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Director Juan Guillermo Consuegra Editora general Catalina Corrales Mendoza catalinacm.corrales@legis.com.co Editora de costos Natalia Leyton natalia.leyton@legis.com.co Investigador de costos Édisson Hernández edisson.hernandez@legis.com.co Coordinador editorial Alejandro Villate Uribe Periodista Édgar Medina Silva Corrector de estilo Camilo Ernesto Navarrete Diseño, diagramación y portada Yamile Robayo Villanueva Fotografías ©2011 ThinkStock Tráfico de materiales Fabián Ortiz García Fotografía portada ©2011 ThinkStock Impresión Legis S.A. Licencia de Mingobierno 000948 - 85 Tarifa postal reducida No. 152
EDICIÓN 161 DICIEMBRE 2011 - FEBRERO 2012 ISSN 0121-5663
ESPECIAL 19 ADHESIVOS Y MORTEROS En esta edición Construdata presenta un detallado informe que recoge la historia, las tipologías, las características, las normas y las ventajas y desventajas del uso de adhesivos y morteros en la industria de la construcción.
Fundadores - Asesores Tito Livio Caldas Alberto Silva Miguel Enrique Caldas Presidente Luis Alfredo Motta Venegas IPE-Información Profesional Especializada U.N. CONSTRUDATA Gerente Unidad de Información Profesional Especializada David De San Vicente Arango david.desanvicente@legis.com.co Gerente Construdata Juan Guillermo Consuegra juan.consuegra@legis.com.co Gerente comercial Bogotá Tomás Enrique Cárdenas tomas.cardenas@legis.com.co Gerente comercial Medellín y Costa Caribe David Barros david.barros@legis.com.co Gerente comercial Cali Jorge Eduardo Galindo jorge.galindo@legis.com.co Jefe ventas software Mauricio Rebellón mauricio.rebellon@legis.com.co Jefe mercadeo Ricardo Torres ricardo.torres@legis.com.co Jefe de operaciones René León rene.leon@legis.com.co Director comercial circulación y suscripciones Óscar Becerra H oscar.becerra@legis.com.co Ventas de publicidad y software Barranquilla y Costa Caribe (5) 349 1122 - 349 1345 Bogotá (1) 425 5255 ext. 1544 / 1571 / 1618 / 1759 / 1760 Bucaramanga (7) 643 2028 Cali (2) 667 2600 Medellín (4) 361 3131 Suscripciones Línea nacional gratuita 018000 510 8888 / Línea local (1) 425 5201 E-mail: suscripciones@publicacioneslegis.com
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Tipificación. Para determinar cuáles son los usos que tienen los distintos tipos de adhesivos y morteros, es necesario hacer una clasificación que permita conocer en detalle sus características y aplicaciones. Encuentre una revisión exhaustiva en esta materia.
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Normativa. Las normas técnicas para uniones ashesivas y su utilidad son explicadas de manera concienzuda en este artículo, útil para quienes se enfretan al reto de usar distintos materiales y sistemas en sus obras. Desarrollos. El incremento de la calidad y la prescindencia de compuestos nocivos en los productos son sólo algunas de las iniciativas en las que la industria está trabajando. Conozca más sobre estas innovaciones.
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La información de precios y distribuidores contenida en esta revista fue suministrada directamente por los proveedores con anterioridad a la fecha del cierre de edición. LEGIS S.A. no asume ninguna responsabilidad por la utilización que se haga de los datos que aquí aparecen, ni garantiza que se acomoden a ninguna situación específica. En la sección Proveedores aparece información de personas o empresas obtenida en los directorios de las empresas de teléfonos de cada ciudad, o en otros medios, sin costo para sus titulares. LEGIS S.A. se reserva el derecho de seleccionar y publicar esta información y en el evento de presentarse errores u omisiones involuntarias, se hará la rectificación en la siguiente edición de la revista. LEGIS S.A. en ningún caso asumirá responsabilidad alguna con los titulares de la información que se publique, por los perjuicios que se deriven de dichos errores u omisiones. © Esta obra, propiedad intelectual registrada por LEGIS S.A., es el resultado de sucesivas actualizaciones sobre ediciones elaboradas por Juan Guillermo Consuegra. LEGIS S.A. se reserva todos los derechos sobre el material de la presente edición, que no puede reproducirse por medio alguno, sin previa autorización escrita. El editor no se responsabiliza por el contenido, la forma, ni el fondo de los avisos publicitarios, incluido el uso de marcas y patentes.
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CONSTRUDATA
CONTENIDO
INFORME ECONÓMICO
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Todo parece indicar que la construcción tendrá un muy buen desempeño durante los próximos años, lo que le permitirá seguir jalonando el empleo y crecimiento del país. Según el análisis de Legiscomex.com, soplan buenos vientos y en el exterior se presentarán grandes oportunidades para los empresarios del sector.
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165 ANÁLISIS RESUMIDOS ELÉCTRICOS Y TELEFÓNICOS
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ANÁLISIS
URBANISMO EDICIÓN 161 DICIEMBRE 2011 - FEBRERO 2012
INSUMOS 75 La mejor referencia para la creación de sus presupuestos. Encuentre los precios actualizados de materiales, equipos, mano de obra, transporte y demás tarifas aplicables a la construcción. Tenga en cuenta que estos valores corresponden a la cantidad mínima y no incluyen descuentos ni condiciones especiales.
ANÁLISIS
RESUMIDOS GENERALES Consultamos a constructores de las cuatro principales ciudades del país y promediamos para usted el valor total de cada análisis y su mano de obra. Recuerde que estos valores no incluyen gastos del constructor ni porcentajes de imprevistos o de utilidad.
ANÁLISIS
DETALLADOS
GENERALES
171 ANÁLISIS DETALLADOS ELÉCTRICOS Y TELEFÓNICOS
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Estudie en esta sección los análisis unitarios para actividades eléctricas. Estos incluyen materiales, mano de obra, equipos y transporte.
Para actividades de urbanismo, estos análisis unitarios y detallados resultan muy útiles. Incluyen materiales, mano de obra, equipos y transporte.
181 Profundice la información de los análisis unitarios y consulte las especificaciones y costos de las diversas actividades que conforman cada uno. Tenga en cuenta que estos valores no incluyen gastos del constructor ni porcentajes de imprevistos o de utilidad.
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1 INFORME ESPECIAL ADHESIVOS Y MORTEROS
De la
albúmina al acrilato
Fotos: ThinkStock y cortesía Archivo privado de 3M
INFORME ESPECIAL
ADHESIVOS Y MORTEROS
Recuento de la evolución histórica de los adhesivos y los morteros.
Un joven de tez ocre, tiznado por el sol de los días de verano en Egipto, se agazapa en la arena compacta de la meseta de Giza. Sostiene, por sus asas, una olla de piedra en cuya base cóncava borbotea una solución viscosa y blanquecina compuesta de huesos, piel, cuernos y cascos de bestias de las estepas. Concluido el hervor de la mixtura, aguarda el ocaso del día. A la luz de la luna, permea el revés de una fina lámina de madera barnizada, con ayuda de una brocha impregnada de la mezcla pegajosa preparada horas atrás. Enseguida, traslapa la lámina sobre un grueso tablón de roble y apoya tres rocas sobre la misma con el objeto de garantizar la unión de ambos materiales durante la madrugada. La escena fue esbozada en un muro de la tumba de Rekhmire, un visir de Egipto, durante la décimooctava dinastía del imperio, hace 4.000 años. Constituye una de las primeras pruebas de aplicación de promotores de adherencia, también denominados adhesivos, en la historia de la construcción.
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Los yacimientos arqueológicos dictan testimonio de la elaboración y aplicación de adhesivos de carácter orgánico en el Antiguo Egipto. Se han descubierto vestigios del uso de albúmina, miel de abejas, arcilla, goma, resina, yeso, sal, soldadura, natrón y fécula, por parte de los constructores
s, cuyas Los babilonio es datan construccion s a.C., de 1.500 año rrían también recu s a compuesto ra adhesivos pa solidez garantizar la turas. de las estruc
egipcios, para diversas aplicaciones como enchapar madera, adherir pinturas e incrementar la adherencia de preparaciones en yeso. Los babilonios, cuyas construcciones datan de 1.500 años a.C., también recurrían a compuestos adhesivos para garantizar la solidez de las estructuras, como lo evidencia la presencia de materiales basados en asfalto para unir los bloques de arcilla roja que conformaban los muros de sus templos. Los griegos y romanos, por su parte, estudiaron la fabricación de adhesivos con materiales orgánicos, siglos después. El físico y botánico griego Pedanio Dioscórides (50 d.C.) describió la preparación de pegamento con piel de búfalo e intestinos de ballena con fines medicinales. Con la caída de los antiguos imperios y el consecuente ocaso del estudio de la ciencia durante la Edad Media, se abandonó, en gran medida, la investigación de promotores de adherencia. CONSTRUDATA
Sin embargo, existe constancia de la utilización de argamasa, un tipo de mortero elaborado con cal, arena y agua, para sostener los muros de las catedrales erigidas en aquel periodo. En el siglo XVII, los científicos comenzaron a indagar sobre el principio de adhesión en sí mismo. Francis Bacon (1620) sugirió en su obra Novum Organum la existencia, en todos los cuerpos, de una tendencia natural a evitar el rompimiento, debido a la conjunción de compuestos heterogéneos en su sistema. Isaac Newton (1717), por su parte, conjeturó sobre la presencia de agentes en la naturaleza con la capacidad de mantener las partes de un cuerpo unidas, virtud de notables fuerzas de atracción.
La industrialización de los adhesivos
La producción de adhesivos se transformó durante el siglo XVIII. Hasta aquel entonces, el proceso de fabricación era artesanal y a pequeña escala. La primera mención a los promotores de adherencia, en los libros de patentes, corresponde a un pegamento registrado en Gran Bretaña en 1754. Se denominaba fish
glue (pegamento de pescado). Sin embargo, la primera industria organizada de pegamento y gelatina emergió en los albores del siglo XIX, de acuerdo con el autor Jerome Alexander. En su obra Glue and Gelatine (1923), Alexander sitúa las primeras fábricas de producción masiva en Lyons, Francia. La prematura industrialización de dicha clase de productos, en el Estado galo, se atribuye a los clamores populares en referencia a los altos valores nutricionales de la gelatina (una versión más pura del pegamento), desde la era napoleónica. Los primeros registros de elaboración industrial de pegamento en Estados Unidos datan de 1810. Consta la existencia de siete establecimientos enfocados en la producción de adhesivos aquel año y cuyas ganancias conjuntas ascendían a USD54.000. Para 1879, el número de empresas fabricantes llegó a 82, y sus ventas alcanzaron los USD13 millones. Los avances científicos en el desarrollo de promotores de adhesión basados en materia animal o vegetal se prolongaron hasta 1925. A partir de entonces, la investigación y el desarrollo de polímeros sintéticos transformarían la industria.
Los adhesivos se aplicaron como recurso para mejorar la construcción desde hace más de 4.000 años. Los primeros morteros se fabricaban con base en barro y rocas.
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Un trabajador posa al lado de un rodillo de papel de lija, o sandpaper, por su denominación en inglés. Antecedió a la cinta de enmascarar empleada para pintar automóviles.
“Aunque el primer polímero desarrollado por el hombre no apareció hasta la introducción del celuloide, por parte de Alexander Parks en 1862, es interesante anotar que la elaboración de polímeros sintéticos fue propuesta, en primera instancia, por Hooke en 1665”, señala el autor R.D. Adams en su libro Adhesive bonding: science, technology and applications. El primer adhesivo sintético fue desarrollado por Hans John en 1918. Se trataba de un fenolformaldehído. El desarrollo de dichas resinas en el ámbito industrial continuó en las décadas subsecuentes, siendo Frits Pollack uno de los portaestandartes de la innovación, en dicho campo científico, durante la década de los veinte. A Pollack se atribuye la primera patente de urea-formaldehído, en 1923. Los polímeros de poliuretano son consecuencia de una investigación llevada a cabo por el alemán Otto Bayer en 1937, cuyo resultado fue la patente del proceso de poliadición de isocianato.
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INFORME ESPECIAL
ADHESIVOS Y MORTEROS
INFORME ESPECIAL
ADHESIVOS Y MORTEROS
Las primeras plantas de fabricación de adhesivos se construían en regiones alejadas de la población porque expelían olores nauseabundos como resultado del procesamiento de materiales orgánicos como las orejas de los bueyes o la piel de los toros.
Otros hitos
Dick Drew era un químico de 3M a finales de la década de los veinte cuando visitó una ensambladora de autos y escuchó las quejas proferidas por los trabajadores con respecto a los métodos existentes para enmascarar durante el proceso de aplicación de pintura.
Su potencial como adhesivo fue descubierto en 1940. Desde entonces, los promotores de adherencia basados en poliuretano se han aplicado en la unión de vidrio, construcciones compuestas (acero y concreto), caucho, cuero y madera.
restringió acceso a las materias primas cuyo procesamiento se llevase a cabo con fines comerciales. Ello obligó a un acelerado desarrollo en el campo de los adhesivos sintéticos, en búsqueda de sustitutos”.
El sistema predilecto consistía en cintas con adhesivos fuertes y papel. No obstante, en la mayoría de casos, este método arruinaba la pintura aplicada con anterioridad y por ello Drew se inventó una cinta adhesiva para enmascarar, fabricada con un compuesto acrílico menos agresivo.
Uno de los avances más relevantes en el desarrollo de los adhesivos estructurales correspondió a la invención de las resinas epóxicas a finales de la década de los treinta. Las primeras resinas sintetizadas de este tipo fueron producidas por el doctor suizo Pierre Castan en 1936. Posteriormente, en la década de los cuarenta, también se desarrollaron los nitrilo-fenólicos, los vinilo-fenólicos, los acrílicos y los poliuretanos.
Para 1943, los documentos históricos evidenciaban la presencia de al menos una docena de adhesivos sintéticos en el mercado. Los más relevantes eran los fenol-formaldehídos y los urea-formaldehídos, empleados para propósitos estructurales como la construcción de viviendas en madera donde se requería la utilización de materiales adhesivos de alta resistencia a la humedad, los hongos y los insectos.
Como resultado del éxito de la cinta para enmascarar de 3M, Drew se aventuró en la fabricación de una cinta de celofán, cuyo propósito era proveer un sistema de sellado impermeable. Su desarrollo fue posible gracias a la creación de adhesivos incoloros. El producto se lanzó en 1930 y fue un éxito.
El florecimiento en aquellos años de la investigación de polímeros sintéticos, con fines adhesivos, respondió en gran medida a las necesidades impuestas por la guerra. Así lo explica el retirado vicepresidente de Desarrollo de 3M, John Pearson: “Cuando la guerra irrumpió, la compañía fabricaba cinta transparente Scotch recurriendo a adhesivos naturales de caucho, pero el Gobierno de Estados Unidos
En la década subsecuente se desarrollaron los cianocrilatos y los compuestos anaeróbicos. Veinte años después se introdujeron las poliamidas, el poli-benzimidezol y la poli-quinoxalina. En los setenta se mejoraron las propiedades de los adhesivos epóxicos y acrílicos mediante adiciones de caucho que incrementaron su resistencia al peeling,, a la fatiga y al impacto, sin comprometer sus propiedades básicas.
El Superbonder o Superglue, cuyo compuesto base es el polímero cianocrilato, constituye otro desarrollo significativo para la industria. Fue
El desarrollo de adhesivos químicos o sintéticos conllevó la apertura de nuevos laboratorios para promover su desarrollo. En la foto, laboratorio de 3M en 1937.
Los resultados de los primeros experimentos relativos al desarrollo de adhesivos se consignaron en cuadernos.
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CONSTRUDATA
ADHESIVOS Y MORTEROS
La industria automotriz empleaba métodos rústicos y destructivos para aplicar la pintura en las láminas de la carrocería, hasta la aparición de la cinta de enmascarar.
descubierto en 1942 por un grupo de científicos en búsqueda de plásticos sintéticos transparentes. En primera instancia, rechazaron el producto porque se adhería a cualquier superficie, incluida la piel humana; ello acarreaba dificultades para la fabricación de elementos sólidos. En 1951, no obstante, fue redescubierto por un par de investigadores pertenecientes a Kodak Company, Harry Coover y Fred Joyner, quienes reconocieron su potencial como promotor de adherencia. Siete años después, la dupla lanzó al mercado el Eastman 910. Sus principales atributos: alta resistencia y curado rápido.
Guerra La Segunda ó a un Mundial oblig sarrollo acelerado de de los en el campo téticos, adhesivos sin de en búsqueda las sustitutos de s. le resinas natura
Historia de los morteros
La historia de los morteros inició cuando los albañiles asieron entre manos el barro de los pantanos y lo utilizaron como recurso para unir rocas, ladrillos y bloques con el propósito de otorgar una forma definida a los muros de sus templos y viviendas. Con el transcurrir de los siglos, al barro se agregaron otros materiales, derivando en morteros primarios. Los babilonios y sumerios mezclaban betún con arcilla, ciertas clases de tierra
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INFORME ESPECIAL
ADHESIVOS Y MORTEROS
y fibras vegetales. Los griegos disponían, a su vez, de su propia mezcla de arcilla con bitumen. El mortero de cal no nació en Egipto, como se asume en la cultura popular, sino en la Creta minoica, hará unos 3.000 años. Además de combinar cal viva con agregados para fabricar mortero, los minoicos añadieron arcilla quemada, otorgando mayor durabilidad a la mezcla. Desde aquel entonces, la dualidad del mortero de cal fue reconocida por los albañiles, lo cual derivó en dos métodos de preparación:
s John En 1918, Han primer desarrolló el tético. adhesivo sin un Se trataba de ehído. fenol-formald
por hidratación (mediante la estimulación de una reacción química empleando agua) o por carbonatación (interactuando con el aire y absorbiendo dióxido de carbono hasta convertirse en calcio carbonatado). Al primer producto se le denomina cal apagada y al segundo, cal viva. Los romanos aportaron a la evolución de los morteros introduciendo arenas volcánicas a la cal, en proporciones exactas. Dichos materiales se denominaban pozzolans, en honor a una colonia griega bautizada Pozzuoli, fuente de extracción del recurso natural, asentada en el Golfo de Nápoles. Los morteros fabricados por medio de dichos procederes no requerían del aire para fraguar. Por ende, podían usarse bajo el agua. Aquel fue el origen de los morteros hidráulicos primitivos. Posteriormente, en el siglo XVIII, John Smeaton fue contratado para reconstruir el faro de Eddystone, al suroeste de Inglaterra. En su intento por obtener cal a prueba de agua, Smeaton descubrió que la arcilla y la roca de cal, sometidas a cierta temperatura, derivaban en cal hidráulica.
La cinta de enmascarar (a la izquierda) fue inventada por el químico Dick Drew a finales de la década de los veinte. Emplea un adhesivo acrílico de baja resistencia.
Los primeros registros de elaboración industrial de n pegamento e os Estados Unid 0. datan de 181
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ADHESIVOS Y MORTEROS
El desarrollo de adhesivos sintéticos se vio impulsado por la carencia de materias primas, como el caucho, durante la Segunda Guerra Mundial.
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Fue Smeaton quien vinculó la piedra Portland con la cal hidráulica por primera vez y allanó el camino para un grupo de emprendedores, quienes patentarían diversos productos cementicios de carácter comercial como el cemento Romano, el cemento Británico y el cemento Portland. Cabe destacar el descubrimiento fortuito del cemento Portland por parte de un químico llamado Isaac Charles Johnson, a mediados del siglo XIX. De acuerdo con los relatos consignados en los documentos históricos, Johnson buscaba el secreto de un producto de la competencia (una formulación de cal hidráulica producida por la empresa Aspdin) cuando, de forma accidental, sobrecalentó el mismo más allá del punto donde se transformaba en clínker. Intrigado por las posibilidades del material resultante, Johnson lo sumergió en agua y se maravilló al descubrir su enorme dureza, superior a la de cualquier compuesto existente hasta entonces. Desde aquellos años se fabricó el mortero moderno, compuesto por cemento Portland, cal y arena, beneficiándose de cada uno de sus componentes e incrementando sus propiedades y aplicativos.
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Fotos: cortesĂa Archivo privado de 3M, Archivo de Henkel Colombia, Cemex Colombia, Holcim Colombia y ThinkStock.
INFORME ESPECIAL
ADHESIVOS Y MORTEROS
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Para garantizar la resistencia del mortero, se somete a pruebas de laboratorio de acuerdo con las normas establecidas.
CONSTRUDATA
Tipificación de adhesivos
y morteros Revisión detallada a las diversas clasificaciones existentes, así como a sus principales usos en la construcción.
ADHESIVOS Para hacer claridad, adhesivo es aquella sustancia que, aplicada entre las superficies de dos materiales, permite una unión resistente a la separación, de acuerdo con el doctor en ingeniería mecánica de la Universidad de Los Andes, Juan Pablo Casas; se denominan sustratos o adherentes a los materiales objeto de unión adhesiva. El conjunto de interacciones físicas y químicas llevadas a cabo en la interfase adhesivo/ adherente es llamada adhesión.
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MORTEROS Mortero, en su definición general, es toda mezcla de cemento, agua y arena. Su función puede ser estructural o no. Los morteros de reparación o los morteros fluidos, por ejemplo, cuentan con una función estructural, mientras que las variedades empleadas para pega de pañetes, no.
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INFORME ESPECIAL
ADHESIVOS Y MORTEROS
INFORME ESPECIAL
ADHESIVOS Y MORTEROS
Adhesivos Clasificación El concepto de adhesión ha sido abordado desde diversas perspectivas teóricas, aunque ninguna definición establecida ha resultado satisfactoria. Por ejemplo, según el científico Shougen Wu, la adhesión refiere a un estado en que dos cuerpos se unen por medio de un íntimo contacto entre sus superficies, derivando en la transferencia de las fuerzas mecánicas a través de la interfase. POR FUNCIÓN
TEORÍAS PRINCIPALES DE ADHESIÓN
Las conexiones adhesivas pueden dividirse en dos categorías: estructurales y no estructurales. 1. Adhesivos estructurales: se trata de materiales de gran resistencia y rendimiento. Su función primaria es unir estructuras y soportar altas cargas. A esta categoría pertenecen algunos epóxicos, adhesivos poliéster, acrílicos, poliuretanos y viniléster. 2. Adhesivos no estructurales: refiere a materiales que no se encuentran sometidos a altas cargas, pero mantienen a los objetos adheridos en su posición de pega. Los sellantes empleados para rellenar fisuras en las placas de concreto o los adhesivos utilizados en los post-it constituyen un ejemplo.
De acuerdo con el Departamento Técnico de Adhesivos para la Construcción de Sika Colombia, hay tres teorías principales:
1
Encaje o trabazón mecánica: refiere al anclaje mecánico del adhesivo en los poros y segmentos irregulares de la superficie.
2
Electroestática: alude a la divergencia entre electronegatividades de los materiales objeto de adhesión.
3
Adsorción: estipula que la adhesión resulta del contacto molecular entre dos materiales y las fuerzas de atracción superficiales que desarrollan, definidas con recurrencia como fuerzas de Van Der Waals.
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CONSTRUDATA
POR COMPOSICIÓN QUÍMICA En términos de sustancias involucradas, el principal componente de un adhesivo o sellante es un polímero orgánico con uno o más componentes, cuya reacción química deriva en un polímero sintético. 1. Una de las clasificaciones tentativas existentes tipifica los polímeros en tres clases:
Termoendurecibles: como los epóxicos y el poliéster.
TEMPERATURA
Termoplásticos: como los copolímeros de vinil acetato, el acetato de polivinilo, el éster poliacrílico y el monómero de metil metacrilato.
Elastómeros: como el poliuretano, el polisulfuro, la silicona, el estireno butadieno, y el cloropreno.
Todos los polímeros cuentan con una temperatura de transición vítrea (Tg). Por debajo de dicha magnitud se comportan como materiales duros e inflexibles, por encima, se tornan blandos y flexibles. “En su estado blando, las propiedades mecánicas del adhesivo se reducen de forma ostensible. Algunos polímeros son empleados a temperaturas superiores a su Tg y otros por debajo”, señala el ingeniero de Edificación y Vivienda de Sika, Andrés Vanegas Castillo. La temperatura de un adhesivo estructural duro debe encontrarse por debajo de la Tg, pero por encima de la temperatura ambiente. En adhesivos duros no estructurales la temperatura de servicio es irrelevante, en caso de que el ablandamiento no incida en el comportamiento esperado de la pega. Los elastómeros son empleados por encima de su Tg, cuando se encuentran en estado blando.
Los polímeros termoplásticos resisten cambios abruptos de temperatura, reflejados en el endurecimiento del material por enfriamiento y el ablandamiento por incremento de calor, sin perder sus propiedades. Los termoestables y elastómeros son insolubles después de curados por calor u otros medios. Adicionalmente, los elastómeros son elásticos o rebotan, lo cual los convierte en materiales idóneos para resistir la deformación.
2. Otra de las clasificaciones discrimina los adhesivos poliméricos en dos familias:
Con base en agua (u otro compuesto acuoso): como el acetato de polivinilo, los copolímeros de vinil acetato y el éster poliacrílico. (adhesivos látex)
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Libres de solventes: como los epóxicos, el poliéster, los monómeros, los polisulfuros, los poliuretanos y las siliconas.
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INFORME ESPECIAL
ADHESIVOS Y MORTEROS
INFORME ESPECIAL
ADHESIVOS Y MORTEROS
Características
EPÓXICOS Son los más conocidos y aplicados en la construcción. Se suelen componer de una resina epóxica, un agente curador de amina o poliamida, diluyentes reactivos y, en algunos casos, llenantes inorgánicos y agentes tixotrópicos.
Epóxicos cerámicos para restaurar bombas de agua.
os Los epóxic s o son idóne para unir etales diversos m obre, como el c el el acero y aluminio.
r
Estas son las principales propiedades y aplicaciones de los adhesivos de uso recurrente en la industria de la construcción.
Algunos promotores de adherencia basados en resinas epóxicas trabajan para desempeñarse a temperaturas inferiores a los 10ºC o superiores a los 35ºC. Como ocurre con la mayoría de adhesivos estructurales, para obtener máximo rendimiento –en particular bajo condiciones adversas– es necesario preparar la superficie de forma adecuada. Los epóxicos son idóneos para unir diversos metales como el cobre, el acero y el aluminio. Ofrecen resultados similares con el vidrio, la madera, el concreto, el papel, la tela y la cerámica.
Ventajas:
alta resis1. Su baja retracción y a alta tencia. “Cuentan con un d del ida alin tolerancia a la alc eniero ing el ca sta concreto”, de s. ga ne Va Andrés 2. Cuentan con excelente istencia fuerza de cohesión y res química. de ácidos, 3. Soportan el ataque tes. aceites, alcalinos y solven
Desventajas:
1. Largos perio dos de curado característicos de la mayoría de epóxicos. Lo s rangos de curado oscilan de 3 horas a 60 ºC, a 20 min utos a 100º C, y a temperatura am pueden tomar ha biente sta un día. 2. Baja resisten cia al peel.
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SILICONAS
Las siliconas se clasifican de acuerdo con el subproducto liberado durante el proceso de curado:
Acéticas: desprenden ácido acético, lo cual genera efectos corrosivos en algunos metales como el cobre.
Alcoxi: liberan alcoholes como el metanol.
Amínicas: liberan aminas.
Oxímicas: liberan oximas. También se las denomina siliconas neutras.
El sistema de curado clásico de las siliconas es por humedad. No obstante, formulaciones recientes incluyen fotoiniciadores en su composición, por ende, curan bajo la emisión de rayos UV. Su principal aplicación reside en entornos no estructurales. Se ha intentado introducir siliconas en otros adhesivos, como los epóxicos y fenólicos, pero el producto resultante ha carecido de buena resistencia y sus tiempos de curado son prolongados. Por ese motivo, sus características se adaptan a procesos de sellado de juntas y grietas, así como a la impermeabilización de estructuras expuestas a la humedad.
Ventajas:
r
Las siliconas muy ostentan una idad buena estabil baja termal, pero iva. Su fuerza adhes cación principal apli rnos reside en ento les. no estructura
1. Buena adhesividad y sellado para variedad de sustratos. 2. Permanecen flexibles entre -55ºC y 250ºC. 3. Son resistentes al ozono, los rayos UV y la humedad. 4. Buena estabilidad termal.
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Desventaja:
a.
siv 1. Baja fuerza adhe
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Ventajas:
Selladores para tuberías de gas, agua, aire...
Desventajas:
1. Su uso con concreto se ha limitado debi do a su baja resistencia adhesiva. Los tipos flexibles se em sistemas de mem plean en br pega de tabletas ana y en de cerámica al concreto en do nde resistencia al im se requiere 2. Tiene la nece pacto. sidad de recurr ir a imprimacione s pa cabo uniones es ra llevar a tructurales. 3. Pobre resist encia a los rayo s UV, lo que limita su utilización a interiores.
POLIURETANOS
Los adhesivos de poliuretano se encuentran disponibles tanto para materiales flexibles como rígidos, sellantes criogénicos y revestimientos resistentes a la abrasión. Los poliuretanos son empleados para unir plásticos, con superficies cuya energía superficial es baja, con materiales disímiles o metales.
Poliuretanos para adhesión de vidrios, cubiertas, entre otros.
go de 1. Sellan un amplio ran sustratos. s entre 2. Permanecen flexible ºC. 80 y ºC -40 ncia a los 3. Ofrecen buena resiste . cos ími productos qu se puede 4. El adhesivo aplicado pintar. erable 5. Presentan una consid ado del cur l de tes resistencia an producto. y suaves. 6. Producen olores mu de os en 7. Presentan fenóm les ab ech rov histéresis, ap dos o rui los ar igu ort para am vibraciones.
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Esquema: cortesía Chema
ACRÍLICOS
Algunas resinas acrílicas se emplean, en algunos casos, para pegar láminas de metal. El metilmetacrilato y los monómeros metacrilatos de alto peso molecular de la familia de los acrílicos son empleados como adhesivos libres de solvente para el concreto. “Suelen agregarse al mortero para formar un mortero adhesivo fluido empleado para llenar líneas anchas de pega y proporcionar un curado adecuado para el servicio en 30 minutos a 2 horas”, explica el ingeniero de Rehabilitación de Estructuras de Sika Colombia, Jorge Rendón. Proporcionan notables niveles de adhesión en numerosa variedad de sustratos como el aluminio, el cobre, el acero inoxidable e incluso la fibra de carbono. Algunos adhesivos acrílicos curan en un rango de entre 2 y 20 minutos, y otros consiguen endurecerse en menos de 10 segundos. Sin embargo, la conclusión absoluta del proceso de curado puede conllevar hasta 24 horas. Otra área de aplicación la constituye la unión de sustratos disímiles, incluyendo metales y otros materiales con diferentes coeficientes de expansión. Por su parte, las cintas adhesivas suelen recurrir a adhesivos acrílicos de baja o alta resistencia, dependiendo de su aplicación.
Desventaja:
Ventajas:
1. Alta tolerancia a super ficies mal preparadas. 2. Curado rápido a temperatura ambiente, el cual puede acelerarse por medio de un incremento de temperatura o el uso de un catalizador. 3. Baja contracción durante el periodo de curado. 4. Buena resistencia al peeling y al impacto. 5. Notable tolerancia a la incidencia de factores ambientales y las altas temperaturas (hasta 177ºC).
Las uniones llevadas a cabo con acrílicos suelen resistir inmersiones en isooctano, aceite de motor, fluido hidráulico, soluciones de cloruro de sodio al 10%, agua destilada, alcohol etílico, ácidos minerales diluidos y alcalinos.
contacto con 1. No soportan el s y solucioácidos concentrado na, pero nes alcalinas o aceto protecte en ag “constituyen un iones en cc tru ns co tor para las os sometidos concreto, en ámbit as, como a dispersiones salin cercanos jes ra pa ocurre en los Rendón. ta en m ple m al mar”, co
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Ventajas:
to. 1. Rápido endurecimien lículas pe con a 2. Alta resistenci o. siv he finas de ad adores o 3. No requieren cataliz agregados. se de 4. No liberan ninguna cla ado. cur el te ran du solvente n sobre sió pre de n ció lica 5. La ap para nte icie la superficie es suf n. sió he ad garantizar la . 6. Muy baja contracción
Desventajas:
1. Su tolerancia a la humedad es baja. 2. Las uniones entre metales tienden a debilit arse en pocos meses.
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CIANOCRILATOS
Los cianocrilatos forman fuertes uniones termoendurecidas entre numerosos materiales sin necesidad de un catalizador o la aplicación de calor. Son útiles para unir metal con otros materiales no metálicos. Algunos productos de dichas características han registrado resistencias superiores a los 13.7 MPa. Se recomienda aplicar los cianocrilatos en películas muy finas, ello incrementa su resistencia y velocidad de curado. En general, las propiedades de estos adhesivos se conservan después de varios años. Las uniones de caucho-caucho y caucho-metal se mantienen, incluso a la intemperie, por hasta siete años. Las uniones de plástico-plástico y plásticocaucho han demostrado durabilidad superior a un lustro.
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POLIÉSTERES Las resinas poliéster pueden dividirse en dos grupos distintos: saturados (termoplásticos) y no saturados (termoendurencibles). Los poliésteres saturados cuentan con pocas aplicaciones, excepto en hot meals de alto rendimiento. El grupo de termoendurecibles requiere un catalizador de curado y posee pocos usos como adhesivo; sin embargo, es empleado para construir o reparar suelos de concreto en la construcción. La mayoría de polímeros de la clase referida se consideran inflamables. Su punto de ignición se encuentra por debajo de los 38ºC. Sin embargo, algunos productos en el mercado incrementan su resistencia al fuego.
Ventajas:
1. Alta resistencia a los ambientes ácidos. 2. El uso de algunos productos en el mercado incrementa su resistencia al fuego.
Desventajas:
poliésteres no 1. La mayoría de n a sustratos bie n re se adhie s. húmedos o mojado ideran ns co se ía or ay m 2. La punto su es pu inflamables, tra por en cu en se ón de ignici . debajo de los 38ºC
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Desventaja
s:
depend de curado 1. La velocida ratos tratados de de los sust uede tardar e. P con el sellant y 24 horas. os ut in m 5 entre ento ble el increm sa en sp di in ar el 2. Es er el ac ra para de temperatu rado. proceso de cu
ANAERÓBICOS
Ventajas:
de metal, 1. Pegan cualquier tipo o. Alta vidrio, cerámica o plástic finas las lícu pe resistencia con o. de adhesiv ra desli2. Por su capacidad pa s, son zarse en zonas angosta para tes lan usados como sel de un os nill tor y s rca fijar las tue roscas, ensamblaje, para sellar as, ric retener piezas cilínd ar acoplar bridas e impregn piezas. se de 3. No liberan ninguna cla o. cur solvente durante el ad lípe la s, do 4. Una vez aplica con cula de adhesivo cuenta la a a nci iste res nte excele sy mayor parte de los líquido de go ran un de gases dentro y ºC -54 tre en ura temperat 232ºC.
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Pertenecen a la familia de acrílicos y su formulación promueve el curado bajo ámbitos carentes de oxígeno. Se trata de monómeros líquidos cuyo proceso de polimerización se lleva a cabo en condiciones anaeróbicas. El proceso de endurecimiento transforma el adhesivo en una resistente resina plástica. El contacto con el aire, por el contrario, mantiene al adhesivo en su forma líquida. Las superficies metálicas aceleran el proceso de curado. La presencia de iones metálicos suscita la generación de radicales libres en su reacción con los peróxidos existentes en la formulación del adhesivo.
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SILANOS MODIFICADOS
Los silanos modificados son un grupo de adhesivos basados en poliésteres terminados en grupos siloxanos. Su endurecimiento ocurre entre 10 y 20 minutos después de su aplicación. Su composición química permite la inclusión de agentes promotores de adhesión que mejoran sus propiedades y permiten su uso en variedad de sustratos como los plásticos y el vidrio.
Ventajas:
1. Presentan viscosidades bajas. 2. Permanecen flexibles entre -40ºC y 100ºC. 3. Buena resistencia a los productos químicos. 4. Buena resistencia a los rayos UV. 5. El adhesivo aplicado se puede pintar. 6. Segrega subproductos de bajo olor (metanol). 7. No corroe los sustratos, ello favorece su uso como sellante en la construcción.
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Anclajes DE PERNOS Y VARILLAS AL CONCRETO (Basado en un informe técnico referente a adhesivos para el anclaje de pernos y varillas al concreto, publicado por Sika Colombia).
Existen dos categorías para los sistemas de anclajes, preinstalados y posinstalados. Los anclajes se emplean tanto para la fijación de elementos estructurales como no estructurales.
1. Sistemas preinstalados Los sistemas de anclajes preinstalados incluyen anclajes embebidos no ajustables de varios tipos y formas, conexiones atornilladas, y anclajes ajustables colocados en su sitio antes de vaciar el concreto. También se denominan anclajes vaciados en obra. En sentido estricto, las varillas de refuerzo de una construcción de concreto nueva son anclajes preinstalados, con longitudes de anclaje y traslapo diseñadas para alcanzar la falla del acero por fluencia.
2. Sistemas posinstalados Los sistemas posinstalados son aquellos colocados dentro de una perforación taladrada con anterioridad o en un espacio dejado en el concreto de primera etapa. Estos pueden dividirse en dos tipos: anclajes adheridos y anclajes mecánicos.
Anclajes adheridos Existen dos tipos de anclajes adheridos, los anclajes con relleno y los anclajes químicos. La diferencia entre los dos radica, ante todo, en el diámetro del orificio, siendo más grande el tamaño del mismo en los anclajes con relleno (1,5 veces el diámetro del perno). Los anclajes con relleno pueden conformarse por pernos con cabeza, sin cabeza u otra variedad de formas instaladas con un mortero fluido o grout, con base en cemento o con base en resinas, como lo son los morteros epóxicos. Los anclajes químicos se encuentran conformados por pernos roscados, barras o varillas fijadas al concreto con un polímero o resina de dos componentes. Los sistemas de anclaje referidos desarrollan sus capacidades de soporte mediante la unión del adhesivo tanto al anclaje como al concreto en la pared del agujero perforado. En la práctica, se efectúan conexiones entre elementos de concreto reforzado con pernos y varillas de refuerzo posinstalados y pegados con un adhesivo en orificios taladrados en el concreto con fines como:
1. Vaciado de losas de pisos adicionales. 2. Cerramiento de aberturas temporales. 3. Vaciado de nuevos muros o ampliación de edificios existentes. 4. Conexión de columnas con la fundación. 5. Conexión de elementos en voladizo como balcones, escaleras y losas de llegada. 6. Rehabilitación y reforzamiento sísmico de elementos estructurales.
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Pros y contras
Por qué SÍ adhesivos
1. Bajo peso comparado con su competidor, es decir, remaches, tornillos o tuercas. 2. Mayor nivel de cargas por unidad de área. 3. Mejor acabado superficial. 4. Las propiedades mecánicas de los materiales unidos se mantienen. 5. Algunos adhesivos son fáciles de reparar. 6. Alta capacidad de amortiguación gracias a su comportamiento viscoeslástico. 7. Capacidad para unir materiales frágiles.
Hysol: adhesivos estructurales para adherir tenazmente en combinación todo tipo de materiales.
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Por qué NO adhesivos
1. Algunos son sensibles al medioambiente (humedad y rayos UV). 2. Sus propiedades mecánicas dependen de sus condiciones de carga. 3. Ofrecen mayor resistencia a cortante pero no al peeling o pelado. 4. No existen muchos códigos o estándares para uniones. 5. Es difícil emplear técnicas no destructivas para revisar el estado del adhesivo. 6. Su aplicación requiere de una mayor experticia técnica.
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Morteros Clasificación Los morteros se dividen en dos categorías: de mampostería y de reparación. DE MAMPOSTERÍA El mortero en un muro de mampostería representa entre un 10% y un 20% del volumen total del material; no obstante su efecto en el comportamiento de la pared es mucho mayor de lo que indica ese porcentaje. Esta es la razón por la que es determinante conocer previamente esta clasificación: 1. Morteros premezclados húmedos: son constituidos por materiales cementantes, agregados, agua y aditivos (dependiendo de la aplicación, los cuales son proporcionados y mezclados en planta). Dentro de esta familia pueden incluirse los morteros convencionales o los morteros larga vida cuyo almacenamiento en estado fresco puede durar hasta 48 horas. 2. Morteros premezclados secos: son compuestos por materiales cementantes, agregados secos y aditivos en polvo, los cuales son proporcionados y mezclados en planta. El proceso de mezclado del mortero seco debe concluirse en el sitio de la obra, con la adición controlada de agua, de acuerdo con las indicaciones del fabricante.
FUNCIONES: 1. Estética: otorga acabado al muro, colorido o textura.
El mortero seco tiene, entre otras funciones, el relleno de celdas.
2. Estructural: liga las unidades de mampostería, impide la penetración del agua y el aire, se adhiere al refuerzo de las juntas, a los amarres metálicos y a pernos anclados, y protege la estructura.
DE REPARACIÓN
Los usos de este tipo de morteros van desde ocultar imperfecciones del hormigón producto de la obra gruesa, maquillar fachadas de hormigón en interiores y exteriores, afinar pilares, muros, cadenas y vigas, hasta reparar losas de puentes, aeropuertos o parqueaderos o revertir construcciones para impedir el deterioro por agentes externos. El mortero tipo O puede utilizarse en paredes y divisiones sin carga o para revestimientos exteriores que no se encuentren sometidos a condiciones climáticas extremas.
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El mortero tipo S se recomienda para aquellos casos en que el mortero es el único promotor de adherencia con la pared.
Características Estas son las principales propiedades y aplicaciones de los morteros de uso recurrente en la industria de la construcción.
De mampostería tipo M 1. Es una mezcla de alta resistencia. 2. Ofrece mayor durabilidad que otros morteros. 3. Se recomienda para mampostería reforzada y sometida a grandes cargas de compresión. 4. Se debe usar en estructuras en contacto con el suelo: cimentaciones, muros de contención, aceras, tuberías, entre otros. 5. Su resistencia mínima a la compresión después de 28 días es de 175 MPa.
De mampostería tipo N 1. Se trata de un mortero de propósito general. Se utiliza en estructuras al nivel de suelo. 2. Es idóneo para enchapes en mampostería, paredes internas y divisiones. 3. Su resistencia mínima a la compresión después de 28 días es de 50 MPa.
De reparación fraguado rápido Morteros empleados para reparar losas de puentes, aeropuertos o parqueaderos. Se secan en un tiempo aproximado de 2 horas. Tras este periodo pueden alcanzar resistencias a la compresión cercanas a las 2.500 libras por pulgada cuadrada.
De mampostería tipo O 1. Es un mortero de baja resistencia y con un alto contenido de cal. 2. Pueden utilizarse en paredes y divisiones sin carga o para revestimientos exteriores que no se encuentren sometidos a condiciones climáticas extremas. 3. Son usuales en construcciones de uno o dos niveles.
De mampostería tipo S 1. Ofrece alta adherencia. 2. Debe usarse para estructuras sometidas a cargas de compresión normales. 3. Su uso se recomienda para aquellos casos en que el mortero es el único promotor de adherencia con la pared, como es el caso de revestimientos cerámicos, pañetes, entre otros. 4. Su resistencia mínima a la compresión después de 28 días es de 125 MPa.
De reparación estructural Más baratos pero con menor tiempo de fraguado. Se emplean en la reparación de vigas o columnas. Ostentan altos niveles de adherencia y propiedades tixotrópicas (no escurren). Su bajo grado de retracción impide la fisuración.
De reparación acrílico Se trata de un mortero cuya agua de amasado es reemplazada por un adhesivo acrílico, lo que incrementa su adherencia.
De reparación fluido o grout Se elabora con un material cementoso muy fluido, entre cuyas propiedades se encuentran la baja retracción y su capacidad de expansión. Se utiliza para el recrecimiento de secciones específicas como los soportes de una estructura metálica.
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De reparación barreras transitorias de vapor Refiere a una variedad de mortero con resinas epóxicas, agregado sobre el mortero de reparación cuando se requiera aplicar pintura sobre la zona tratada en un corto periodo de tiempo.
Morteros de protección Esta variedad se emplea para revestir construcciones e impedir su colapso ante condiciones adversas extremas, como las altas temperaturas. Algunos, incluso, llegan a resistir temperaturas superiores a los 1.000ºC.
Clasificación tomada del documento La tecnología de los morteros, del profesor Rodrigo Salamanca Correa. Universidad Militar Nueva Granada. 2001.
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y adhesivas -
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Normas técnicas
para uniones Por Juan Pablo Casas
Esta concienzuda revisión, presentada a manera de guía, le será de gran utilidad a la hora de enfrentarse a distintos materiales y sistemas.
Varios autores han indicado las ventajas y desventajas de los adhesivos estructurales1,2; sin embargo, es bien conocido por los ingenieros estructurales que estos tipos de uniones son diseñados de forma diferente respecto a otros sistemas de unión. Lo anterior se debe a que las uniones adhesivas maximizan la resistencia del área de unión, contrario a las uniones rápidas o soldadas, donde las cargas están soportadas por zonas puntuales. La resistencia de uniones adhesivas está determinada por cuatro características principales: 1. Las propiedades mecánicas del adhesivo y del sustrato (materiales que se están uniendo). 2. Los efectos propios del método de fabricación de la unión y las condiciones ambientales que afectan a la misma. 3. La calidad de la superficie del sustrato donde se aplica el adhesivo. 4. Tipo y dimensiones de la unión.
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Debido a la influencia de las anteriores características sobre el desempeño de las adhesivos estructurales, se han desarrollado varias normas, como la ASTM (American Society for Testing and Materials) o la BS (British Standards). Para efectos de practicidad y evitar repetición de normas, este artículo sólo hace referencia a las normas ASTM, las cuales están en capacidad de caracterizar la respuesta mecánica de las uniones cuando están sometidas a cargas de tensión, cortante, flexión, impacto, fatiga, ambientales, entre otras. La definición de algunos términos asociados con las uniones adhesivas se presenta en la norma D907-11.
Cargas de tensión
Las propiedades de una unión adhesiva a tensión, la cual es definida como una carga aplicada en dirección normal a la línea de pegado, son importantes en el momento de diseñarlas debido a la baja resistencia que presentan los adhesivos bajo esta condición de carga. Por lo anterior, se han desarrollado pruebas como la D897-01 o
la D2095 para cuantificar esta resistencia: la primera consiste en probar a tensión sustratos adheridos con sección transversal circular, en la segunda, con cuadrados. Los resultados de este tipo de pruebas pueden ser útiles para determinar comparativamente las propiedades del adhesivo. Sin embargo, se ha estudiado que a pesar de ser un diseño sencillo de unión, estas pruebas presentan problemas de bordes, lo cual conlleva a que la distribución de esfuerzos no sea homogénea en el plano perpendicular de carga. Por otra parte, los resultados de estas pruebas pueden estar afectados, entre otros factores, por la relación entre el área de unión y el espesor del adhesivo.
Cargas cortantes
Las uniones adhesivas son diseñadas, principalmente, para soportar cargas cortantes, las cuales se definen como cargas paralelas a la línea de pegado. Muchos reportes técnicos presentan las características a cortante en las
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está en La norma ASTM racterizar capacidad de ca ecánica de la respuesta m do están las uniones cuan , rgas de tensión ca a as id et m so n, impacto, cortante, flexió . les, entre otras fatiga, ambienta
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uniones adhesivas por medio de los resultados obtenidos en probetas de tipo traslape simple, elaboradas y probadas a tensión siguiendo la norma D1002-01. No obstante, estas pruebas también son de tipo comparativo, dado que este tipo de unión no se encuentra sometido únicamente a cargas cortantes. Lo anterior se debe a que la unión no es simétrica y, a medida que la carga es aplicada, se observa una leve o severa rotación del área de unión (dependiendo del material del sustrato y del espesor de este), lo cual impondrá una condición de cargas para ciertas zonas a cortante y otras en tensión-compresión. Adicionalmente, se presenta una distribución de esfuerzos no homogénea a lo largo de la línea de unión, obteniendo una concentración de los esfuerzos cortantes y normales en los filetes de la misma. Con el fin de disminuir estos problemas, probetas con mayores espesores pueden ser utilizadas siguiendo la norma D3163-01 o reforzando el sustrato en la zona no adherida, tal como lo presenta la norma D3165-07; incluso, para sustratos no metálicos, en especial madera, es utilizada la norma D2339-98. Otros tipos de configuraciones también han sido utilizados para estudiar el comportamiento a cargas cortantes de una unión adhesiva cuando está sometida a tensión, como son las uniones de traslape doble. El objetivo con este tipo de uniones es disminuir el efecto de rotación mencionado anteriormente, además de disminuir las cargas por cortantes en cada unión. La norma D3528-96 indica cómo construir y probar el tipo de uniones de traslape doble. Por otro lado, las propiedades a cortante durante compresión en uniones adhesivas, especialmente cuando se está uniendo maderas, pueden ser obtenidas por medio de la norma D905-03, que describe la forma de probar bloques macizos de madera adherida. La norma D906-98, por su parte, indica el procedimiento para bloques de madera laminada.
para probar adhesivos tipo hot melt a ciertas condiciones ambientales.
Mecánica a la fractura
Los materiales poliméricos, en este caso los adhesivos, debido al proceso de preparación de la unión son propensos a contener defectos, los cuales pueden ser estudiados desde la mecánica a la fractura. Específicamente, se desea conocer de forma cualitativa o cuantitativa la tasa de liberación de energía crítica (Gc) o el factor de concentración de esfuerzos crítico (Kc) que tiene el sistema de unión (sustrato, preparación de la superficie, adhesivo y condiciones ambientales). Esto debido a que, entre otros parámetros, los adhesivos son seleccionados dependiendo del valor Gc o Kc del sistema (los valores de Gc o Kc deben ser tomados con atención, ya que son característicos del sistema y no únicamente del adhesivo). La mecánica a la fractura estudia el fenómeno de crecimiento de grieta debido a tres modos de carga: apertura, deslizamiento y desgarramiento. Como se mencionó anteriormente, las configuraciones de la unión adhesiva son diseñadas para soportar principalmente cargas
PRINCIPALES NORMAS TÉCNICAS DE CONSULTA NTC 3329: “Ingeniería civil y arquitectura de morteros para mampostería”. NTC 3356: “Concreto, morteros premezclados para mampostería”. NTC 3546: “Métodos de ensayo para determinar la evaluación en laboratorio y en obra de morteros para unidades de mampostería simple y reforzada”. NSR-10: “Reglamento colombiano de construcción sismorresistente”. NTC 4048: “Morteros de inyección-grout para mampostería”. NTC 4043: “Métodos de ensayo para el muestreo y ensayo de mortero de inyección grout”.
Cargas de flexión
Otro tipo de cargas que pueden soportar las uniones adhesivas son las de flexión. Una de las pruebas más comunes es la indicada en la norma D1184-98, donde las probetas con sustratos metálicos o de madera son adheridas con adhesivos rígidos de tal forma que puedan soportar fuerzas cortantes sobre una gran área. Otras pruebas están orientadas a determinar únicamente la flexibilidad de un adhesivo, como sucede con la D3111-99, la cual es utilizada
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La mecánica a la fractura estudia el fenómeno de crecimiento de grieta debido a tres modos de carga: apertura, deslizamiento y desgarramiento. cortantes, sin embargo, esto no excluye que algunas zonas de las unión soporten cargas a tensión debido a la deformación de los sustratos. Un caso crítico de carga en las uniones adhesivas es el de apertura, el cual se puede desarrollar en zonas del adhesivo que esté a tensión y contenga imperfecciones. Una forma sencilla de determinar cualitativamente la resistencia a la apertura es la indicada por la norma D903-98; aunque configuraciones como la viga doble en voladizo (norma D1876-08 y D3807-98) o la desarrollada por la norma D1781-98, pueden ser de utilidad para determinar cuantitativamente Gc o Kc por medio de modelos analíticos –desarrollados específicamente para estas configuraciones–.
Fatiga en adhesivos estructurales
Los adhesivos estructurales sufren de fatiga como la mayoría de estructuras, lo cual significa una falla de la unión adhesiva cuando soporta cargas cíclicas que están por debajo de las indicadas como críticas para condiciones cuasi estáticas. La norma D3166-99 resume las características de la prueba a fatiga en probetas de traslape simple, cuyos resultados son presentados en diagramas de Wöhler, comúnmente llamados curvas S-N.
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Foto: cortesía Holcim Colombia
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Las configuraciones de la unión adhesiva son diseñadas para soportar principalmente cargas cortantes, sin embargo, esto no excluye que algunas zonas de la unión soporten cargas a tensión debido a la deformación de los sustratos.
Los resultados de estas pruebas deben interpretarse cuidadosamente. El comportamiento visco-elástico de los adhesivos implica que factores como la frecuencia de carga y la temperatura puedan modificar el comportamiento a fatiga del material. Otros tipos de pruebas que pueden dar información adicional a la anterior, son las orientadas a encontrar la velocidad de crecimiento de grieta para diferentes valores de G o K, la cual se basa en una probeta de tipo viga doble en voladizo (norma D1876-08) para identificar la tasa de crecimiento de grieta.
Desempeño frente a impacto
Otro comportamiento de los adhesivos, que en algunas aplicaciones es necesario estudiar, es su desempeño frente a impacto. La norma D950-03 describe la prueba a impacto en uniones adhesivas, basada en el acondicionamiento de una máquina para pruebas Charpy. Cabe anotar que diversos investigadores han estudiado esta prueba
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y han encontrado que las condiciones de carga pueden afectar los resultados debido a la desalineación entre el martillo-péndulo y la probeta. Adicionalmente, las estructuras que utilizan adhesivos estructurales soportan cargas muertas, las cuales, especialmente frente a la presencia de vibraciones, afectan la resistencia del material debido al fenómeno de fluencia lenta (creep). La norma D229396, cargando a compresión una probeta de traslape simple, o las normas D2294-96 y D1780-05, sometiendo las probetas a tensión, son comúnmente utilizadas para determinar el efecto de la fluencia lenta. Por otro lado, los ingenieros estructurales desean estudiar el deterioro en la resistencia de la unión cuando está expuesta a diferentes condiciones ambientes. Varias pruebas son posibles de realizar para medir dicho efecto, como son las normas D2295-96 y D2557-98, que cuantifican el efecto de exponer la unión a temperaturas extremas. Así mismo, otras normas como las D1151-00, D1828-01 y D2919-01 están dirigidas
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La norma D2293-96, cargando a compresión una probeta de traslape simple, o las normas D2294-96 y D1780-05, sometiendo las probetas a tensión, son comúnmente utilizadas para determinar el efecto de la fluencia lenta.
DEPORTIVAS a determinar la resistencia de la unión cuando está expuesta a varios niveles de humedad, temperaturas y soluciones. Las normas D1183-03 y D3632-98 han sido propuestas para indicar el porcentaje de disminución de la resistencia frente a envejecimiento acelerado de la unión. Además, durante la operación las uniones también pueden estar expuestas a agentes químicos o corrosivos, los cuales eventualmente pueden afectar la resistencia de la unión. La norma D896-97, para el primer caso, y la norma D3310-00, para el segundo caso, pueden ser utilizadas para analizar dichos efectos.
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ENCERRAMIENTOS
DE PROTECCIÓN
Finalmente, la resistencia de una unión adhesiva está directamente afectada por la calidad de las superficies por adherir. Varias técnicas de preparación de superficies han sido desarrolladas, las cuales pueden clasificarse como físicas y químicas. Su selección depende del tipo de sustrato por adherir y del adhesivo por utilizar. Varias normas son utilizadas para especificar las condiciones de preparación de las superficies. Algunas de estas son la D2093-03, la D2651-01 y la D3933-98. Este artículo, como ha quedado claro, no pretende resumir la totalidad de las normas propuestas para caracterizar la resistencia de las uniones adhesivas; sin embargo, hace referencia a un gran número de éstas indicando algunas limitaciones que pueden ser útiles en el momento de utilizarlas.
BIBLIOGRAFÍA 1. S. Ebnesajjad, Adhesives Technology Handbook, Segunda edición, Ed. William Andrew,Norwich-USA, 2008, pp 1-17 2. J. Comyn, Adhesive Bonding: Science, Technology and Applications edited by R.D. Adams,Ed Woodhead publishing limited, 2005
Juan Pablo Casas Rodríguez Ph.D. en Ingeniería Mecánica de la Universidad de Loughborough, Reino Unido. Su tesis doctoral se tituló Fatiga en uniones adhesivas estructurales: impacto y fatiga estándar. Además, concretó estudios de maestría en ciencias de Ingeniería Mecánica en la Universidad de los Andes. Sus áreas de concentración son: ciencia de los materiales, resistencia de materiales, dinámica, matemáticas para la ingeniería y análisis numérico. En la actualidad se desempeña como profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de los Andes.
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industria
Fotos: cortesía 3M
INFORME ESPECIAL
ADHESIVOS Y MORTEROS
Los principales desarrollos en materia de adhesivos y morteros redundan en el incremento de la calidad de los productos, que se debe reflejar en una mayor resistencia y durabilidad, una mejor tolerancia a los factores medioambientales y la prescindencia de compuestos nocivos tanto para el entorno como para los usuarios.
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ADHESIVOS Y MORTEROS
DE PISO A TECHO LTDA.
Tratamiento nanocerámico
Este es uno de principales avances en el desarrollo de la tecnología para el tratamiento de superficies metálicas. El método tradicional implicaba la inmersión de los materiales por tratar en hasta diez piscinas fosfatizadas. Gracias a la nanocerámica, el proceso se reduce a cinco pasos y, además, se prescinde de los residuos dejados por el método basado en fosfatos. “Los mecanismos tradicionales de preparación de superficies desnudaban el material, liberando lodos. El nuevo sistema impregna la superficie de partículas microscópicas, revistiendo el metal e inmunizándolo al óxido”, indica el jefe del área de Marketing en Tecnologías de Adhesivos para la Región Andina y Centro América de Henkel, Alejandro Galvis.
Pisos
El más reciente desarrollo tiene que ver con una variedad de pisos autonivelantes con aislantes de energía estática. El propósito es impedir la transmisión de cargas electroestáticas a las personas u objetos. Este tipo de productos está siendo utilizado en la construcción del nuevo aeropuerto Eldorado.
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is Jacuzz Recibimos todas las tarjetas crédito y débito La cinta VHB (Very High Bonding) está fabricada con espuma acrílica, soporta tensiones de hasta 480 kPa.
Soldaduras
Henkel también ha desarrollado la línea Tangit, una soldadura elaborada con las mismas resinas empleadas en los tubos de PVC y PCVC. “Esto garantiza la integración absoluta del adhesivo con las tuberías”, señala el jefe de Trade Marketing de la División de Adhesivos de Henkel Colombia, John García. El producto alcanza una presión de 885 libras por pulgada cuadrada a las 2 horas. Dicho valor asciende a las 1.250 libras por pulgada cuadrada a las 4 horas.
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INFORME ESPECIAL
ADHESIVOS Y MORTEROS
Cinta VHB
La demanda de diseños con fachadas flotantes y sofisticadas ha impulsado la aplicación de productos basados en espumas acrílicas de alto rendimiento como la cinta VHB de 3M, cuya resistencia a la tensión asciende a los 480 kPa y su resistencia a la temperatura oscila entre los 149ºC, a corto plazo, y los 93ºC, a largo término. Después de su aplicación, la fuerza de unión incrementa de forma progresiva. A temperatura ambiente, el adhesivo adquiere un 50% de su resistencia final al cabo de 20 minutos, un 90%, después de 24 horas y un 100% transcurridas 72 horas. Su extensión estándar es de 32,9 metros y su grosor de 2,3 milímetros.
Mortero Tremie
Este mortero es una mezcla que se emplea para fundir pilotes preexcavados con altos ritmos de colocación. Está compuesto de agregados finos, cemento tipo I o tipo ARI, agua y aditivo reductor de agua y superplastificante, que permiten obtener una mezcla fluida y cohesiva. Como recomendación, identifique la presencia de nivel freático en el terreno que pueda afectar la mezcla en estado fresco.
Mortero P&P
Los adhesivos de poliuretano se emplean como sellantes para juntas y dilataciones. Se venden en diversos colores como blanco, gris y negro.
Morteros resistentes al fuego
Una de las innovaciones recientes de la firma suiza Sika consiste en la introducción de morteros resistentes a temperaturas de hasta 1.000ºC. El producto, que se lanzó al mercado bajo la denominación Sikacrete -213 F, consiste en una mezcla de mortero predosificado, con base en cemento, para ser aplicado mediante proyección por vía húmeda. Contiene agregados de filosilicatos y ofrece una resistencia al fuego mayor a los 240 minutos. La superficie del mortero aplicado fresco es susceptible de afinación 1 hora después de su aplicación.
Sin tolueno
Con el propósito de reducir el carácter nocivo de sus productos, Henkel ha introducido una línea de acetatos de polivinilo (PVA) sin tolueno, con lo que se reduce su carácter otrora adictivo y perjudicial para los usuarios. Su principal aplicación se encuentra en los ensambles con madera.
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El Mortero P&P (Peña y Pañete) está elaborado con materiales de calidad controlada: arenas finas seleccionadas, cemento especial para mampostería, aditivos retardantes de fraguado, reductores de agua e incorporadores de aire que le proporcionan características de almacenamiento en periodos definidos (12, 24, 36 y 48 horas).
Mortero Grout
Este mortero tiene alto grado de fluidez que le permite un fácil acomodo dentro de las unidades de mampostería. Es una mezcla compuesta de cemento Tipo I, agregado fino,
agua y aditivos, que le dan condiciones de alta fluidez y cohesión. Como recomendación, use vibración para el acomodamiento del producto.
Mortero P&P Color Blanco
Esta mezcla se emplea para realizar acabados arquitectónicos. La mezcla está compuesta de arenas finas de colores claros (ocre o blanco), cementos blancos, agua y aditivos para morteros con capacidad de almacenamiento para tiempos definidos (12 y 36 horas).
Morteros con color
Esta mezcla se emplea para realizar acabados arquitectónicos. Está compuesta de arenas finas, cementos, agua y aditivos para morteros con capacidad de almacenamiento para tiempos definidos (12 y 36 horas), y activos colorantes.
Madera
Las líneas más recientes de compañías como Sika se enfocan en la pega de pisos en madera. Uno de los productos se denomina Sikabond T52 FC. Es a base de poliuretano y reduce los efectos de la humedad y sus propiedades mitigan el movimiento y los sonidos.
Siliconas
En el área de las siliconas, una de las novedades refiere a sellantes entre vidrio y metal (como el aluminio y el cobre). La línea Sikasil E. dispone de antihongos y se comercializa en color blanco, negro y gris. En dicho ámbito es digna de mención la línea Sikasil C, un polímero de silicona sin ácido acético cuyas características lo convierten en la solución idónea para sellar materiales porosos, como los morteros y el cemento.
Resistentes a los UV
Una de las debilidades de los adhesivos es su baja resistencia a los rayos UV. Sin embargo, en ciertos entornos expuestos al aire libre, se
“Nuestro sector se muestra reticente a incursionar en nuevas técnicas para ensamblar piezas o erigir estructuras. Es imperativa la divulgación de las nuevas tecnologías y la capacitación de los actores involucrados en el gremio para impulsar la adquisición e implementación de las mismas”, Juan Pablo Casas, doctor en Ingeniería Mecánica.
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requieren promotores de adherencia, o sellantes, tolerantes a los factores medioambientales. Con dicho propósito, Sika lanzó el Sikasil Pool y el Sikaprimer, resistentes a los rayos UV y al cloro. Se aplican en piscinas.
Sin VOC
Uno de los principales campos de desarrollo de la división de adhesivos de Sika se enfoca en eliminar los componentes volátiles (solventes) de sus productos. Con tal propósito, desarrolló la línea de sellantes sin VOC (Volatile Organic Components) entre los que se encuentran el Sikaflex AT Connection y el Sikaflex AT Facade.
Dedicados a Proyectos de Ingeniería Civil, Mecánica, Eléctrica y Telecomunicaciones; Montajes Industriales, Comerciales y Residenciales; Diseños, Asesorías, Estudios e Interventorías y Suministros.
Enchape
En el área de los adhesivos para enchape, se han introducido promotores de adherencia mejorados con látex, como el SikaCeram BA, de baja absorción, y el SikaCeram SL, para sistemas livianos.
Los adhesivos de poliuretano permanecen flexibles entre -40ºC y 80ºC.
FUENTES Juan Pablo Casas Rodríguez, Ph.D. en Ingeniería Mecánica de la Universidad de Loughborough, Reino Unido, concretó estudios de maestría en ciencias de Ingeniería Mecánica en la Universidad de los Andes. Es profesor asistente en el departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de los Andes y sus áreas de concentración son ciencia de los materiales, resistencia de materiales, dinámica, matemáticas para la ingeniería y análisis numérico. Jorge Alberto Rendón Ospina, ingeniero civil de la Universidad Nacional con especialización en Estructuras del Instituto de Investigación de Edificios (BRI) de Japón. Cuenta con 19 años de experiencia en diseño estructural y reforzamiento de estructuras. Desde 2001 es ingeniero de Rehabilitación de Estructuras en Sika Colombia S.A. Alejandro Galvis, director del departamento de Marketing para la región Andina de Henkel, cuenta con más de 15 años de experiencia en el departamento de Adhesivos. Amplió su conocimiento en Itapevim, Brasil, con entrenamiento específico auspiciado por la marca Loctite. Andrés González es ingeniero químico de la Universidad Nacional. Se desempeña como especialista Técnico Nacional de la división de Cintas y Adhesivos Industriales 3M Colombia. Ha dictado numerosas conferencias sobre adhesivos de alto desempeño en el ámbito mundial y regional. Jhon Fredy García Ramos, jefe de Trade Marketing de la División de Adhesivos de Henkel Colombiana S.A. Ha participado en los proyectos de lanzamiento de línea de productos y creación de marca de adhesivos (instantáneos, de montaje, de ensamble y cementos de contacto), sellantes, impermeabilizantes y soldaduras hidráulicas para tuberías de PVC y CPVC.
Principales Proyectos: Infraestructura eléctrica y de telecomunicaciones Planta de Producción Alpina Productos Alimenticios S.A. - Entrerríos (Antioquia) Obras eléctricas asociadas al Proyecto de Construcción Clínica Regional Nivel II la Guajira - Riohacha Obras eléctricas, mecánicas y civiles del Proyecto Nueva Planta de Helados Colombina - Bogotá Adecuación general - estación transmisora de radio FM - Cerro El Cable Caracol - Bogotá Instalación eléctrica equipos de soplado Planta de Producción AMCOR - Funza
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Aplicaciones en Colombia
Estadio de fútbol Metropolitano de Barranquilla Se reforzaron los 56 codos aguja, entre otros aspectos. Puente Pumarejo Se repararon las humedades en las vigas cabezales, la corrosión en las vigas longitudinales, la corrosión en el acero de las vigas de borde y los tensores de concreto reforzado, entre otros aspectos, mediante el uso de morteros de reparación como el SikaTop 122 y el SikaGrout 212.
Estadio de Cartagena Se repararon las columnas con mortero de reparación SikaTop 122.
Planta de tratamiento de agua potable Francisco Weisner, La Calera Se reparó la viga canal por corrosión, así como los muros y canales de los sedimentadores. Estadio de fútbol Atanasio Girardot de Medellín Se reforzó la estructura, en particular los arriostramientos metálicos con mortero SikaTop 122 y SikaGrout 212. Planta de tratamiento de agua potable Se repararon secciones con el mortero de reparación. Edificio inteligente Se implementaron adhesivos epóxicos para sostener estructuras del techo y sellantes para protegerlo. Además, se aplicaron epóxicos para sostener las viguetas, entre otros.
Estadio Nemesio Camacho El Campín de Bogotá Implicó la reparación de las graderías con la línea Sikafloor.
Estadio de Cali Se repararon las tribunas, las graderías, las columnas y las conexiones de las columnas pedestal.
Estas son algunas de las estructuras que han empleado adhesivos y morteros en su construcción o rehabilitación. 52
Puentes calle 26 con av.68 Se reforzaron los voladizos de los puentes con mortero de reparación y se aplicó mortero fluido o grout, en el postensionamiento externo de las vigas longitudinales. Aeropuerto Eldorado Como parte de su remodelación se implementarán pisos nivelantes con aislantes de energía estática. Antiguo Centro Comercial Granahorrar Se instalaron grandes vitrales y se aplicó sellante Flextech para garantizar su resistencia.
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Aplicaciones en el mundo Grupo Empresarial LHS, comprometido con el desarrollo de Barranquilla y de Colombia.
Walt Disney Concert Hall
Portal de Soledad Transmetro - Barranquilla
Khalifa Stadium
Producción y suministro de agregados pétreos. Producción, suministro, y colocación de mezcla asfáltica. Transporte de materiales. Burj Al Arab Hotel
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CINTA VHB Estos son los tres proyectos más importantes en los que se ha empleado con éxito. • Walt Disney Concert Hall, Los Ángeles, California. • Khalifa Stadium, Doha, Qatar. • Burj Al Arab Hotel, Dubai, Emiratos Árabes Unidos.
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