La resina epoxi, un material básico en la Sagrada Familia

Autores: Jordi Carreras - Josep Valiellas.

En la técnica innovadora de la piedra tesada, estructura con la que también estamos construyendo las torres de la Sagrada Familia, entra en juego un tercer elemento además de la piedra y el acero inoxidable dúplex, un elemento de menor presencia pero básico en su concepción: la resina. Esta funciona como elemento de unión entre los elementos metálicos (es decir, las cabezas de tesado) y la propia piedra estructural.

 

LA RESINA EPOXI: ¿POR QUÉ?

Ante la necesidad de asegurar la posición de los bloques de acero inoxidable dentro de las piezas de piedra y garantizar una resistencia mecánica correcta y perdurable a lo largo del tiempo, los calculistas prescribieron las características que debían cumplir las resinas epoxi utilizadas en la Sagrada Familia para esta tarea, con el objetivo de que encapsulasen las cabezas de tesado metálicas.

Las resinas epoxi son las resinas poliméricas más estables del mercado, aplicables en adhesiones estructurales, así como en laminación de fibras de vidrio y carbono. Se caracterizan especialmente por una gran estabilidad dimensional y por su resistencia a los agentes químicos, además de por presentar una alta resistencia mecánica. Por lo tanto, eran las resinas idóneas para nuestro templo.

 

EN BUSCA DE LA RESINA EPOXI IDÓNEA

De acuerdo con los requisitos del Departamento de Proyecto de la Sagrada Familia, las principales características que debía presentar este material epoxi en la Basílica eran las siguientes:

  • Grueso nominal de entre 5 mm y 10 mm para llenar completamente el espacio entre piedra y cabezas de tesado.
  • Temperatura máxima de servicio de 70 °C.
  • Coeficiente de dilatación térmica de ≤ 40 x 10-6.
  • Módulo elástico de ≤ 12 kN/mm2.
  • Compresión máxima en servicio de 26 N/mm2.
  • Deformación a 60 °C, ≤ 0,005 mm/mm.
  • Tensión máxima de rotura en servicio de 4,25 N/mm2.

 

 

Para conseguir el material que necesitábamos se llevó a cabo una investigación inicial entre las principales marcas de resinas y adhesivos estructurales para evaluar si existía un material comercial que cumpliese los requisitos. El proveedor de resina escogido debía ser global y estar acostumbrado a trabajar en proyectos de alta exigencia técnica, además de tener la capacidad de ensayar internamente los materiales y ofrecer un gran abanico de referencias y formatos.

Antes de seleccionar la resina definitiva, se realizaron pruebas de aplicabilidad en las instalaciones de trabajo de Galera, en formato cartucho de 400 ml y bidón de 20 kg, para verificar su capacidad de aplicación con pistolas manuales o con máquina de inyección automática.

En relación con los ensayos, se prescribieron tanto de compresión (requisito no habitual para resinas epoxi) como de fluidez (con los cuales se medía la estabilidad dimensional de la resina sometida a una carga permanente y a 60 oC) y envejecimiento. En este último caso, las pruebas se realizaron con unas probetas sometidas a 1.000 horas de ciclos de envejecimiento según la norma ISO 9142:2003. Todas estas pruebas realizadas para la validación de las resinas epoxi se llevaron a cabo en paralelo en los laboratorios internos de las empresas proveedoras y en los laboratorios externos contratados por la Sagrada Familia.

La duración de todo el proceso de validación y homologación definitiva de las resinas se prolongó alrededor de nueve meses, desde octubre del 2015 hasta junio del 2016.

 

 

UNA RESINA DE DOS COMPONENTES

La resina que utilizamos en la Sagrada Familia es bicomponente, lo cual hace que tenga mayores prestaciones estructurales que las resinas de un único componente. En estas resinas, el componente A funciona como molécula principal del polímero del adhesivo. El segundo componente, el B, funciona como catalizador, es decir, facilita la generación de cadenas moleculares del polímero (polimerización).

Además, en el caso de las resinas epoxi, la polimerización se lleva a cabo por poliadición, lo que significa que la mezcla de los componentes A y B debe ser exacta.

 

¿QUÉ REQUIERE EL TRABAJO CON LA RESINA EPOXI?

El proceso de industrialización de la resina epoxi requiere la planificación y dimensionamiento tanto del flujo del proceso como de la infraestructura y de la maquinaria para inyectar.

En cuanto al flujo del proceso, primero se comprueban los sustratos, es decir, la piedra y el metal, tanto desde un punto de vista dimensional como visual. Es necesario que estos se templen hasta llegar a los 22 °C ± 5 °C y que se limpien con aire comprimido. Posteriormente, se montan las cabezas de tesado con utillajes que las fijan a su cota. Una vez hecho esto, se inyecta la resina epoxi. A partir de ese momento la pieza pasa a la sala de curado, que está a una temperatura controlada de 22 °C. Finalmente, pasa a otra sala, conocida como sala de poscurado, que se encuentra a 40 °C. Este proceso garantiza que el epoxi alcanza las máximas propiedades mecánicas.

En cuanto a la infraestructura, y como consecuencia del proceso, necesitamos acondicionar una nave anexa a la nave principal, diferenciando dos zonas: en la primera se aplica la resina y se lleva a cabo el curado mencionado anteriormente durante un mínimo de 8 horas; en la segunda, se realiza el poscurado durante 24 horas. Pasado este tiempo, ya están a punto para tesar. Ambas zonas disponen de ventilación forzada con renovación de aire.

Por último, en lo referente a la máquina de inyección, era necesario que esta cumpliese unas características mínimas, que condicionaron la elección del fabricante. Entre estas características destacan la necesidad de medir y controlar el volumen inyectado de los dos componentes de la resina, así como la temperatura de inyección de esta, por lo que necesitábamos mangueras calefactadas. También se requería un sistema de inyección en sistema continuo y un control del volumen de los bidones. Por último, se precisaba que la máquina fuese resistente a las cargas abrasivas de los aditivos de la resina y que la empresa proveedora garantizase la reposición de piezas para su correcto funcionamiento.

 

EL PROCESO DE TRABAJO: PASO A PASO

Una vez que nos llega la resina epoxi y recibimos el material, este se almacena dentro de un APQ, un contenedor ignífugo y con control de temperatura, ya que la resina se debe conservar hasta el momento de su utilización a una temperatura de entre 15 oC y 17 oC. Al recibir el material, se lleva a cabo un registro de entrada con la referencia de cada bidón/cartucho, el lote y la fecha de caducidad. Esta información es muy importante, ya que el período de vida útil de esta resina es de un año.

En la operación de inyección, en primer lugar se contabiliza la salida de la resina. Esto se hace anotando el número de bidón, el lote y la caducidad del producto que sale del APQ, tanto del producto A como del producto B.

Estos bidones de epoxi se sitúan en platos seguidores para bombas; el producto A, en los de las bombas tipo A, y el producto B, en los de las bombas tipo B. Una vez colocado el bidón, se realiza una purga para que no quede aire en el interior de la bomba y se procede a realizar el control de peso y densidad del producto. Por el tipo de epoxi que utilizamos en la Sagrada Familia, este control se lleva a cabo de manera manual, ya que, debido a que este adhesivo es muy abrasivo, no podemos disponer de contadores volumétricos en la máquina que nos aseguren que la mezcla se realiza correctamente. De este modo, esta se realiza sacando una cantidad determinada de producto y pesándola. Este peso debe tener una variación inferior a un ±5 % y, conociendo la densidad del producto A y del producto B, así como la mezcla, podemos determinar que la máquina la está preparando con la dosificación correcta.

Una vez comprobado que la máquina dosifica bien, se procede a realizar la inyección en las cabezas de tesado: se saca una muestra del producto y se determina la temperatura de las mangueras para hacer el producto más o menos fluido y conseguir una inyección óptima.

Cuando sale todo el producto con el grado de fluidez que nos interesa, se pasa a la inyección del elemento en cuestión.

Completada la inyección, la pieza se deja 8 horas a 22 oC, como hemos explicado anteriormente, y una vez pasado este tiempo, se traslada a la zona de poscurado, en la que estará unas 24 horas a 40 oC.

 

 

CONTROLES DE CALIDAD A LO LARGO DE TODO EL PROCESO

Transcurridas estas 24 horas, la pieza se saca de este espacio de poscuración y se procede a limpiar los sobrantes de resina que puedan haber quedado, realizando un nuevo control visual de la aplicación y pasando a comprobar su calidad.

Durante el proceso de curado, se realizan dos controles de la junta de epoxi: un primer control visual en la zona de inyección, unas tres horas después de la inyección, con el cual se comprueba que no hay burbujas, porosidades, grietas o separación entre el adhesivo y la piedra o entre el adhesivo y el metal.

La segunda comprobación evalúa la dureza y se hace en la zona de poscurado mediante un durómetro calibrado, tomando cinco medidas por bloque y haciendo la media aritmética. Esta resistencia debe ser superior en un ±10 al valor 83 de la escala de valor de dureza Shore.

Jordi Carreras Arquitecto técnico por la Universidad Politécnica de Cataluña. Responsable de producción del Departamento de Edificación y Tecnología de la Sagrada Família desde el 2014. También ha desarrollado tareas de responsabilidad en Ingenierías y Promotores-Constructores. Actualmente coordina la producción de los principales elementos constructivos a instalar en las torres centrales de la Basílica.
Josep Valiellas Arquitecto técnico por la Escuela Politécnica Superior de la Universitat de Girona. Responsable del centro de trabajo de Galera, del Departamento de Edificación y Tecnología de la Sagrada Familia. También ejerce como profesional liberal. Actualmente, sus trabajos en la Basílica se centran en la planificación y coordinación del centro de trabajo mencionado, donde se realizan diferentes tipos de premontajes.

 

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