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

F1 F2

rotura

F3

F3>F2

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

23

Tensiones residuales

• Generadas por gradiente térmico dentro del soporte

24

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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Curvaturas diferidas ytensiones residuales en

baldosas de gres porcelánico

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