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COMPORTAMIENTO DE PRODUCTOS CONSOLIDANTES APLICADOS A PIEDRAS IMPREGNADAS DE SALES SOLUBLES. CAMBIO EN LAS PROPIEDADES MECÁNICAS Y RESPUESTA A LOS FACTORES DE DETERIORO

CAPITULO 4 ESTUDIO EXPERIMENTAL

CAPÍTULO 4 ESTUDIO EXPERIMENTAL

COMPORTAMIENTO DE PRODUCTOS CONSOLIDANTES

APLICADOS A PIEDRAS IMPREGNADAS DE SALES SOLUBLES.

CAMBIO EN LAS PROPIEDADES MECÁNICAS Y RESPUESTA A LOS

FACTORES DE DETERIORO


CAPITULO 4 ESTUDIO EXPERIMENTAL

Índice

4. ESTUDIO EXPERIMENTAL .................................................................................... 61

4.1. Introducción ......................................................................................................... 61

4.1.1. Estudios previos ............................................................................................. 61

4.1.2. Propuesta y evaluación de tratamientos ......................................................... 62

4.1.3. Programa de seguimiento ............................................................................... 63

4.2. Materiales pétreos objeto de estudio .................................................................. 63

4.2.1. Piedra de Santa Pudia .................................................................................... 63

4.2.2. Piedra de Montoro .......................................................................................... 66

4.3. Metodología de ensayos realizados en laboratorio ............................................. 69

4.3.1. Impregnación en sales .................................................................................... 69

4.3.2. Aplicación de tratamientos .............................................................................. 70

4.3.3. Porosidad y densidad ..................................................................................... 73

4.3.4. Velocidad de desorción de agua .................................................................... 74

4.3.5. Dureza ............................................................................................................ 75

4.3.6. Color ............................................................................................................... 76

4.3.7. Velocidad de ultrasonido ................................................................................ 78

4.3.8. Absorción de agua por capilaridad ................................................................. 81

4.3.9. Ensayo de alteración acelerada ..................................................................... 82


61 CAPITULO 4 ESTUDIO EXPERIMENTAL

4. ESTUDIO EXPERIMENTAL

4.1. Introducción

Todo proyecto de restauración debe contener las actuaciones la metodología de las

actuaciones que vayan a realizarse sobre el monumento con respecto a su conservación. Las

improvisaciones que puedan surgir durante el transcurso de la obra, deben quedar reducidas al

mínimo y, en cualquier caso, deben quedar reflejadas en un informe final.

4.1.1. Estudios previos

Las actuaciones que se propongan en el proyecto serán las dictadas por los resultados

obtenidos en la etapa de estudios previos, cuya primera fase sería la de diagnóstico. En ella se

realiza la investigación de los factores de alteración, agentes causantes de los mecanismos

que han provocado una transformación en las propiedades de la piedra, lo que se manifiesta

como indicadores de alteración.

Los indicadores de alteración son las variaciones en la morfología macroscópica de la

piedra que presenta en el monumento. Esta fase es de gran valor a la hora de orientar la

selección de los tratamientos más adecuados y de definir los ensayos que deben realizarse

para evaluar el comportamiento del material después de ser tratado. Es importante que los

indicadores sean designados mediante la nomenclatura precisa.

La segunda parte se centra en la propuesta de medidas correctoras, estudiando el efecto

inhibidor que los posibles tratamientos puedan ejercer sobre las causas de deterioro.

El examen y descripción de las alteraciones debe comprender una observación detallada

del edificio, se han de extraer todos los conocimientos posibles acerca de los materiales que se

han empleado en su construcción. Esto se realiza a través del estudio de los archivos del

propio monumento, de los ayuntamientos, de arquitectos que han intervenido, fondos

fotográficos, trabajos de investigación anteriores, canteras de origen, restauraciones, etc.

Además, debe incluir un inventario de los tipos de piedra utilizados y el historial de tratamientos

a los que ha sido sometido.

Para determinar los factores de alteración es necesario conocer la naturaleza de la piedra y

el medio en el que se encuentra. Los factores de alteración (tal y como se comenta en el

capítulo 1 del presente Proyecto) pueden ser intrínsecos y/o extrínsecos. Los factores

intrínsecos dependen únicamente de las propiedades del material, éstos son:



- Composición química.

- Composición mineralógica.

- Características petrográficas.

- Propiedades físicas, hídricas y mecánicas.

Los factores extrínsecos son:

- Climatología.

- Medio ambiente.

- Agentes biológicos.

- Otros (labrado de piedra, forma de colocación en la obra, cargas que recibe, etc.)

El paso siguiente a la determinación de los factores de alteración es el estudio de los

mecanismos de alteración que se producen en cada material. Éstos se investigan a través de

ensayos en los que las piedras son sometidas, de forma controlada, a factores de alteración.

Se entiende por mecanismo de alteración los procesos que se originan en la piedra cuando

sobre ella actúan los factores de alteración y que conducen a cambios en sus propiedades o

indicadores de alteración. Los principales mecanismos de alteración son:

- Abrasión externa.

- Cambio de volumen de piedra.

- Cambio de volumen de capilares y poros.

- Disolución de la piedra.

- Cambio en la composición química de la piedra.

- Actividad biológica.

4.1.2. Propuesta y evaluación de tratamientos

La segunda etapa en el proyecto es la propuesta y evaluación de tratamientos. Una vez

determinados los mecanismos de alteración se está en condiciones de realizar una propuesta

de tratamientos que se consideren adecuados, los cuales deberán ser estudiados a su vez

antes de su aplicación al monumento. Los tratamientos se centran en intentar devolver a los

materiales sus características originales y protegerlos del efecto de los agentes de deterioro.

Para ello se debe eliminar toda materia extraña a la piedra y reintegrarle sus propiedades. Así,

el tratamiento se descompone en las siguientes etapas:



- Limpieza: eliminar el material depositado y el procedente de transformaciones

químicas.

- Eliminación de organismos: uso de biocidas.

- Consolidación: devolver la cohesión a la piedra.

- Hidrofugación: impedir la entrada de agua líquida en la piedra.

4.1.3. Programa de seguimiento

Como última etapa del proyecto se debe tener previsto un programa de seguimiento

general del edificio y, específicamente del comportamiento de los materiales tras la

intervención. El programa de seguimiento se basa en inspecciones periódicas del edificio,

realizando algunas determinaciones in situ que permitan cuantificar el estado de los materiales

tratados con objeto de corregir las alteraciones que se vayan produciendo en las etapas

iniciales y de proporcionar información para futuras intervenciones en el mismo edificio o en

otros de características y condiciones similares.

4.2. Materiales pétreos objeto de estudio

A continuación se describen brevemente las dos piedras objeto de estudio:

4.2.1. Piedra de Santa Pudia

La calcarenita de Santa Pudia (conocida también con el nombre de Piedra Franca) es, sin

duda, el material de construcción más utilizado en las edificaciones monumentales de Granada

(España). La Catedral, el Palacio de Carlos V en la Alhambra, el Monasterio de San Jerónimo,

el Hospital Real y la Real Chancillería son algunos de los monumentos más emblemáticos de la

ciudad que están construidos con esta roca sedimentaria.



FIGURA 4.1. CATEDRAL DE GRANADA

FIGURA 4.2. PALACIO DE CARLOS V (ALHAMBRA)



El hecho de ser un material tan ampliamente empleado en el patrimonio arquitectónico ha

originado que haya sido estudiado en los aspectos que se refieren a su mineralogía, textura y

propiedades físico-mecánicas. Se trata de una calcarenita bioclástica de edad Tortoniense rica

en fragmentos de moluscos, equinodermos y foraminíferos. La matriz carbonatada es

microesparítica y ocasionalmente presenta calcita secundaria. Otros componentes de carácter

minoritario son el cuarzo, la biotita y los feldespatos. Texturalmente es un material muy poroso,

ya que suele alcanzar, y en algunos casos puntuales sobrepasar, el 30% de espacios vacíos en

muestras recogidas en monumentos, con una cohesión escasa y presentar una resistencia a la

compresión uniaxial de 13 MPa determinada de acuerdo con la norma UNE 22-185-85. Muestra

una gran sensibilidad al deterioro producida por fenómenos de contaminación, especialmente

del tráfico, y por las rígidas condiciones climáticas que padece Granada, con fuertes

oscilaciones térmicas diarias y estacionales, inviernos con temperaturas mínimas acusadas y

veranos muy calurosos. En efecto, si se comparan muestras de cantera no alteradas con otras

procedentes de los monumentos, se observan importantes diferencias a nivel textural que se

manifiestan con sustanciales modificaciones tanto en el rango de distribución de poros como en

el incremento de la porosidad. (Carlos Rodríguez Navarro, 1994)

Los materiales calcareníticos explotados en la depresión de Granada son

fundamentalmente aquellos que afloran en el borde sur de la misma, en el término municipal de

Escúzar. En esta área se encuentra el llamado Cortijo de Santa Pudia, que históricamente ha

sido considerado la zona extractiva más importante. En ella se encuentran dos grandes

canteras de piedra franca (calcarenita):

- La Escribana: situada en el cortijo de la Escribana, al sur de Escúzar, en la falda de

la llamada Loma de Charcapiedra, constituye en la actualidad el mayor afloramiento

de calcarenita de la zona.

- Las Parideras: afloran al noroeste de la cantera de la Escribana, siempre en la zona

llamada Cortijo de Santa Pudia, otra serie de bancos calcareníticos claramente

diferenciados de los anteriores por su textura, tamaño y elevada heterogeneidad.

Debido a las variaciones que sufre la calcarenita de Santa Pudia en su textura y en sus

propiedades físicas una vez puesta en obra, es necesario conocer qué productos de

tratamiento son los más compatibles con este material de construcción y en qué medida

mejoran su durabilidad. Se pretende en este trabajo, por tanto, determinar el grado de

efectividad de diversos productos consolidantes sobre muestras de piedra de cantera



previamente alteradas en el laboratorio, con el fin de que se asemejen a las que se encuentran

en los edificios históricos.

4.2.2. Piedra de Montoro

La arenisca roja de Montoro, conocida popularmente como piedra “molinaza”, es un

material que tradicionalmente ha sido empleado para la construcción en la comarca del Alto

Guadalquivir Cordobés. La roca se presenta en estratos de calidad variada, aunque el tipo de

roca más abundante y empleado para la construcción en la zona, es el estudiado en el

presente trabajo. A través de los siglos, esta tipología ha sido seleccionada para la

construcción por el saber popular, debido a sus propiedades mecánicas. Los estratos de

“molinaza”, no presentan mucha potencia, y a veces contienen intercalaciones de lechos

arcillosos. La misma recibe esta denominación al parecer por su uso en molinos, almazaras y

otros edificios destinados a la transformación del aceite.

Consiste en una piedra arenisca de Trías de Bundtsandstein (Era Secundaria), o arcosas

potásicas1 compuesta por arcilla, feldespato, cuarzo y óxido de hierro, de color rojizo, que varía

de intensidad con respecto a la cantera de la que proceda, es de fácil labra y muy común en la

zona de la Sierra de Adamuz y Montoro, donde tradicionalmente se han explotado numerosas

canteras. (Julio A. Clementson Lope, 2009)

La piedra molinaza presenta diversos afloramientos que se localizan en distintas

localidades de la comarca del Alto Guadalquivir. En el caso de Montoro se pueden delimitar los

más importantes, partiendo de que la propia localidad se levanta sobre un afloramiento de

molinaza. Los principales afloramientos se sitúan entre los terrenos comprendidos por el arroyo

Conejero y el río Arenoso, al noroeste de Montoro. Otro espacio importante fue la zona de

Santa Brígida donde, actualmente, ha desaparecido la explotación de este material, debido al

agotamiento de la piedra. Actualmente la principal cantera de esta zona se localiza al noreste

de Montoro en la zona comprendida por la carretera que va de Montoro a Adamuz y la vía que

se dirige a Cardeña, a unos 5 kilómetros de la localidad montoreña. Se extrae una piedra de

buena calidad destinada a solerías, empiedros de molinos, sillares para la construcción o para

restauración de edificios de patrimonio.

1 Las arcosas responden a una denominación de las areniscas dada por la composición mayoritaria de feldespato, potasio y cuarzo, generalmente de color rojizo, rosáceo o gris.



Esta piedra, al ser una arenisca, presenta una composición de partículas arcosas y arcillas

que tienen cierta facilidad a desprenderse en forma de polvo. Los principales problemas de

deterioro son la arenización y la alveolización. La arenización es una alteración de la zona

superficial pasando ésta a ser una masa sin consistencia que se desprende con cierta facilidad,

lo que ocasiona la pérdida de estabilidad para acabar deshaciéndose. La alveolización

responde a una alteración caracterizada por una disgregación pulverulenta localizada, debida a

la presencia de diferentes sales higroscópicas, y a las variaciones higrométricas formándose,

por ello, cavidades u orificios que confieren a la piedra un aspecto de colmena interconectada.

La presencia de la piedra molinaza como material constructivo no sólo debe ceñirse a la

Mancomunidad del Alto Guadalquivir, sino que también se expande por las provincias de Jaén

y Málaga. Dentro de la Mancomunidad del Alto Guadalquivir se puede encontrar en los

siguientes municipios:

- Adamuz: Parroquia de San Andrés, Torre del Reloj y otras viviendas señoriales.

- Bujalance: Torre de la Parroquia de la Asunción, Iglesia de San Francisco o

Parroquia de San Bartolomé.

- El Carpio: Iglesia Parroquial de la Asunción, Ermita de San Pedro, Palacio ducal de

los Marqueses del Carpio o el Molino de San Fernando.

- Montoro: la mayoría de las construcciones histórico-artísticas del pueblo están

realizadas en molinaza, entre otras, la Iglesia de Santa María de la Mota, Parroquia

de San Bartolomé, Iglesia de Santiago, Parroquia del Carmen, Iglesia de San Juan

de Letrán, Ayuntamiento, Puente de las Donadas o Ermita de la Virgen de la

Fuensanta.

- Pedro Abad: Parroquia de la Asunción y Santuario del Santo Cristo de los

Desamparados.

- Villa del Río: Parroquia de la Inmaculada Concepción, Ayuntamiento y Casa Palacio

del Marqués de Blancohermoso.

- Villafranca de Córdoba: Ermita de Nuestra Señora de las Angustias.



FIGURA 4.3. PARROQUIA DE SAN BARTOLOMÉ (MONTORO)

Uso en otras provincias:

- Jaén: se localiza el empleo de la piedra molinaza en pueblos como Andújar (Puente

Romano o Puente Viejo, Iglesia de la Asunción y Torre del Reloj), en Linares

(Santuario de Linarejos, Casa Museo de Andrés Segovia y Casa Pajares), en

Guarromán (Iglesia de la Inmaculada Concepción), en Santiesteban del Puerto

(Iglesia de Santa María del Collado), en Baños de la Encina (murallas del Castillo de

Bury Al-Hamma) y en Marmolejo (Puente junto al Balneario).

- Málaga: cabe destacar su empleo en la Catedral.



FIGURA 4.4. FACHADA CASA MUSEO ANDRÉS SEGOVIA (LINARES)

4.3. Metodología de ensayos realizados en laboratorio

La metodología seguida en este Proyecto se puede resumir en las siguientes fases:

1. Impregnación en sales (alteración) de la mitad de las probetas de cada cantera.

2. Aplicación de dos tipos de tratamientos consolidantes a probetas alteradas con sales y

a probetas no alteradas.

3. Estudio de las propiedades físicas, hídricas y mecánicas de cada tipo de muestras, a

saber, probetas alteradas con sales, tratadas y sin tratar, y probetas sin alterar, tratadas

y sin tratar.

4. Envejecimiento acelerado de las muestras y evaluación de los cambios más

significativos en sus propiedades mecánicas.

4.3.1. Impregnación en sales

Uno de los objetivos finales de impregnar en sales las muestras es el de poder comparar

los efectos de los tratamientos según las probetas tengan o no sales en el interior de sus poros.

Las probetas se reciben directamente de cantera, por tanto, el contenido en sales de las

mismas es muy pequeño.



La mitad de las probetas se sumergen en una solución de sulfato sódico (Na2SO4) al 10%

en peso durante varios días, la otra mitad se mantiene intacta. Posteriormente se extraen de la

solución y se dejan secar controlando el peso hasta que éste sea aproximadamente constante

(se asume que están totalmente secas). Periódicamente se limpia por cepillado la superficie de

las muestras para desprender la sal acumulada con el objetivo de evitar el taponamiento de los

poros y permitir la salida de las sales.

4.3.2. Aplicación de tratamientos

Los tratamientos han sido seleccionados atendiendo a sus propiedades primarias y

secundarias. Aparte de estas propiedades, se han tenido en cuenta la siguiente relación de

condiciones:

- Productos de bajo peso molecular: adecuado para materiales con numerosos

capilares finos.

- Productos resistentes a condiciones elevadas de pH: hormigones y morteros

nuevos.

- Productos con acción fungicida: en lugares umbríos.

El tratamiento, en la aplicación real, puede ser aplicado con brocha o por pulverización, sin

embargo, se obtienen mejores resultados aplicando el tratamiento por inmersión ya que el

producto penetra en mayor cantidad y más homogéneamente.

Las propiedades más importantes y recomendaciones sobre los productos seleccionados

según los fabricantes se exponen a continuación:



TEGOVAKON V 100

Composición química: Silicato de etilo.

Contenido en principios activos: 75% (peso).

Catalizador: Ácido clorhídrico.

Densidad (g/cm3, 25ºC): 0,9.

Punto de inflamación: 13ºC.

Color: Incoloro a amarillo transparente.

Aplicación: La piedra debe estar limpia y seca. El producto debe aplicarse con brocha o

espray, con tiempo seco y temperatura de 10ºC a 20ºC. Polimeriza en la piedra dando SiO2, gel

y etanol como subproducto.

Efecto: Sólo como consolidante.



ESTEL 1000

Composición química: Ésteres Etílicos del Ácido Silícico disueltos en Aguarrás Mineral.

Principio activo: Tetra-etil-orto-silicato.

Contenido en principios activos: 75%.

Solvente: White Spirit D40.

Viscosidad (cp, 20ºC): 4,9.

Densidad (kg/l): 0,95.

Residuo seco: 35%.

Aplicación: Apto para todo tipo de soporte mineral absorbente. La superficie a tratar debe

estar seca, limpia, sana de eventuales eflorescencias de sales y la temperatura atmosférica

debe estar comprendida entre 10ºC y 25ºC. La superficie a tratar no debe estar expuesta a la

radiación directa del sol durante al menos 24 horas. El producto se puede aplicar por inmersión,

con brochas o con rociado a baja presión (0,5 bar máximo). El material a tratar debe saturarse

completamente hasta el rechazo del producto consolidante, de manera que se alcance el

núcleo sano. Estel 1000 completa su reacción después de aproximadamente 4 semanas con

temperatura ambiente de 20ºC y humedad relativa del 40-50%.

Efecto: Los esteres etílicos del Ácido Silícico reaccionan con la humedad atmosférica y se

transforman en gel de sílice y alcohol etílico. Este producto no genera subproductos

secundarios perjudiciales, es uniformemente absorbido por la piedra y alcanza todo el material

alterado, uniéndolo a la parte sana más interna, deja el material tratado permeable al vapor de

agua, deja inalterado el aspecto exterior de la piedra, evitando formaciones de manchas o de

películas brillantes y amarillea bajo la acción de los rayos ultra violeta.



Tenemos pues, tres grupos diferenciados de probetas, a saber, sin tratar, tratadas con

Tegovakon y tratadas con Estel. Cada uno de estos grupos de piedras está compuesto por diez

probetas extraídas de la cantera de Santa Pudia (cinco impregnadas previamente en sales y

las otras cinco no) y otras diez que provienen de la cantera de Montoro (cinco con sales y cinco

sin sales).

Tras la aplicación de los tratamientos, el siguiente paso a seguir es controlar el peso de las

probetas periódicamente hasta que lleguen a un valor constante, obteniendo así información de

la ganancia de peso experimentada y del tiempo que tarda en secar cada tratamiento. El peso

total de las probetas puede disminuir debido a una disminución en la humedad interna debida,

probablemente, a las condiciones climatológicas (coincidencia con días calurosos).

Los datos correspondientes a la variación en el peso de las probetas tras la aplicación de

los tratamientos se encuentran reflejados en la Tabla 1 y la Tabla 2 del Anexo.

4.3.3. Porosidad y densidad

La porosidad es determinada mediante el método de saturación de agua a vacío detallado

en el Capítulo 3 del presente Proyecto. Así, las probetas una vez secas se introducen en un

desecador en el que se hace vacío hasta la presión de 20 mmHg durante aproximadamente 5

horas. Conectado al mismo, se encuentra otro desecador que contiene agua destilada para

desairearla. Pasado el tiempo de vacío, se deja que el agua, libre de aire, penetre en el

desecador que contiene las probetas manteniendo el vacío de tal forma que la velocidad de

llenado sea de 1 cm / 5 min hasta sumergirlas completamente. Cuando las probetas están

totalmente cubiertas, se deja de hacer vacío hasta que se restablezca la presión atmosférica.

Las muestras se mantienen sumergidas durante aproximadamente 48 horas para

posteriormente proceder a las pesadas al aire y sumergidas.

Este ensayo se realiza tanto a las probetas tratadas como a las probetas sin tratar para la

posterior comparación de los resultados de porosidades antes y después del tratamiento

correspondiente.

La porosidad se calcula según la siguiente fórmula:

Porosidad % = Vporos

Vprobeta ·100



Donde Vporos es el volumen de poros y Vprobeta es el volumen de la probeta. El volumen de

poros se obtiene de calcular el volumen de agua que tras la saturación a vacío se ha

introducido en cada probeta, siendo:

Vporos cm3 = (Msat-Mseca) (g)

Donde Msat es el peso de la probeta saturada de agua y Mseca es el peso de la probeta seca.

Para los cálculos de densidad se usa la expresión:

Densidad gcm3 =

Mseca

Vprobeta

Los datos correspondientes a la porosidad y densidad de las probetas estudiadas se

encuentran reflejados en la Tabla 3 y Tabla 4 del Anexo.

4.3.4. Velocidad de desorción de agua

Al igual que para el ensayo de porosidad, para el cálculo de la velocidad de desorción de

agua se saturan las probetas en el desecador haciendo vacío previamente. Una vez saturadas

de agua, se colocan sobre una rejilla para dejar secar libremente todas las caras de las

probetas. Éstas se pesan a intervalos definidos de tiempo y se calcula el incremento de peso

con respecto del peso seco de la muestra para cada instante de tiempo t según las siguientes

expresiones:

∆M t % = M t - Mseca

S ( mg

cm2 )

∆M t (%)= M t - Mseca

Mseca ·100

Siendo S la superficie de evaporación del agua, M(t) el peso de la probeta en cada instante

de tiempo t y Mseca el peso de la probeta inicial.

La velocidad de desorción de agua de las probetas indica la capacidad de “respiración” del

material. Este ensayo se realiza tanto a las probetas tratadas como a las probetas sin tratar

para la posterior comparación de los resultados antes y después del tratamiento

correspondiente.

Los datos correspondientes a la pérdida de peso determinada para el cálculo de la

velocidad de secado se encuentran reflejados en la Tabla 5 y Tabla 6 del Anexo.



4.3.5. Dureza

El ensayo de dureza realizado es el ensayo de dureza Brinell. En el mismo, una bola de

cierto diámetro (5 mm en este caso) presiona la superficie de la probeta usando una carga fija

previamente definida (30 kg en el ensayo) con un tiempo de aplicación de la fuerza de entre 2 a

8 segundos. Tras la aplicación de la carga se mide el diámetro de penetración de la bola en la

probeta. El valor de la dureza Brinell se obtiene de dividir la fuerza aplicada entre el área del

casquete esférico insertado. La dureza de las probetas dependerá de la dureza intrínseca de

los componentes del material, de la distribución y características del cementante y de la

porosidad de la zona superficial de la probeta.

La dureza se mide en tres caras de cada probeta, perpendiculares entre sí con objeto de

determinar si la dureza cambia en cada dirección o si depende de la dirección de los estratos o

fisuras. En cada cara se realizan cinco medidas, tal y como indica la Figura 4.5, siendo el valor

de la dureza el promedio de todas las medidas.

FIGURA 4.5. LOCALIZACIÓN DE LAS MEDIDAS DE DUREZA

Los datos relacionados con el ensayo de dureza quedan reflejados en la Tabla 7 y la Tabla

8 del Anexo.



4.3.6. Color

El color queda definido por tres características fundamentales: tonalidad, claridad y

saturación. Como se expresa en el Capítulo 2, estas características se pueden definir según

tres sistemas distintos:

- Sistema Munsell

- Sistema triestímulo

- Sistema L*a*b*

Para la realización de las medidas de color en este Proyecto se usa el sistema de color

CIEL*a*b* recomendado por la Comisión Internacional de L’Eclariege, donde las coordenadas

son:

- L*: eje vertical que representa la luminosidad, variando desde el negro en la parte

inferior con un valor de cero hasta el blanco en la parte superior con un valor de

100.

- a*: tendencia al verde (-) o rojo (+), variando entre -120 y 120.

- b*: tendencia al azul (-) o amarillo (+), variando entre -120 y 120.

En el caso del material pétreo, cuanto mayor sea la superficie de medida, más

representativos serán los valores obtenidos ya que, para este tipo de material, las superficies a

medir son heterogéneas y presentan irregularidades.

Por esta razón se elige el colorímetro Minolta, modelo CR-210, que tiene un diámetro del

tubo de medida de 53 mm (uno de los mayores del mercado). El colorímetro posee una

lámpara de Xenon que proporciona luz difusa sobre la superficie de las muestras y seis

fotocélulas de silicio de alta sensibilidad, filtradas para dar respuestas más ajustadas. Estas

fotocélulas, junto con el sistema de realimentación por doble rayo del medidor, se usa para

medir la luz incidente y reflejada.

Si bien el tubo de medida del colorímetro es de 53 mm, la arista de las probetas objeto de

estudio es de 50 mm. Por ello, y para que la medición de color sea representativa de la

muestra, hay que adaptar el colorímetro. En el método puesto a punto por F. Arroyo (ver

bibliografía), se comprueba que la utilización de plantillas para adaptar el tamaño del tubo de

protección a la superficie a medir presenta una relación lineal entre la medida con plantilla y la

medida sin plantilla. Dependiendo del color de plantilla elegido, esta relación es más o menos

fuerte, de esta forma, las plantillas negras son las que mejor factor de correlación tienen con



respecto a las medidas reales. Otro punto importante es el tamaño de orificio de la plantilla, ya

que al disminuir la abertura de las mismas, aumenta el error cometido en la medida al usar la

correlación. Por tanto, hay que elegir el diámetro de orificio de plantilla que más superficie de la

muestra deje libre.

Las ecuaciones de transformación de las medidas con plantilla a las medidas de color real

se calculan según la siguiente metodología:

1. Se elige el color de plantilla y tamaño de orificio que mejor se adapten a las muestras

objeto de estudio.

2. Se utilizan tres cartulinas como muestras patrón o muestras de referencia (rojo, amarillo

y azul).

3. Se realizan tres medidas de color sobre cada una de las muestras de referencia sin el

uso de las plantillas.

4. Se realizan tres medidas de color sobre cada una de las muestras de referencia con el

uso de las plantillas.

5. Se calculan las rectas de transformación para cada una de los parámetros L*, a* y b*,

obteniendo las ecuaciones de correlación deseadas.

Los datos usados para obtener las correlaciones quedan expuestos en la Tabla 9 del

Anexo.

Una vez obtenidas las ecuaciones de correlación, se comienza a medir el color en las

muestras deseadas. Las medidas de color se realizan sobre las probetas tanto tratadas como

sin tratar. De cada muestra se hacen tres medidas con las plantillas, en la forma que se indica

en la Figura 4.6 en tres caras perpendiculares entre sí obteniéndose para cada medida los

valores de las coordenadas L*, a* y b*. Siendo éstos los valores promedio de las tres medidas

en una cara.



FIGURA 4.6. PROCEDIMIENTO DE LA MEDIDA DE COLOR EN UNA PROBETA

Para cuantificar el efecto del color de manera global, se calcula el parámetro incremento de

color (ΔC) según la fórmula:

∆C= ∆L2 + ∆a2 + ∆b2

Los datos referidos al color de las probetas estudiadas quedan reflejados en la Tabla 10 y

Tabla 11 del Anexo.

4.3.7. Velocidad de ultrasonido

La transmisión de ultrasonidos permite determinar posibles fisuras o defectos del material,

además de estar relacionado con características elásticas y de resistencia. A diferencia de

materiales homogéneos, los materiales pétreos presentan las siguientes características en este

tipo de ensayos:

- La velocidad ultrasonido en un material pétreo depende de la composición, la

compacidad, el esfuerzo a que está sometido y a la edad del mismo.



- Los impulsos que atraviesan el material pétreo son fuertemente dispersados,

mientras que en materiales más homogéneos, la dispersión sólo es significativa

cuando existen defectos en el material.

La realización de la medida de ultrasonidos puede llevarse a cabo según tres métodos

diferentes, a saber:

a) Método de ecos:

Únicamente es necesario un palpador, que actuará como emisor y receptor de la señal de

ultrasonidos. Si la pieza a estudiar presenta un defecto, en esa zona se produce un eco que es

representado en la pantalla de un tubo de rayos catódicos, al igual que el eco de la pared

opuesta. La posición exacta de la fisura puede determinarse fácilmente por la imagen en el

osciloscopio.

b) Método de transmisión:

Suele utilizarse para materiales heterogéneos, ya que el método anterior produciría una

dispersión del haz, debido a la existencia de grietas e imperfecciones del material. Se trabaja

con dos palpadores, emisor y receptor, y con una frecuencia de trabajo menor debido a que las

ondas ultrasónicas más largas pueden rodear mejor los obstáculos pequeños. La magnitud de

una discontinuidad puede determinarse a partir del aumento de tiempo que necesita la señal

ultrasónica para rodear el obstáculo, en comparación con el que se tiene en otra zona sin

defectos.

c) Método de resonancia:

Este método exige un equipo más complejo y sólo es aplicable a probetas de determinadas

dimensiones. La probeta se excita en una frecuencia propia por medio de un emisor

electrodinámico de oscilaciones. Esta resonancia provoca un fuerte aumento de la amplitud de

oscilación y en base a la frecuencia de resonancia, densidad del material y dimensiones de la

probeta, se pueden determinar las propiedades elásticas del material.

Este ensayo es frecuentemente aplicado debido a su carácter no destructivo, a su

simplicidad y a la posibilidad de realización en campo y en laboratorio. El equipo usado para la

realización de la medida de velocidad de ultrasonido es el modelo STEINKAMP BP5

(KRAUFTKRAMER) de escala entre 0,1 y 999,9 microsegundos, precisión de ± 1

microsegundo. Los palpadores contienen cristales piezoeléctricos de circonato de plomo-titanio.



Éstos pueden tener forma cónica o ser cilíndricos y trabajan en torno a frecuencias de 40 KHz,

pudiendo utilizar palpadores de 20 a 500 KHz.

El método de medida de velocidad de ultrasonido que utiliza el equipo Steinkamp, es el

método de transmisión. Los palpadores elegidos son los de forma cónica debido a que los

palpadores cilíndricos no generan ninguna lectura en la pantalla de datos de velocidad. Aun

así, los palpadores cónicos aplicados directamente sobre dos caras paralelas de la probeta no

dan una lectura continua de la velocidad de ultrasonido para cada pulso de señal emitida, por

tanto, para solventar este problema de apoyo, los palpadores se deben adaptar usando alguna

sustancia entre los mismos y la probeta. Las sustancias usadas pueden ser de varios tipos,

como por ejemplo, cola, vaselina o glicerina. En este caso se elige la plastilina como interfase.

La toma de medidas se realiza mediante transmisión directa, tal y como se observa en la Figura

4.7, procurando que los palpadores emisor y receptor se encuentren lo más enfrentados

posible.

FIGURA 4.7. PROCEDIMIENTO DE MEDIDA DE LA VELOCIDAD DE ULTRASONIDO

La velocidad de pulso en el elemento que se va a ensayar viene determinada por la

expresión:

V= L

t ≡

Distancia recorrida entre palpadores

Tiempo de transmisión de la señal

Los datos correspondientes al ensayo de la velocidad de ultrasonido se encuentran en la

Tabla 12, Tabla 13 y Tabla 14 del anexo.



4.3.8. Absorción de agua por capilaridad

El agua penetra fácilmente por los poros y grietas de pequeño tamaño, bien directamente o

ayudada por la capilaridad. En su recorrido por el interior del material, el agua disuelve y

arrastra las sales solubles aumentando la porosidad original y creando depósitos de sales en

lugares no deseados. Una vez que contiene sales o ácidos (lluvia ácida) el agua se vuelve aún

más corrosiva. El agua corriente produce también erosión mecánica, así como ciclos de hielo-

deshielo cuando se combina la presencia del agua en los poros y grietas con los cambios

cíclicos de temperatura. El agua es además el elemento indispensable para el desarrollo de

organismos vivos que agravan la erosión, produciendo algunas reacciones químicas corrosivas.

Por todo esto, se incluye como parte de la metodología de ensayo el estudio de absorción de

agua.

El coeficiente de absorción de agua es el porcentaje que aumenta el peso de una probeta

del material cuando se satura con agua. Para cada tipo de material de construcción existe un

ensayo normalizado que regula su determinación. El coeficiente de absorción se puede

determinar por inmersión total o bien por capilaridad. En este último caso también se denomina

coeficiente de capilaridad.

Para llevar a cabo este ensayo y según se puede apreciar en la Figura 4.8, en el fondo de

una cubeta se coloca una capa de papel secante de, al menos, 1 cm de espesor y se añade

agua en la cantidad necesaria para asegurar que se encuentre mojado continuamente. Sobre

esta capa de papel se depositan las probetas secas, de forma que estén en contacto con el

agua sólo por la base (cara no tratada).

FIGURA 4.8. ENSAYO DE ABSORCIÓN DE AGUA POR CAPILARIDAD



Las probetas se van pesando a intervalos dados de tiempo hasta llegar a un peso

aproximadamente constante y se calcula el incremento de peso (ΔM(t)) que va sufriendo cada

probeta:

∆M t (%)= M t - Mseca

Mseca ·100

Siendo M(t) el peso de la probeta en cada instante de tiempo t y Mseca el peso de la probeta

inicial.

Los datos obtenidos en el ensayo de absorción de agua por capilaridad se encuentran

reflejados en las Tabla 15 y 16 del Anexo.

4.3.9. Ensayo de alteración acelerada

El efecto de las sales solubles es, generalmente, el agente más conocido y más directo que

origina las formas de alteración observadas tales como alveolización o arenización. El ensayo

de envejecimiento acelerado de cristalización de sales es un método muy común para simular

en laboratorio la posible degradación que sufre el material pétreo en la realidad debido al

proceso de cristalización de sales, estudiar las causas y encontrar soluciones.

Como se comenta en el Capítulo 2, en los ensayos de cristalización de sales

estandarizados la sal más utilizada es el sulfato sódico, en una concentración del 10% en peso,

por ser la de mayor poder de deterioro y la que permite obtener de manera más rápida

alteraciones visibles. Estos ensayos suelen desarrollarse únicamente con una sal,

introduciéndola en la roca mediante inmersión parcial o total. En el caso de materiales

sometidos a ambiente marino, esta sal puede sustituirse por cloruro sódico en la misma

concentración.

La duración del ensayo puede fijarse de antemano o prolongarlo hasta que se consiga el

grado de deterioro deseado. El control de las alteraciones que van apareciendo se puede

realizar mediante los siguientes métodos:

- Observación visual de las alteraciones macroscópicas.

- Variación de peso de las muestras.

- Variación en las propiedades físicas.

- Variación de las propiedades mecánicas.

- Variación de las propiedades hídricas.



Para llevar a cabo el ensayo de alteración acelerada mediante cristalización de sales, se

preparan dos cubetas con papel secante en el fondo de aproximadamente 1 cm de espesor.

Así, se dividen las probetas en dos grupos, las que previamente fueron alteradas con sales y

las que no tienen contenido extra de sales más que el contenido natural que poseen en

cantera. El ensayo se prolonga hasta que las probetas se rompan. Con esto, tenemos dos

casos distintos de alteración:

a) Caso 1: Probetas alteradas previamente con sales.

En la cubeta de material pétreo impregnado previamente en sales, las probetas se pondrán

en contacto con agua para estudiar el comportamiento de las mismas con la sal que ya

contienen en su interior. Se estudian, tanto las probetas sin tratamiento alguno, como las

probetas tratadas con cada uno de los dos consolidantes (Tegovakon y Estel).

Este caso pone de manifiesto las consecuencias de casos reales en edificaciones de

patrimonio. Materiales cuyos poros se encuentran repletos de sal en su interior que, al

introducirse el agua en el mismo, causa un deterioro importante en su estuctura.

b) Caso 2: Probetas sin impregnar en sales.

En la cubeta de material pétreo intacto (en el sentido de las sales), las probetas, al estar

libre de sales, se pondrán en contacto con una solución de sulfato sódico, Na2SO4, al 10% en

peso para el estudio de su comportamiento. Se incluyen en esta cubeta, al igual que en la

anterior, tanto las probetas sin tratamiento como las tratadas con Tegovakon y con Estel.

Este es el caso de estudio del uso de bloques nuevos para sustitución de los más

deteriorados en algún edificio de patrimonio.

Los productos consolidantes, al mejorar la cohesión de los granos, deben retardar la

alteración del material. Los efectos del ensayo de cristalización de sales se verifican con la

comparación de las propiedades mecánicas de las probetas con y sin tratamiento.

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