Dilatación térmica lineal

DILATACIÓN TÉRMICA LINEAL
Las baldosas cerámicas tienen coeficientes de dilatación similares a otros
materiales de construcción pero pueden estar sometidas a oscilaciones de temperatura
mucho mayores (piénsese en un alicatado exterior con baldosas oscuras en un edificio
de Córdoba), por lo que es necesario conocer y tomar en cuenta esta característica para
prever los movimientos de un alicatado o solado en función del intervalo máximo de
temperaturas a las que se verá sometido, que puede llegar a ser de unas decenas de
grados centígrados (ºC).
El coeficiente de dilatación térmica lineal de las baldosas cerámicas es similar al
de los soportes convencionales sobre los que se coloca (forjados, cerramientos y
particiones de ladrillo, soleras de hormigón, etc), por lo que no se generan especiales
tensiones de cizalladura más allá de las originadas por gradientes térmicos entre capas.
Es del orden de magnitud de milésimas de milímetro (entre 4 y 8) por metro
lineal y variación de un grado centígrado.
En las tablas de características técnicas se expresa con la letra alfa [α] en
unidades ºC-1 (K-1); Por ejemplo α = 4,8 x 10-6 ºC-1 ó 4,8 x 10-6 K-1, siendo K el símbolo
de la magnitud temperatura.
El coeficiente de dilatación térmica lineal en ISO 10545-8
La norma ISO 10545-8 recoge el método de ensayo para medir el coeficiente de
dilatación térmica lineal de una baldosa cerámica, en el intervalo de temperaturas
comprendido entre la temperatura ambiente y 100 ºC.
El ensayo se efectúa en un aparato llamado dilatómetro, que somete la probeta a
un proceso de calentamiento de 5 ºC/min., hasta alcanzar los 100 ºC. El coeficiente de
dilatación térmica lineal se obtiene con la expresión:
1 ΔL
αl = ⋅
L0 Δ T
(en ºC-1) donde:
L0: es la longitud de la probeta a la temperatura
ambiente
ΔL: es el incremento de longitud de la probeta
entre la temperatura ambiente y 100 ºC
ΔT: es el incremento de temperatura
Este parámetro ha sido ampliamente utilizado por los fabricantes de baldosas
cerámicas para conseguir el acoplamiento entre los vidriados y el soporte o bizcocho.
Un mayor coeficiente de dilatación en el vidriado respecto al soporte puede provocar el
cuarteo, del que ya hablamos en el apartado de calidad superficial.
En la información técnica facilitada en catálogos comerciales debiera figurar
este parámetro pues, en principio, el fabricante no puede prever el uso final del
producto. Sin embargo, en la norma europea EN 14411 sólo se indica que existe un
método de ensayo disponible, sin obligación de aplicarlo.
Características físico-químicas
Dilatación térmica lineal
1
Decir también que este coeficiente se mantiene entre 4 y 8 milésimas de
milímetro por metro lineal y variación de temperatura de un grado centígrado para la
mayoría de las baldosas cerámicas; es decir, αl = (4-8) · 10-6 ºC-1, también expresado
como αl = (4-8) · 10-6 K-1.
Estos valores no son muy diferentes de los coeficientes de dilatación térmica
lineal de otros materiales de la construcción y que conviven con la baldosa cerámica,
aunque otros tienen coeficientes muy superiores.
El profesional de la colocación debe tener en cuenta este parámetro en
pavimentos y revestimientos exteriores, sobre todo en superficies donde se prevean
oscilaciones térmicas importantes (superiores a los 30 ºC en el ciclo de un año). No hay
que pensar solamente en la dilatación que experimenta la baldosa cerámica sino también
en la diferencia de dilatación que se puede producir entre un recubrimiento cerámico y
el material de agarre, o entre éste y el soporte. El resultado es un efecto de cizalla entre
estratos y materiales que puede comprometer a largo plazo la cohesión y adherencia, tal
como se ilustra en la figura de la página siguiente.
El Alicatador/Solador puede prever la dilatación máxima que tendrá un
recubrimiento cerámico si conoce aproximadamente la variación térmica que se
produzca a nivel de la superficie del recubrimiento a lo largo del año. Dado que un
replanteo debe calcularse en milímetros, la siguiente expresión está preparada para
operar en esa unidad, expresando el alargamiento o dilatación en milímetros.
Δ L = α l ⋅ L0 ⋅ Δ T
donde
ΔL: Alargamiento o dilatación del recubrimiento
(en mm)
α1: coeficiente de dilatación térmica lineal (en ºC-1)
L0: longitud del recubrimiento a temperatura
ambiente (en mm)
ΔT: Variación máxima de temperatura prevista
(en ºC)
La longitud inicial a temperatura ambiente será la distancia neta del
recubrimiento cerámico entre los elementos constructivos que se interpongan, expresada
en milímetros.
Ejemplo: Terraza de vivienda entre medianeras, con un pavimento cerámico que se extiende de baranda
a baranda (5,8 m). La baldosa cerámica tiene un coeficiente de dilatación térmica lineal αL =
4,8·10-6 ºC-1 y se prevén variaciones máximas de temperatura entre 10º y 55 ºC sobre la
superficie del solado.
Independientemente de la junta de colocación, a la que asignamos aproximadamente el mismo
coeficiente de dilatación, tendremos:
ΔL = α 1 ⋅ L 0 ⋅ ΔT = 4,8 ⋅10 -6 ⋅ 5.800 ⋅ (55 - 10) = 4,8 ⋅10 -6 ⋅ 5.800 ⋅ 45 = 1.252.800 ⋅10 -6 = 1,2528 mm
ΔL ≅ 1,3 mm
Recuerde:
10 -6 =
Características físico-químicas
Dilatación térmica lineal
1
10
6
=
1
= 0,000001
1.000.000
2
Supongamos un cerramiento continuo de 4 m de altura
revestido con baldosas cerámicas de color oscuro, con los
coeficientes de dilatación térmica lineal que se indican y para
las supuestas variaciones térmicas:
Material
Hormigón
Mortero
Material de agarre
Baldosa cerámica
Coeficiente de
dilatación
αC = 11·10-6 ºC-1
αR = 12·10-6 ºC-1
αA = 12·10-6 ºC-1
αB = 5·10-6 ºC-1
Variación de
temperatura
10 - 40
10 - 45
10 - 60
10 - 65
Alargamiento
mm
1,32
1,68
2,40
1,10
Vemos que para una diferencia de temperatura extrema
exterior de 55 ºC (a nivel de la superficie de la baldosa
cerámica) y una variación térmica en el interior del
cerramiento de 30 ºC se provocan variaciones de longitud de
más de un milímetro en 4 m de longitud.
αC
αR αA αB
Características físico-químicas
Dilatación térmica lineal
Esta diferencia será fácilmente absorbida por el
material de agarre si es deformable, pero el sistema
multiestrato podría quedar comprometido en sus extremos de
no existir juntas de movimiento.
3
Materiales
Coeficiente de dilatación
térmica lineal (x10-6) ºC-1
4-8
Pavimentos y revestimientos
cerámicos
Piedra natural
Granito
Mármol, travertino
Cuarcita, pórfido
8-10
4-7
9-12
Materiales de agarre
Mortero de cemento
Hormigón
Hormigón aéreo
Hormigón ligero
Hormigón con vermiculita o perlita
Yeso
10-13
10-13
8
8-12
6-8
18-21
Materiales estructurales
Bloques de hormigón
Bloques de hormigón celular
Ladrillos
6-12
8-12
5-8
Metales
Acero
Aluminio
Cobre
Bronce
Hierro y fundición
Plomo
10-18
24
17
20
10
30
30-80
Asfalto
Materiales orgánicos
PVC termoplásticos
Polietileno
Poliestireno
PVC celulares
PUR
Poliestireno
5-8
Vidrio
Madera
Características físico-químicas
Dilatación térmica lineal
40-70
110-200
60-80
35-50
20-70
15-45
Paralelamente a las fibras
Perpendicularmente a las fibras
4-6
30-70
4