas por acoplamiento esmalte-soporte
• Hay curvaturas diferidas en piezas no esmaltadas
• No se explica la inversión de la curvatura
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Tensiones residuales
• Generadas por acoplamiento esmalte-soporte
• Hay curvaturas diferidas en piezas no esmaltadas
• No se explica la inversión de la curvatura
• Pueden contribuir, pero no son la causa fundamental
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Tensiones residuales
• Generadas por gradiente térmico dentro del soporte
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Tensiones residuales
• Deformación medida con la galga extensiométrica
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Tensiones residuales
• Deformación medida con la galga extensiométrica
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Tensiones residuales
• Perfil de tensiones
27costilla cara vista
Tensiones residuales
• Comparación modelos
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• Introducción
• Fenomenología
• Posibles causas de las curvaturas diferidas
• Tensiones residuales
• Fluencia
• Expansión del soporte
• Efecto del pigmento
Fluencia
• Medida de la fluencia
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t
σ
sin fluencia
t
ε
t
ε con fluencia
Fluencia
• Medida de la fluencia
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Fluencia
• Medida de la fluencia
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Fluencia
• Comparación modelos
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• Introducción
• Fenomenología
• Posibles causas de las curvaturas diferidas
• Tensiones residuales
• Fluencia
• Expansión del soporte
• Efecto del pigmento
Expansión del soporte
• Hay muchos estudios de expansión en soportes porosos
• ¿Sufre expansión el gres porcelánico?
• Medida expansión
• Compensación térmica - equipo medida industrial
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Expansión del soporte
• Corrección efecto térmico
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Expansión del soporte
• Corrección efecto térmico
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Expansión del soporte
• Se han llegado a medir expansiones de 0.25 mm/m (0.25·10-3)
• La expansión homogénea del soporte no conduce a curvaturas diferidas
• Una expansión diferencial de 0.15·10-3 provocaría una curvatura de 0.8 mm en una pieza de 50 cm de longitud
• ¿Existe la expansión diferencial?
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• Introducción
• Fenomenología
• Posibles causas de las curvaturas diferidas
• Tensiones residuales
• Fluencia
• Expansión del soporte
• Efecto del pigmento
Efecto del pigmento
• Generación de tensiones residuales por gradiente térmico
• Ingredientes para tensiones residuales
• Diferencia térmica a alta temperatura
• Viscosidad baja (fase vítrea)
• Deformación elástica y viscosa
• Θ y η0 se pueden determinar en laboratorio40
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Efecto del pigmento
• Generación de tensiones residuales por gradiente térmico
• Es más sencillo medir y usar
el índice de piroplasticidad (IP) que Θ y η0
• Si velocidad de enfriamiento ↑ → tensión residual ↑
• Si IP ↑ → tensión residual ↑
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Efecto del pigmento
• Efecto pigmento sobre las tensiones residuales
• Ejemplo
• Ensayos realizados con tres pigmentos negros
(diferente composición)
• Coordenadas colorimétricas a T cocción
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Pigmento Tc (ºC) L a b
A2 1205 27.92 0.48 -0.59
B2 1210 26.74 0.50 -0.56
C2 1210 27.86 0.42 -0.56
Efecto del pigmento
• Efecto pigmento sobre densidad (ρρρρ) y AA
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Efecto del pigmento
• Efecto pigmento sobre densidad (ρρρρ) y el IP
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Efecto del pigmento
• Deformación medida por la galga extensiométrica
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Efecto del pigmento
• Perfil de tensiones residuales
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Bibliografía Grazie per l'attenzione
• V. Cantavella, J. García-Ten, E. Sánchez, E. Bannier, J. Sánchez, C. Soler, J. Sales.
Curvaturas diferidas en gres porcelánico. Análisis y medida de los factores que intervienen. En X Congreso mundial de la calidad del azulejo y del
pavimento cerámico - Qualicer 2008.
• A. de Noni Junior, D. Hotza, V. Cantavella, E. Sánchez. Influence of macroscopicresidual stresses on the mechanical behavior and microstructure of porcelaintile. J. Eur. Ceram. Soc. 28, pp. 2463-2469, 2008.
• M. Dal Bó, V. Cantavella, E. Sánchez, D. Hotza, A. Boschi. Modelización mecánica del enfriamiento rápido en sistemas tipo gres porcelánico. En XII
Foro Global del recubrimiento cerámico. Qualicer 2012.
• E. Bannier, J. García-Ten, J. Castellano, V. Cantavella. Delayed curvature and residual stresses in porcelain tiles. J. Eur. Ceram. Soc., Vol. 33(3), pp. 493-501,
2013.
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