Modelo teórico de comportamiento mecánico del yeso
No Thumbnail Available
Date
1989
Date
item.contributor.advisor
item.contributor.affiliation
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
E.T.S. Arquitectura (UPM)
Abstract
Description
El yeso es un material de amplia utilización en las fábricas y revestimientos de albañilería pues, en prácticamente todo nuestro entorno cultural, no hay edificación ni local habitado donde no esté presente. Su abundancia, facilidad de obtención, calcinación y aplicación, han hecho de él, tal vez, el conglomerante de más antiguo empleo en la construcción, como atestiguan numerosos restos arqueológicos. Sin embargo, el comportamiento mecánico de éste material ha sido postergado, fundamentalmente por su falta de empleo estructural.
En sus aplicaciones más habituales, el yeso, una vez fraguado y colocado, está sometido a esfuerzos mecánicos directos, como en el caso de la pasta de agarre de tabiques y tableros horizontales; a roces e impactos, como en el caso de los guarnecidos; y a esfuerzos indirectos al tener que
acompañar, en su deformación, a los elementos estructurales del edificio. Estos requerimientos hacen aconsejable conocer la respuesta de nuestro material frente a éste tipo de acciones.
Pero la falta de conocimientos sobre el comportamiento mecánico del yeso está acompañada por la carencia de estudios en los que se haya aplicado la metodología estadística. conocida como "Diseño de Experimentos".
Estas técnicas, desarrolladas en el mundo anglosajón, se empezaron a utilizar en la investigación experimental de problemas agrícolas, aunque ya se están usando ampliamente en investigación biomédica y en numerosos problemas ligados a la fabricación industrial, sin que hasta la fecha, que
sepamos, se hayan empleado en la investigación aplicada a los materiales de construcción.
Así pués, con el tema del comportamiento mecánico y las técnicas estadísticas del diseño de experimentos, se ha planteado la conveniencia de diseñar y desarrollar unos modelos matemáticos que nos permitan avanzar en el conocimiento teórico, y experimental, del yeso como material de construtcción.
Esta Tesis, limitada al estudio de yesos naturales sin adiciones ni aditivos, salvo los que ya vengan incorporados de fábrica, se ha desarrollado dentro de un Proyecto de Investigación más amplio, financiado por la C.A.I.C.Y.T., en el que se estudian también los compuestos de yeso con fibras y polímeros, razón de la anterior limitación. Por otro lado, la abundancia del yeso natural en nuestro país ha desechado la utilización de yesos sintéticos que, al aportar una problemática muy específica, han permanecido al margen de nuestra investigación.
Partiendo de todo un conjunto de ideas que atañen a los aspectos epistemológicos del conocimiento científico y experimental, se ha diseñado un concepto del sistema "Yeso como Material de Construcción" que ha permitido clasificar y ordenar, sistemática y sistémicamente, a las variables más importantes que tienen influencia en el comportamiento
mecánico del yeso.
A partir de aquí, teniendo en cuenta que el yeso es un material cuya porosidad adquiere un papel de primera importancia, se ha diseñado un modelo geométrico de cuerpo poroso. Sobre la base de que el comportamiento mecánico de un material de porosidad elevada depende del número, tipo y circunstancias de las ~uperficie de contacto entre las partículas elementales que conforman al material, antes que de la propia resistencia intrínseca de estas partículas, consideradas individualmente, se ha estudiado el comportamiento de este modelo teórico, comprobando el papel
que juegan las diferentes variables. En este sentido ha sido fundamental comprobar el papel de la porosidad total y del tamaño de los poros en las superficies de contacto intergranular.
La prolongación del estudio geométrico del cuerpo poroso y su visión en términos estadísticos nos ha llevado a definir algunos conceptos teóricos como el "tamaño experimental minimo", como aquel que es representativo del material al abarcar toda la diversidad de tamaños de sus partículas y poros, del "tamaño equivalente" de un modelo geométrico en
relación al cuerpo real, como aquel que matiene sus mismas superficies y volúmenes. Además, aprovechando las leyes formales de homomorfismo y homotecia, se ha comprobado la viabilidad de la sustitución de cualquier forma real por un conjunto de formas regularizadas que mantengan constantes
las superficies y volúmenes originales y, en consecuencia, todas las características del material que dependan de estas dos propiedades.
Por otro lado, como los diferentes factores que definen el
comportamiento mecánico de un material dependen del conjunto de sus propiedades estructurales, es posible encontrar las relaciones matemáticas que los ligan entre si, y aprovechar toda la serie de resultados experimentales para calcular un factor de resistencia mecánica que, sin ser respuesta a ningún tipo de acción particular, sea representativa de todas ellas.
El planteamiento experimental se ha desarrollado a partir de las prescripciones del diseño de experimentos. Para ello se han utilizado, como variables de posible control en obra y más significativas, el tipo de yeso, la cantidad de agua de amasado, el tipo de amasado, el tipo de curado y la humedad interna del yeso. Con éstas variables se han estudiado las
respuestas mecánicas a tracción, compresión, cortante, flexión, durezas y módulo de elasticidad. Además se han estudiado las variaciones de porosidad y capilaridad, asi cómo la influencia de éstas variables en los coeficientes de dilatación por humedad y por temperatura.
Se han observado algunas deficiencias en las normas y procedimientos de ensayo, por lo que se propone su modificación y, especialmente, se ha comprobado la dificultad de obtención del módulo de elasticidad a través
del ensayo de flexión, puesto que la deformación que se puede medir está,
en su práctica totalidad, impuesta por el indentado que sufren las probetas
en éste ensayo. El desarrollo de un ensayo especifico y las aplicaciones
del mismo han servido para comprobar este extremo.
Finalmente, gracias al empleo masivo de un conjunto de aplicaciones de hojas de cálculo informático, específicamente diseñadas para este trabajo de investigación por su autor, se ha desarrollado un modelo matemático que,
a partir de los factores estudiados, permite estimar el valor de cualquiera de las variables de comportamiento mecánico habituales, es decir de los diferentes tipos de resistencias, durezas y módulo de elasticidad en compresión, habiéndose realizado, complementariamente, un relativo avance en el conocimiento de los factores que influyen en los coeficientes de dilatación y capilaridad asi cómo de sus posibles variaciones.
Keywords
Arquitectura