Equation Chapter 1 Section 1
Trabajo Fin de Grado
Grado en Ingeniería Química
Evaluación de productos adhesivos para restauración
de piedras del Patrimonio Histórico Andaluz
Autor: Desireé Romero González
Tutor: Rosario Villegas Sánchez
Dpto. Ingeniería Química y Ambiental
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2018
ii
iii
Proyecto Fin de Carrera
Ingeniería de Telecomunicación
Evaluación de productos adhesivos para
restauración de piedras del Patrimonio Histórico
Andaluz
Autor:
Desireé Romero González
Tutor:
Rosario Villegas Sánchez
Profesora titular
Dpto. Ingeniería Química y Ambiental
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2018
iv
Trabajo Fin de Grado: Evaluación de productos adhesivos para restauración de piedras del Patrimonio
Histórico Andaluz
Autor: Desireé Romero González
Tutor: Rosario Villegas Sánchez
El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:
Presidente:
Vocales:
Secretario:
Acuerdan otorgarle la calificación de:
Sevilla, 2018
El Secretario del Tribunal
v
A mi familia.
A mi “hermano”
vi
Agradecimientos
Este Trabajo de Fin de Grado es la conclusión a 4 años intensos, pero a la vez bonitos, por lo que me gustaría
dedicárselo a todas aquellas personas que han hecho posible que hoy sea quien soy:
- En primero lugar, a mis padres por ayudarme a encontrar salidas a laberintos de los que creía que no se
podía salir. Por sus siempre buenos consejos y por estar ahí siempre. En mi opinión, no solo este trabajo
es para vosotros, para mí la carrera es también en gran parte fruto de vuestro esfuerzo y dedicación hacia
mi.
- A continuación, se lo dedico a mi tio y mis abuelos, ya que son un pilar fundamental en mi vida. A mis
abuelos solo decirle que gracias por hacerme sentir la persona más afortunada del mundo y por
contribuir a ser la persona que soy; y a mi tio, darle las gracias por ser en todo este tiempo un segundo
padre para mi, transmitiéndome la tranquilidad que siempre me ha faltado.
- Por último, y no menos importante, me gustaría dedicarles este trabajo a todas esas personas que un día
de estos cuatro años se cruzaron en mi camino y se hicieron indispensables en mi vida. Cuando
escuchaba que los mejores amigos se encontraban en la universidad, no lo creía, pero es cierto pues si
de algo estoy segura es que de Sevilla no solo me llevo conocimientos, sino que me llevo una nueva
familia.
vii
Resumen
La riqueza monumental y artística de Andalucía ha hecho que su Patrimonio Histórico haya sido muy valorado
y apreciado a lo largo de los siglos, haciendo de éste una seña de identidad de cualquier andaluz. Sin embargo,
no se puede olvidar que su cuidado es de vital importancia, pues los diferentes factores de alteración existentes:
lluvia, nieve, viento, y por supuesto los factores de carácter antropogénico, cada vez más usuales por la poca
concienciación de la sociedad con el arte, hacen que su deterioro sea más acusado.
En la búsqueda por la conservación del Patrimonio surgen los denominados “Métodos de Conservación”, cuyo
principal objetivo no es otro que el desarrollo e investigación de nuevos tratamientos, así como la aplicación y
estudio de la respuesta de los materiales ante ellos; para conseguir mantener “viva” la esencia artística no solo
de Andalucía sino del mundo.
El objeto de este proyecto es por tanto el estudio de la eficacia de diversos tratamientos adhesivos en una pequeña
muestra de algunos de los materiales pétreos más característicos del Patrimonio Andaluz.
viii
Abstract
The monumental and artistic wealth of Andalusia has made its Historic Heritage has been very valued and
appreciated throughout the centuries, making this a hallmark of any andaluz. However, we cannot forget that
their care is of vital importance, as the different existing alteration factors: rain, snow, wind, and of course
carácter anthropogenic factors, increasingly commonly by Little awareness of society with art, make its
deterioration more acused.
In the search for the conservation of the heritage arise the so-called “Methods of Conservation”, whose main
objective is none other than the development and research of new treatments, as well as the application and study
of the response of the materials to them; keeping for “alive” not only artistic essence of Andalusia, but of the
world.
The aim of this Project is the study od the efectiveness of different adhesive treatments in a small simple of some
of the most typical Andalusian Heritage stone materials.
ix
Índice
Agradecimientos vi
Resumen vii
Abstract viii
Índice ix
Índice de Tablas x
Índice de Figuras xi
1 Alcance y objetivos del proyecto 1
2 Estudio bibliográfico 2 2.1. Concepto de material pétreo y su tipología 2 2.2. Caracterización del material pétreo 6
2.1.1. Determinación de la porosidad 7 2.1.2. Ensayos de alteración 8
2.3. Factores y mecanismos de alteración 11 2.3.1. Mecanismos de alteración 11 2.3.2. Indicadores visuales de alteración 16
2.4. Tratamientos de conservación de los materiales 23 2.5. Adhesivos para los materiales pétreos 24
2.5.1. Introducción 24 2.5.2. Métodos adhesivos para ensamblaje 26 2.5.3. Tipos de adhesivos 32 2.5.4. Procedimiento para la realización de una union adhesiva 37
3 Estudio experimental 45 3.1. Metodología para el estudio de tratamientos de conservación 45
3.1.1. Estudios previos 45 3.1.2. Propuesta y evaluación de tratamientos 45 3.1.3. Programa de seguimiento 46
3.2. Caracterización de las probetas 46 3.3. Descripción de los tratamientos 54 3.4. Descripción de los ensayos 59
3.4.1. Ensayo de medida de porosidad y densidad 59 3.4.2. Preparación de las probetas para los ensayos 60 3.4.3. Ensayos de alteración acelerada 64 3.4.4. Ensayo de adherencia 65
4 Resultados y discusión 68 4.1. Porosidad y densidad 68 4.2. Adherencia 69
4.2.1. Adherencia en probetas sin envejecimiento 71 4.2.2. Adherencia en probetas tras envejecimiento 79
5 Conclusiones 104
6 Referencias Bibliográficas 109
x
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Ensayos para medida de porosidad. 7
Tabla 2. Resumen de los principales factores de alteración. 12
Tabla 3. Ventajas e inconvenientes de los adhesivos como material de ensamblaje. 25
Tabla 4. Comparación general de varios métodos de ensamblaje en función de diversas características. 26
Tabla 5. Ventajas e inconvenientes de los ensayos destructivos. 42
Tabla 6. Ventajas e inconvenientes de los ensayos no destructivos. 43
Tabla 7. Descripción macroscópica de la Piedra de Sierra Elvira. 48
Tabla 8. Descripción microscópica de la Piedra de Sierra Elvira. 49
Tabla 9. Características físico-químicas de la Piedra de Sierra Elvira. 49
Tabla 10. Descripción macroscópica de la Piedra de Sierra Elvira. 51
Tabla 11. Descripción microscópica de la Piedra de Sierra Elvira. 52
Tabla 12. Características físico-químicas del Mármol de Macael. 52
Tabla 13. Composición sistema Epo-150. 54
Tabla 14. Características técnicas Epo-150. 54
Tabla 15. Distribución de los adhesivos en las placas. 60
Tabla 16. Probetas sometidas al ensayo de hielo-deshielo. 64
Tabla 17. Probetas sometidas al ensayo de choque térmico. 65
Tabla 18. Resultados del ensayo de porosidad y densidad para el ladrillo. 68
Tabla 19. Resultados del ensayo de porosidad y densidad para la piedra de Sierra Elvira. 68
Tabla 20. Resultados del ensayo de porosidad y densidad para el mármol de Macael. 69
Tabla 21. Comparativa entre porosidad experimental y real. 69
Tabla 22. Superficie media de probetas de material pétreo analizado. 70
Tabla 23. Resultados de adherencia 1 para ladrillo. 72
Tabla 24. Resultados de adherencia 1 para piedra de Sierra Elvira. 74
Tabla 25. Resultados de adherencia 1 para mármol de Macael. 77
Tabla 26. Incidencias durante el ensayo de envejecimiento. 85
Tabla 27. Resultados de adherencia 2 para ladrillo tras ensayo de choque térmico. 86
Tabla 28. Resultados de adherencia 2 para ladrillo tras ensayo de hielo-deshielo. 89
Tabla 29. Resultados de adherencia 2 para piedra de Sierra Elvira tras ensayo de choque térmico. 92
Tabla 30. Resultados de adherencia 2 para piedra de Sierra Elvira tras ensayo de hielo-deshielo. 95
Tabla 31. Resultados de adherencia 2 para mármol de Macael tras ensayo de choque térmico. 98
Tabla 32. Resultados del ensayo de adherencia 2 para mármol de Macael tras ensayo de hielo-deshielo. 101
Tabla 33. Adhesivo más óptimo para cada material. 108
xi
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Muralla del Cerro de San Cristóbal (Almería). 5
Figura 2. Mulva (Villanueva del Río y Minas, Sevilla). 5
Figura 3. Madinat Al-Zahra (Córdoba). 5
Figura 4. Tipos de ensamblaje entre sustratos. 24
Figura 5. Tipos de fuerzas en uniones adhesivas. 27
Figura 6. Modelo de adhesión mecánica. 27
Figura 7. Teoria de la disfusión. 28
Figura 8. Teoria eléctrica. 28
Figura 9. Ángulo de contacto entre adhesivo y sustrato. 29
Figura 10. Ángulo de contacto entre adhesivo y sustrato. 30
Figura 11. Ejemplo de diferentes tipos de mojado. 30
Figura 12. Tipos de fallo en una unión adhesiva. 32
Figura 13. Cola de conejo. 32
Figura 14. Cera. 32
Figura 15. Fórmula química del PVA. 33
Figura 16. Fórmula química del PVAL. 33
Figura 17. Fórmula química del PVB. 34
Figura 18. Fórmula química del Paraloid B-72. 34
Figura 19. Fórmula química del Paraloid B-67. 34
Figura 20. Fórmula química del Primal AC33. 35
Figura 21. Fórmula química del cianocrilato. 35
Figura 22. Fórmula química de la Resina Epoxi. 36
Figura 23. Fórmula química de la Resina de Estireno de Poliéster. 36
Figura 24. Fórmula estructual de la cal. 37
Figura 25. Esquema del ensayo de tracción. 40
Figura 26. Gráfica tensión-deformación para materiales dúctiles. 40
Figura 27. Esquema del ensayo de cortadura. 41
Figura 28. Esquema del ensayo de pelado. 41
Figura 29. Ensayo de flexión transversal. 42
Figura 30. Esquema de la colocación de la sufridera. 44
Figura 31. Diferentes tipos de roturas en el ensayo de adherencia. 44
Figura 32. Piedra de Sierra Elvira. 46
Figura 33. Representación de una crinoide. 47
Figura 34. Portada de la Iglesia de San Justo y Pastor. 47
Figura 35. Catedral de Granada. 48
Figura 36. Mármol de Macael. 50
xii
Figura 37. Patio de los Leones de la Alhambra (Granada). 50
Figura 38. Teatro romano de Mérida. 51
Figura 39. Fachada de la Central Catalana de Electricidad de Barcelona. 53
Figura 40. Museo de arte romano (Mérida). 53
Figura 41. Adhesivo Epo-150 y Endurecedor K-151. 55
Figura 42. Partículas de Carbonato Cálcico y Partículas de Sílice. 56
Figura 43. Adhesivo Paraloid B-72. 56
Figura 44. Reacción de polimerización. 57
Figura 45. Red de polisialato. 57
Figura 46. Tipo de estructuras poliméricas. 58
Figura 47. Esquema del proceso de geopolimerización. 58
Figura 48. Desecador hermético. 59
Figura 49. Bomba de vacío. 59
Figura 50. Placas A, B y C del Mármol de Macael. 61
Figura 51. Placas A, B y C del Ladrillo Común. 61
Figura 52. Placas A, B y C de la Piedra de Sierra Elvira. 61
Figura 53. Geopolímero sobre la Piedra de Sierra Elvira. 62
Figura 54. Geopolímero sobre el Mármol de Macael. 62
Figura 55. Geopolímero sobre el Ladrillo. 63
Figura 56. Placas D, E y F del Mármol de Macael. 63
Figura 57. Placas E, F y G del Ladrillo Común. 63
Figura 58. Placas D, E y F de la Piedra de Sierra Elvira. 64
Figura 59. Medidor de adherencia Neurtek. 65
Figura 60. Sufrideras adheridas a las probetas. 66
Figura 61. Pegamento Araldite. 66
Figura 62. Placa calefactora para recuperar sufrideras. 67
Figura 63. Valores medios de Adherencia 1 para ladrillo. 72
Figura 64. Valores medios de Adherencia 1 corregida para ladrillo. 73
Figura 65. Valores medios de Adherencia 1 para piedra de Sierra Elvira. 75
Figura 66. Valores medios de Adherencia 1 corregida para piedra de Sierra Elvira. 76
Figura 67. Valores medios de Adherencia 1 para mármol de Macael. 78
Figura 68. Valores medios de Adherencia 1 corregida para mármol de Macael. 79
Figura 69. Probetas placas C en el 2º día del ensayo de envejecimiento. 79
Figura 70. Probetas placas C en el 6º día del ensayo de envejecimiento. 80
Figura 71. Probetas placas C en el 12º día del ensayo de envejecimiento. 80
Figura 72. Probetas placas C en el 15º día del ensayo de envejecimiento. 80
Figura 73. Probetas placas C en el 20º día del ensayo de envejecimiento. 80
Figura 74. Probetas placas F en el 2º día del ensayo de envejecimiento. 81
Figura 75. Probetas placas F en el 6º día del ensayo de envejecimiento. 81
Figura 76. Probetas placas F en el 12º día del ensayo de envejecimiento. 81
Figura 77. Probetas placas F en el 15º día del ensayo de envejecimiento. 81
Figura 78. Probetas placas F en el 20º día del ensayo de envejecimiento. 82
xiii
Figura 79. Probetas placas B en el 2º día del ensayo de envejecimiento. 82
Figura 80. Probetas placas B en el 6º día del ensayo de envejecimiento. 82
Figura 81. Probetas placas B en el 12º día del ensayo de envejecimiento. 82
Figura 82. Probetas placas B en el 15º día del ensayo de envejecimiento. 83
Figura 83. Probetas placas B en el 20º día del ensayo de envejecimiento. 83
Figura 84. Probetas placas E en el 2º día del ensayo de envejecimiento. 83
Figura 85. Probetas placas E en el 6º día del ensayo de envejecimiento. 84
Figura 86. Probetas placas E en el 12º día del ensayo de envejecimiento. 84
Figura 87. Probetas placas E en el 15º día del ensayo de envejecimiento. 84
Figura 88. Probetas placas E en el 20º día del ensayo de envejecimiento. 84
Figura 89. Valores medios de Adherencia 2 para ladrillo tras ensayo de choque térmico. 87
Figura 90. Valores medios corregidos de Adherencia 2 para ladrillo tras ensayo de choque térmico. 88
Figura 91. Valores medios de Adherencia 2 para ladrillo tras ensayo de hielo-deshielo. 90
Figura 92. Valores medios de la Adherencia 2 corregida para ladrillo tras ensayo de hielo-deshielo. 91
Figura 93. Valores medios de Adherencia 2 para piedra de Sierra Elvira tras ensayo de choque térmico. 93
Figura 94. Valores medios corregidos de Adherencia 2 para piedra de Sierra Elvira tras ensayo de choque térmico. 94
Figura 95. Valores medios de Adherencia 2 para piedra de Sierra Elvira tras ensayo de hielo-deshielo. 96
Figura 96. Valores medios corregidos de Adherencia 2 para piedra de Sierra Elvira tras ensayo de hielo-deshielo. 97
Figura 97.Valores medios de Adherencia 2 para el mármol de Macael tras ensayo de choque térmico. 99
Figura 98. Valores medios corregidos de Adherencia 2 para mármol de Macael tras ensayo de choque térmico. 100
Figura 99. Valores medios de Adherencia 2 para el mármol de Macael tras ensayo de hielo-deshielo. 102
Figura 100. Valores medios corregidos de Adherencia 2 para mármol de Macael tras ensayo de hielo-deshielo. 103
Figura 101. Evolución de Adherencia en Ladrillo para placas A, B y C. 104
Figura 102. Evolución de Adherencia en Ladrillo para placas D, E y F. 104
Figura 103. Evolución de Adherencia en Piedra de Sierra Elvira para placas A, B y C. 105
Figura 104. Evolución de Adherencia en Piedra de Sierra Elvira para placas D, E y F. 105
Figura 105. Evolución de Adherencia en Mármol de Macael para placas A, B y C. 106
Figura 106. Evolución de Adherencia en Mármol de Macael para placas D, E y F. 106
1
1 ALCANCE Y OBJETIVOS DEL PROYECTO
l alcance del proyecto que se aborda es determinar la efectividad de diversos tipos de adhesivos mediante
su aplicación a materiales pétreos del Patrimonio Histórico. En el proyecto se estudiarán tanto adhesivos
comúnmente usados en la restauración, así como otros aún objeto de investigación: los geopolímeros.
Para realizar el estudio experimental se requiere seguir una metodología determinada que se basa en los
siguientes pasos:
1) Caracterización del material pétreo mediante la realización de ensayos.
2) Preparación de los diferentes adhesivos a usar.
3) Aplicación del tratamiento a las probetas preparadas.
4) Ensayos de alteración acelerada donde se someterán las probetas, en un período de tiempo
relativamente corto, a factores de alteración de forma acelerada. En el caso del proyecto, los ensayos
que se van a realizar son: choque térmico e hielo-deshielo.
La eficiencia se determinará mediante la medida de la adherencia que presentan las probetas antes y después
de los ensayos de envejecimiento. Con ello se concluirá cuál es el tratamiento más óptimo para cada material
pétreo analizado, lo cual es el objetivo principal del proyecto. Además, se podrá analizar la validez del
geopolímero como adhesivo para materiales pétreos.
E
2
2 ESTUDIO BIBLIOGRÁFICO
2.1. Concepto de material pétreo y su tipología
[1] Las rocas o piedras constituyen uno de los primeros materiales que emplearon los más remotos antecesores al
ocupar todo el entorno y caracterizar el paisaje. La importancia que se le ha dado a la piedra, sobre todo en
determinadas épocas históricas, se refleja en el importante número de edificios de gran valor monumental
existentes. Una de las principales características de la roca es la versatilidad que presenta desde el punto de vista
de la construcción, llevándola a tener una gran variabilidad de usos, entre los cuales se destaca:
Material base para muros.
Decoración de fachadas.
Cimentación de edificios.
Decoración de interiores y pavimentos.
Las rocas están presentes en la naturaleza, en la corteza terrestre, constituidas por la combinación de distintos
minerales, los cuales se originan a partir de los elementos geoquímicos y sus asociaciones. La diferencia en su
composición mineralógica es el concepto principal que permite obtener una definición adecuada de la misma.
Sin embargo, a la hora de caracterizar una roca se deben tener en cuenta otras características adicionales tales
como su génesis y textura.
Para facilitar el estudio de los diferentes tipos de roca se clasificarán según su génesis en tres grandes grupos
que a continuación se detallan:
1. ROCAS SEDIMENTARIAS
Son rocas originadas por el transporte y deposición de materiales como consecuencia de la acción del viento,
agua, hielo; o depositadas químicamente a partir de un fluido acuoso. También se incluyen en este tipo las rocas
formadas por la acumulación de materiales inorgánicos como caparazones secretados por organismos.
Dentro de las rocas sedimentarias se destacan dos subtipos:
a) Rocas sedimentarias detríticas
Son las formadas a partir de la sedimentación de fragmentos de otras rocas después de una fase de transporte.
La clasificación de estas rocas se basa en los tamaños y la forma de los fragmentos que las componen,
distinguiendo, por tanto:
Conglomerados: Rocas con fragmentos grandes (mayores de 2 mm) y redondeados. Son usados
como piedra de construcción principalmente.
Brechas: Rocas de fragmentos grandes, como los conglomerados, pero son angulosas.
Gravas: Formadas por fragmentos sueltos. Son de interés para la fabricación del hormigón.
Areniscas: Poseen un tamaño de grano intermedio (entre 0,06 y 2 mm) visibles a simple vista
o con microscópico óptico.
Limos y arcillas: Tamaño de grano muy pequeño (inferior a 0,06 mm), por tanto, solo visibles
a microscópico electrónico. Las arcillas son utilizadas en muchas facetas de la vida cotidiana: tienen
uso medicinal y cosmético, pero además se usa como material de construcción para fabricar
ladrillos y cerámicas. También son la materia prima para la construcción de muros de tapiales y
adobes. Adicionalmente y debido a sus propiedades impermeabilizantes, se usan para absorción de
productos contaminantes, filtrado industrial, etc.
3
b) Rocas sedimentarias no detríticas
Son las formadas a partir de la precipitación de determinados compuestos químicos en soluciones acuosas
o bien por acumulación de origen orgánico. Un tipo muy común es la roca caliza, formada en su mayor
parte por la precipitación de carbonato cálcico o por la acumulación de fragmentos esqueléticos (corales,
gasterópodos, ostrácodos…). En estas rocas es frecuente observar la presencia de estos restos que
constituyen los fósiles. La importancia de la caliza recae en que es un material de uso común para la
construcción de fachadas y revestimiento de suelos de los edificios.
Una variedad de caliza es la toba calcárea, la cual es muy porosa y con abundantes restos vegetales. Su
origen es debido a la precipitación del carbonato cálcico sobre la vegetación.
Las dolomías son otro tipo de roca cuya principal diferencia con la anterior es que tienen en su composición
química, además de carbonato y calcio, un porcentaje alto de magnesio.
Por otro lado, cabe reseñar dos tipos más de rocas: la primera de ellas, denominada diatomea, es producida
por la acumulación de restos de caparazones de organismos cuyo caparazón es de sílice mayoritariamente.
El segundo tipo se denomina sílex y es producido por la precipitación de la sílice que lleva el agua.
En último lugar, cabe destacar la presencia de rocas evaporíticas, generadas por evaporación de agua en
medios marinos y lagunajes. La roca más importante de este tipo es el yeso (su origen es la precipitación
del sulfato cálcico). El yeso se utiliza para el revestimiento y la fabricación de escayolas.
2. ROCAS ÍGNEAS
Son rocas generadas por el enfriamiento de una masa líquida de composición silicatada que procede del interior
de la Tierra y que se encuentra a altas temperaturas. Cuando se enfría y solidifica durante su ascenso hacia la
superficie de la Tierra, en zonas cercanas a la superficie (corteza terrestre), da lugar a rocas plutónicas. Sin
embargo, cuando se enfría y solidifica en la superficie, se da lugar a las rocas volcánicas. A continuación, se
muestra de forma detallada cada uno de las dos subcategorías de rocas ígneas mencionadas.
a) Rocas plutónicas
Se originan bajo la superficie terrestre y, por tanto, al estar sometidas a grandes presiones, sus minerales
crecen muy unidos, formando rocas densas no porosas. Su enfriamiento es muy lento por lo que los
cristales de los minerales que las forman pueden ser relativamente grandes, llegándose a apreciar en
algunas ocasiones a simple vista.
Los granitos son las rocas plutónicas más comunes. Están compuestos por una mezcla de minerales:
cuarzo, feldespato y mica. No obstante, también es bastante conocida el grabo, el cual destaca por la
ausencia de cuarzo y el oscuro de su tonalidad.
Las rocas plutónicas y en especial las graníticas tienen una importante producción en España para la
construcción. Dado su buen comportamiento se utilizan para la estructura y revestimiento de fachada, así
como la pavimentación interior y exterior de edificios o la fabricación de encimeras de cocina y baño.
b) Rocas volcánicas
Se originan cuando el magma sale al exterior de la superficie de la Tierra, dando lugar a la lava de los
volcanes y se enfrían en la superficie terrestre a temperaturas y presiones bajas. El resultado son rocas
constituidas por una masa de cristales de pequeño tamaño o bien materia amorfa sin cristalizar (vidrio).
Se puede dar la siguiente clasificación:
Basalto: Su principal composición es feldespato y piroxeno y destaca por su tono oscuro.
Riolita: Roca de composición semejante al granito de tonos claros.
4
Piedra pómez: de composición semejante a la riolita; presenta una alta porosidad que la hace
particularmente esponjosa. Por sus características es utilizada en la industria como elemento filtrante
y absorbente; en cosmética o como polvos abrasivos para limpieza y pulido de piezas.
Vidrio obsidiana: Destaca por su color oscuro y brillo vítreo. Se usa para joyería y adornos. En el
pasado se usabas para lanzas o flechas.
3. ROCAS METAMÓRFICAS
Se generan a partir de rocas prexistentes que, como consecuencia de sufrir un aumento importante de
temperatura y de presión por procesos geológicos (enterramiento, intrusión de magmas, etc), sufren reajustes.
Este reajuste ocasiona cambios en sus minerales y composición química.
El proceso metamórfico se realiza en estado sólido, es decir, las transformaciones se producen sin que la roca
llegue a fundirse.
La mayoría de las rocas metamórficas se caracterizan por un aplastamiento general de sus minerales que hace
que aparezcan orientados de forma plana dando lugar a una laminación de la roca (este fenómeno se denomina
foliación).
Como ejemplos se pueden destacar:
Pizarras: Proceden de arcillas que han sufrido un incremento bajo de temperatura y presión por
enterramiento. Presentan una estructura foliada que se denomina pizarrosidad (foliación muy recta,
paralela y muy fina). Generalmente son oscuras y con frecuencia contienen fósiles. Se utilizan
frecuentemente en placas para techar en construcción, así como para revestimiento de paredes y suelos
en viviendas.
Esquistos: Son rocas que han sufrido un metamorfismo más intenso. Presentan una estructura foliada
más deformada que se denomina esquistosidad. Un aspecto destacable es que los fósiles que pudiera
tener la roca original desaparecen durante el proceso metamórfico.
Gneis: Es una roca que ha sufrido un metamorfismo muy intenso. Sus principales minerales son el
cuarzo, los feldespatos y las micas (como el granito) pero se presentan orientados en bandas claras y
oscuras.
Cuarcita: Procede del metamorfismo de areniscas muy ricas en cuarzo y se utiliza como árido en
construcción constructiva y decorativa.
Mármol: Roca metamórfica compacta formada a partir de rocas calizas que, sometidas a elevadas
temperaturas y presiones, alcanzan un grado de cristalización. Su componente básico es el carbonato
cálcico cuyo contenido supera el 90 %. Se utiliza principalmente en la construcción, decoración y
escultura [2].
Debido a que el objetivo del trabajo no es otro que el estudio de la piedra como elemento del Patrimonio Andaluz,
conviene destacar cuál es el uso preferencial de cada tipo hablando en términos de construcción [1]:
Rocas sedimentarias: Al ser rocas blandas comúnmente, son fáciles de trabajar y además como no son
muy pesadas, son fáciles de transportar. Estas dos cualidades, unidas a que están presentes en un 75%
de la corteza terrestre, las ha convertido históricamente en las rocas preferidas para construir. Murallas,
puentes, acueductos, castillos, iglesias y catedrales se han levantado con sillares fabricados con este tipo
de roca.
5
Figura 1. Muralla del Cerro de San Cristóbal (Almería).
Rocas ígneas: En estas rocas se han valorado más sus posibilidades de ornamentación por dos motivos: por
una parte, porque al ser tan duras y pesadas no facilitan el trabajo para su uso en la construcción, y, por otra
parte, por la belleza que presentan cuando se pulen.
Se encuentra, por consiguiente, embelleciendo las zonas nobles de los edificios (fachadas, pórticos, etc.),
monumentos, columnas, etc.
No obstante, en zonas donde no abunda otro tipo de roca, se han utilizado también para levantar muros y
otras construcciones.
Figura 2. Mulva (Villanueva del Río y Minas, Sevilla).
Rocas metamórficas: Preferentemente el uso se ha limitado también a la ornamentación más que a la
construcción: fachadas, monumentos, zócalos, pedestales, columnas, capiteles, etc. Los grandes
protagonistas en la construcción del Patrimonio han sido principalmente los mármoles, debido a la belleza
de los colores que adquieren una vez pulimentados.
Figura 3. Madinat Al-Zahra (Córdoba).
6
2.2. Caracterización del material pétreo
[2] El estudio de las causas y mecanismos de alteración de los diferentes materiales pétreos incluye la aplicación
de un conjunto de técnicas y ensayos orientados a esclarecer las fuerzas destructivas que provocan las
alteraciones de la piedra, aspectos que resultan de gran interés para seleccionar los tratamientos más óptimos
para el material estudiado. Estos métodos, utilizados normalmente por la comunidad científica, permiten la
caracterización composicional, mineralógica y textural del material, así como la determinación de sus
propiedades físicas y las modificaciones que experimenta con el paso del tiempo.
Existen cinco líneas de investigación claramente diferenciadas, cada una de ellas con un objetivo y unas técnicas
de análisis definidas:
a) Análisis químico
Identificación de componentes mayoritarios, elementos traza y componentes de alteración (sales) mediante las
técnicas de:
-Absorción atómica (AA)
-Fluorescencia de rayos X (FRX)
-Espectrometría de infrarrojo (IRFT)
-Microanálisis (EDX)
b) Análisis mineralógico-petrográfico
Identificación y evaluación de los componentes mineralógicos y la relación existente entre ellos (textura),
componentes vacíos (poros) y observación morfológica de las sales mediante:
-Difracción de rayos X
-Microscopia óptica de luz polarizada
-Microscopia electrónica (SEM y TEM)
c) Análisis físico-mecánico.
Aspectos relacionados con la dinámica de los procesos de alteración, así como los factores de tipo físico que los
controlan relacionados con el comportamiento hídrico y mecánico mediante:
-Porometrías: porosimetría de inyección de Hg, absorción de agua al vacío…
-Propiedades hídricas.
-Colorimetría.
-Ultrasonidos.
-Ensayos de resistencia mecánica.
d) Ensayos de alteración en laboratorio
Ensayos orientados hacia el conocimiento sobre el comportamiento del material ante los agentes de alteración
ambientales (efectos del hielo-deshielo, cambios térmicos, atmósferas contaminantes, etc.) mediante ensayos de
envejecimiento acelerado.
e) Biodeterioro
Identificación de microorganismos causantes de alguna alteración, para ello de hace uso de la lupa binocular y
los microscopios óptico y electrónico.
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En este Proyecto, solo se llevarán a cabo dos tipos de ensayos de los anteriormente presentados: análisis físico-
mecánico (absorción de agua al vacío para determinación de la porosidad) y ensayos de alteración en laboratorio.
2.1.1. Determinación de la porosidad
Un material pétreo tanto natural (roca) como artificial (mortero, hormigón, ladrillo, etc.) se compone de un
agregado de uno o más minerales, de forma que entre estos constituyentes pueden existir una serie de espacios
vacíos. Tales espacios (poros y fisuras) son un componente petrográfico esencial en una roca, ya que en gran
medida su volumen y distribución condicionan las características tanto de uso como de alterabilidad y/o
durabilidad en el caso de ser usada con fines ornamentales.
El estudio de la porosidad tiene como objetivo determinar el volumen de poros y definir el sistema poroso. Al
ser la roca un medio continuo y tridimensional, el sistema poroso resulta complejo y difícil de observar, describir
y cuantificar. Su estudio incluye los modelos del sistema poroso (poros, accesos y medios figurados), elementos
cuantificables (volumen de espacios vacíos, tamaño, forma, grado de comunicación y distribución) y tipos de
espacios vacíos (origen genético y connotación morfológica).
En la actualidad existe un amplio número de técnicas de estudio (ver Tabla 1); las más útiles son las de tipo
indirecto, que se basan en la impregnación, succión capilar de agua, adsorción de gases e inyección de mercurio.
Estos métodos permiten obtener información indirecta de la porosidad mediante la determinación de las
propiedades físico-químicas de un fluido (liquido o gas) o una radiación al entrar en contacto con el material a
través de sus poros.
Análisis del sistema poroso
Métodos directos Métodos indirectos
Microscopía óptica
Microscopía electrónica
Microscopía confocal láser
Saturación de agua al vacío
Métodos de succión
Absorción de Ni2: BET
Picnometría de He
Difracción de RX de bajo ángulo
Porosimetría de Hg
Tabla 1. Ensayos para medida de porosidad.
Entre estas técnicas se destaca la absorción forzada de agua a vacío, la cual se utiliza en este proyecto para
caracterizar los materiales pétreos.
Este método permite conocer el contenido máximo de agua que es capaz de retener una roca. A partir de la
absorción de agua al vacío se determina la masa saturada (Ms), contenido en agua en saturación (Ws), y grado
de saturación (Si). Para su descripción de han tomado de referencia las siguientes normas: UNE-EN 1936/99,
Rilem: Comisión 25-PEM. Este ensayo también se denomina absorción de agua al vacío y contenido de agua
en saturación.
El procedimiento es el siguiente: se parte de 3 a 6 probetas de forma cilíndrica, cúbica o prismática, con un
volumen mínimo de 25 ml, que se sumergen en un tanque de inmersión en función de las condiciones del ensayo
(inmersión en agua en ebullición, inmersión al vacío e inmersión en agua a presión elevada). Después de secarlas
a 70 ± 5 ºC, hasta masa constante, las probetas se pesan y se colocan en un recipiente de vacío durante 24 ± 2 h
para eliminar el aire en los poros abiertos. Pasado este tiempo se introduce lentamente agua desmineralizada, a
20 ºC de temperatura, de tal manera que pasados 15 minutos las probetas estén totalmente cubiertas,
manteniendo la misma presión hasta pasadas 24 ± 2 h. Después de este tiempo, se restablece la presión
atmosférica, se dejan las probetas bajo el agua otras 24 ± 2 h y se pesa la probeta bajo el agua determinando la
pesada hidrostática y, por último, se seca la probeta con un paño húmedo y se determina la masa saturada. Los
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parámetros que se determinan son los siguientes:
- Porosidad abierta
𝑛0(%) =𝑀𝑠 − 𝑀0
𝑀𝑠 − 𝑀ℎ· 100 [𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 1]
- Densidad aparente
𝑑𝑎𝑝 (𝑔
𝑐𝑚3) =
𝑀0
𝑀𝑠 − 𝑀ℎ [𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 2]
- Contenido de agua a saturación
𝑊𝑠(%) =𝑀𝑠 − 𝑀0
𝑀0· 100 [𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 3]
Donde M0 corresponde al peso seco, Mh al peso saturado sumergido (pesada hidrostática) y Ms al peso
saturado al aire.
2.1.2. Ensayos de alteración
Los ensayos de alteración artificial constituyen una metodología básica de investigación en el campo de estudio
de los materiales rocosos y su alteración en los monumentos. Se trata de ensayos relativamente sencillos
estandarizados por diversos organismos (RILEM, ASTM, DIN, NORMAL, UNE), que resultan muy útiles para
comparar la susceptibilidad de diferentes rocas a la acción de un agente de alteración o para evaluar la
durabilidad de tratamientos de conservación. Sin embargo, muchas veces en estos ensayos se obtiene efectos
que se alejan de los encontrados en los monumentos; esto es así porque en los edificios actúan numerosos
factores (ambientales y relacionados con la estructura arquitectónica) que en la simplificación de un proceso en
laboratorio inevitablemente quedan excluidos. Por otra parte, el hecho de acelerar un proceso supone una
modificación intrínseca en el mismo.
A pesar de estas limitaciones, los ensayos de alteración constituyen una buena metodología cuando se pretende
estudiar la resistencia de distintas rocas a un agente de alteración, definir el proceso de deterioro, comprobar qué
propiedades intrínsecas de las rocas controlan dicho proceso o evaluar la eficacia y durabilidad de tratamientos
bajo condiciones lo más parecidas posible a las reales.
En resumen, los tres objetivos de la realización de ensayos de alteración con materiales pétreos se citan a
continuación:
1) Estudiar la resistencia de la piedra a los agentes de alteración.
2) Investigar los mecanismos de alteración.
3) Evaluar la eficacia de un determinado tratamiento.
Los ensayos de alteración de materiales pétreos se pueden englobar en cuatro tipos:
a) Ensayos a la intemperie
Las muestras son sometidas durante intervalos de tiempo definidos a unas condiciones ambientales
determinadas, evaluándose al final, o en diversos periodos de tiempo, las alteraciones sufridas por las mismas.
b) Ensayos acelerados a la intemperie
Similares a los ensayos a la intemperie, pero intensificando una o varias causas de aceleración.
c) Ensayos en atmósferas controladas
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Se fija la intensidad, frecuencia y secuencia de las variables atmosféricas. Dentro de estos ensayos existen dos
tipos distintos, los de imitación en los que se reproducen las variables atmosféricas que existen en el
emplazamiento del material a estudiar y los acelerados, en los que se intensifica algún factor atmosférico con el
fin de reducir la duración del ensayo.
d) Ensayos de alteración acelerada
Se basan en una acción violenta y controlada en el tiempo de los principales factores de deterioro.
Uno de los inconvenientes que se les atribuyen a los ensayos que se indican a continuación es que son
demasiados simplificados y sólo consideran el efecto de un único factor de alteración, sin tener en cuenta que
pueden existir efectos sinérgicos entre las distintas variables. Por ello no existen garantías de que actúen los
mismos mecanismos de alteración y de que se puedan comparar sus resultados con los obtenidos en la exposición
real. Para paliar esto, numerosos autores recurren a la realización de combinaciones de ensayos, que,
normalmente, consisten en ciclos en los que se van alternando los distintos factores de alteración.
Existen cinco tipos básicos de ensayos acelerados, que se explican a continuación:
Heladicidad
Los objetivos de los ensayos de heladicidad son reproducir el clima al que está sometido el material o crear
condiciones más severas, para obtener resultados en un menor intervalo de tiempo, y de esta forma estudiar
los daños originados por el hielo.
Este tipo de ensayos consiste, en líneas generales en una serie de ciclos que incluyen una fase de hielo otra
de deshielo; en la primera, que generalmente se lleva a cabo en aire, la muestra saturada se somete durante
unas horas a temperaturas del orden de -15 a -25 ºC. La fase de deshielo puede tener lugar bien en aire o
bien en agua (lo más frecuente) y la temperatura varía desde 1 a 24 ºC o temperatura ambiente La
preparación suele incluir un secado a 60 ó 105 ºC, y una saturación posterior antes de comenzar la secuencia
de ciclos. También se puede realizar de forma automática en una cámara frigorífica, donde además se puede
establecer también la velocidad de cambio de una fase a otra [6].
Para evaluar los resultados se efectúan una serie de medidas, siendo las más frecuentes la pérdida de peso y
la observación, a simple vista o con microscopio, de la aparición de fisuras o grietas. También se ha recurrido
a medidas del módulo de elasticidad, la frecuencia de resonancia, el volumen aparente.
Cristalización de sales
El fundamento de este tipo de ensayo consiste en inducir sucesivamente la solubilización de una sal
determinada. Esto se logra sometiendo las muestras a una fase de impregnación de la sal y a otra posterior
de secado, repitiéndose este ciclo un determinado número de veces.
La sal más frecuentemente utilizada es el Na2SO2 pero también lo son NaCl, CaSO4, (NH4) ·2SO4 y el
NH4HSO4. La elección del bisulfato amónico se justifica en a base a que éste es un compuesto frecuente en
la atmosfera y que permite comprobar simultáneamente los efectos de la cristalización y del ataque químico
por ácido. El sulfato sódico decahidratado presenta un aumento de volumen del 308 % con respecto a la sal
anhidra, por lo que está particularmente indicado para simular las tensiones que se crean en el interior de la
piedra, como consecuencia de la cristalización. La concentración de las soluciones no influye en severidad
del ensayo. La temperatura de la solución sí que es una variable importante, ya que la desintegración de
probetas es mucho más rápida a temperaturas bajas.
La fase de impregnación con la solución salina puede efectuarse por inmersión, capilaridad, penetración o
niebla salina.
La inmersión, que es la técnica más frecuente, puede desarrollarse bajo vacío, a presión atmosférica o más
elevada. Las muestras se sumergen completamente en la solución, permaneciendo así un tiempo en general
superior al teóricamente necesario para lograr la saturación. La duración de la inmersión no afecta a los
resultados relativos. Se propone que esta fase dure más de cinco horas, considerándose de la mayor
importancia el valor de la temperatura en los primeros instantes de la inmersión.
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Cuando las sales penetran por capilaridad solo una parte de la probeta está en contacto con la solución; en
este caso es normal que se desarrollen simultáneamente la fase de secado y la impregnación, pudiéndose
calentar las muestras para favorecer la evaporación.
La penetración usa un procedimiento similar al anterior, con la diferencia de que se trata de evaluar la
capacidad de un determinado tratamiento para aislar el interior de la piedra de la acción de las sales.
La fase de secado se realiza a 60 o 105 ºC. Con 60 ºC existe el problema de que aumenta el tiempo necesario
para lograr un secado completo y es difícil conseguir que la duración del ciclo sea igual o inferior a un día.
Por otra parte, cuando se estudian muestras con tratamientos orgánicos la adopción de temperaturas elevadas
puede degradar las probetas. Conseguir una eliminación total del agua de la muestra es primordial, ya que
afecta a los resultados relativos. El número de ciclos a realizar depende en cada caso particular tanto de tipo
de muestra y/o tratamiento como del grado de alteración deseado.
La evaluación del ensayo suele hacerse por examen visual de las alteraciones, la comprobación de la pérdida
de peso o de la variación de porosidad o porometría.
Un campo de aplicación de los ensayos de cristalización de sales es la evaluación de los tratamientos de
conservación. En este caso es necesario definir perfectamente la forma de aplicación del tratamiento, así
como decidir si se impregnan todas o algunas de las caras de las probetas. El recubrimiento utilizado no
alcanza generalmente el corazón de la muestra, por lo que se crea una interfase piedra tratada/ piedra no
tratada que es la zona más susceptible de alteraciones, y que puede ser la causa del desprendimiento en
placas de parte superficial.
Ciclos termohigrométricos
Los ensayos termohigrométricos estudian los efectos que las variaciones de temperatura y humedad relativa
tienen en los materiales pétreos.
Las condiciones de humedad se pueden lograr fundamentalmente de tres formas:
- Por exposición a una atmósfera con humedad relativa elevada (cerca de la saturación) lo cual se
consigue normalmente utilizando una cámara climática.
- Por inmersión en agua normalmente a temperatura ambiente.
- Con niebla, manteniendo las proximidades de la muestra y ésta misma a una temperatura inferior a
la del resto del ambiente, para provocar condensaciones.
En ocasiones se efectúan estos ensayos en condiciones constantes con temperatura y humedad relativa
elevadas, para comprobar la acción de climas tropicales.
Lo más frecuente es establecer ciclos, que tengan la duración suficiente para que la muestra llegue al
equilibrio. Estos ensayos, muy poco severos y por tanto de gran duración, son aplicables sólo a la evaluación
de tratamientos, ya que la gran mayoría de los tipos de piedra prácticamente no se alteran en las condiciones
fijadas.
Un ensayo propuesto para la evaluación de tratamientos consiste en tratar las probetas sólo por una cara y
efectuar ciclos de inmersión en agua fría y secado en estufa; de esta forma se puede determinar el riesgo
de rotura por diferente comportamiento térmico de la piedra y el tratamiento.
Ensayos de radiación UV
Los ensayos de radiación están orientados a determinar el efecto de la radiación UV sobre los materiales,
especialmente los tratamientos de tipo orgánico. La radiación utilizada es exclusivamente la ultravioleta,
con energía suficiente para alterar solo determinados enlaces químicos presentes en los compuestos
orgánicos; los compuestos inorgánicos, constituyentes de las rocas, no se ven afectados por esta radiación.
En numerosos casos el ensayo consiste sólo en someter las muestras a radiación UV durante periodos
prolongados de tiempo, oscilando desde pocos días hasta un mes. En algunas ocasiones se combina el efecto
de la radiación con los ciclos termohigrométricos.
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La evaluación de los resultados se realiza determinando las variaciones en las propiedades de las muestras,
ya que no aparecen alteraciones macroscópicas.
Ataque químico con soluciones o atmósferas contaminadas
Es de gran interés la importancia de la contaminación atmosférica en la alteración de los materiales pétreos,
con efectos que vienen a sumarse a los de los agentes meteorológicos, multiplicando enormemente la
velocidad de deterioro. Los contaminantes más peligrosos desde este punto de vista son gases ácidos capaces
de reaccionar con los componentes de la piedra.
Las primeras investigaciones se centraron casi exclusivamente en el anhídrido sulfuroso que, bien en la
atmósfera, bien sobre la piedra, puede transformarse en ácidos sulfuroso o sulfúrico, que reacciona con el
carbonato cálcico. Sin embargo, más recientemente se han llevado a cabo algunas experiencias en las que
se estudia el efecto de otros contaminantes (como los óxidos y ácidos del nitrógeno y otros). El efecto de
estos compuestos sobre la piedra es el que se intenta reproducir por medio de este tipo de ensayos.
Una primera aproximación para reproducir en el laboratorio los mecanismos implicados en estas reacciones
consiste en simular el ataque químico con soluciones, que contienen en la mayoría de los casos ácido
sulfúrico en distintas concentraciones. El contacto entre la solución ácida y las muestras puede conseguirse
por inmersión o capilaridad, produciéndose un ataque muy activo. Sin considerar el grado de severidad del
ataque, está claro que los mecanismos de reacción en fase liquida serán diferentes a los que tienen lugar en
fase gaseosa.
Una mayor aproximación a los mecanismos reales se consigue con la utilización de niebla o lluvia ácida,
normalmente de ácido sulfúrico, en otras ocasiones acompañado de otros compuestos: cloruro sódico, ácido
nítrico.
Evidentemente, los ensayos en atmosferas contaminadas están más próximos a la realidad que el ataque con
soluciones. La mayoría de los ensayos de los que se tienen referencias usan atmósferas contaminadas con
anhídrido sulfuroso, aunque en pocos casos se introducen otros contaminantes: ácido fluorhídrico, óxidos
de nitrógeno o hidrocarburos, amoniaco, ácido nítrico. Las concentraciones de anhídrido sulfuroso utilizadas
oscilan entre pocas partes por millón hasta 10.000, en función del grado de aceleración deseado.
La humedad de las muestras es un factor decisivo en los mecanismos y velocidades de alteración con
anhídrido sulfuroso. La mayoría de los ensayos se desarrollan a humedades relativas altas y simulando lluvia
con pulverización de agua.
En los últimos años se ha desarrollado numerosas instalaciones de simulación ambiental que permiten la
generación de atmósferas contaminadas, controlando además todas las variables ambientales: temperatura,
humedad relativa, concentración de los gases contaminantes; y permitiendo también el empleo de radiación
UV y la simulación de lluvia o niebla (con agua o soluciones de distinto tipo). En este tipo de cámaras es
posible simular la acción de todos los factores de alteración, pudiendo desarrollarse todos los tipos de
ensayos anteriormente mencionados, tanto de forma separada como combinados. Los ensayos que se
desarrollan en estas instalaciones son los que mejor pueden reproducir las condiciones reales de exposición.
2.3. Factores y mecanismos de alteración
2.3.1. Mecanismos de alteración
[4] Para facilitar el estudio de los distintos factores de alteración de los materiales pétreos se va a realizar un
análisis de los mismos de forma agrupada; no obstante, aunque el efecto de cada agente se estudie de forma
individual, a la hora de plantear las soluciones hay que tener en cuenta que la mayoría de las veces actúan de
forma conjunta, dando lugar a un efecto sinérgico.
Se distinguen 4 tipos de alteraciones, las cuales se resumen en la tabla 2:
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ALTERACIÓN FÍSICA ALTERACIÓN QUÍMICA
Extracción, labra y puesta en obra
Cambios térmicos
Acción del agua
Acción del hielo
Acción del viento
Sales solubles
Contaminación atmosférica
Costras
ALTERACIÓN BIOLÓGICA ALTERACIÓN ANTRÓPICA
Bacterias/Algas/Líquenes/Musgos
Plantas inferiors/superiors
Insectos/Mamíferos/Aves
Actos vandálicos, guerras…
Cambios por modas, intereses económicos…
Desastres naturales, inundaciones, terremotos…
Tabla 2. Resumen de los principales factores de alteración.
A continuación, se procede a detallar cada uno de los factores mencionados anteriormente:
1. ALTERACIÓN FÍSICA
Efectos de extracción, labra y puesta en obra
Un primer deterioro de la piedra puede darse en el acto de extracción de la cantera, a consecuencia de los
esfuerzos mecánicos que es necesario ejercer para el despegue de los bloques.
Sucesivamente el trabajo conlleva una modificación de los estratos superficiales del material, induciendo a
la formación de microhendiduras, que pueden favorecer alteraciones consecuentes.
El tipo de labra también será determinante en la provocación de daños a la piedra. De este modo, los bloques
destinados a uso constructivo o las placas para su colocación en paneles o suelos no suelen presentar daños
de importancia; sin embargo, los bloques destinados a ser esculpidos, sufren las labras de toda una serie de
herramientas que concentran el esfuerzo mecánico sobre superficies muy limitadas de la piedra, dando lugar
a una red de microfacturas.
La consecuencia más inmediata de este tipo de alteraciones es un aumento de la porosidad, facilitando el
paso del agua.
Por último, una errónea utilización del bloque o una colocación con materiales inadecuados, puede
representar ulteriores causas de degradación; por lo tanto, es muy importante saber elegir el tipo de piedra
para el lugar correspondiente.
Cambios térmicos
Los cambios de temperatura pueden actuar sobre la estructura de la roca de diferentes formas, teniendo en
cuenta que a veces están sometidas a una fuerte insolación y a considerables variaciones de temperatura
entre el día y la noche y las diferentes estaciones del año.
Otro aspecto a destacar es que el coeficiente de dilatación térmica de los minerales constituyentes de la roca
es diferente entre ellos y además muchos cristales tienen expansiones diferentes según los distintos ejes.
Debido a lo mencionado, se puede producir la degradación de la propia roca.
A estos efectos causados por los saltos térmicos se pueden sumar fenómenos de degradación por la presencia
del agua en la piedra calentada. Ante todo, se produce una evaporación del agua presente en los capilares
superficiales del material con el consecuente movimiento de líquido desde el interior hacia el exterior. Si
dicha evaporación es rápida y ocurre en ciclos repetidos, se puede causar en la piedra un daño superficial,
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por ejemplo, del tipo de exfoliación por la presión que el agua al evaporarse ejerce sobre los estratos más
exteriores.
También dado que el coeficiente de dilatación del agua es muy superior al de las rocas, puede producir en
calizas sulfatadas el levantamiento de costras.
Acción del agua
La presencia del agua en cualquiera de sus formas o estados, provoca, favorece o acelera el deterioro de los
materiales pétreos. La acción del agua puede ser directa o indirecta, facilitando la acción de otros agentes
de alteración y como vehículo transportador de sustancias y elementos agresores.
Definida por un gran número de investigadores como el más importante agente de deterioro, genera, bien
por si misma o en mutua colaboración con otros factores una amplia gama de procesos perjudiciales en la
piedra:
- Operando independientemente, el agua puede ejercer un efecto directo por medio de mecanismos
físico-mecánicos (es el caso de la erosión por escorrentía) o físico-químico (hidrólisis de las
arcillas). Por otro lado, un efecto indirecto como catalizador, favoreciendo las reacciones químicas
y como vehículo de acceso de otros agentes de deterioro al interior del material.
- Actuando con otros agentes de alteración, es el caso de la acción combinada con la temperatura,
capaz de provocar la degradación de la piedra por la acción de la helada, o el efecto perjudicial de
la evaporación del agua absorbida por el pétreo debida a la acción del viento y el efecto del
soleamiento.
Al igual que los cambios térmicos, las variaciones de humedad pueden provocar modificaciones
dimensionales. Es el caso de las areniscas, que por su naturaleza, resisten mucho peor que los granitos. El
factor principal es la presencia de arcilla, cuya inestabilidad volumétrica frente al agua la califica de
especialmente sensible frente al deterioro.
Además de todo lo mencionado anteriormente, destacar que la presencia de agua en el material pétreo
favorece el desarrollo de agentes biológicos que modifican las características funcionales del material.
Una vez definidas a grosso modo las principales consecuencias de la presencia de agua, conviene desarrollar
los fenómenos físicos que permiten el acceso del agua a la piedra, es decir, las posibles causas de la
existencia de agua en la misma. Son básicamente 4 fenómenos:
Penetración directa: Suele deberse a la acción del agua de la lluvia o también, por efecto del riego
de los parques y vías públicas.
Absorción: Se produce por la penetración del agua en fase líquida a través de la red porosa del
material pétreo. El agua se filtra por los poros, microfisuras, grietas, roturas, etc. El mecanismo de
absorción se basa en la presión que ejerce el agua al intentar penetrar en los poros frente al aire
contenido en el interior del pétreo.
Higroscopía: En este caso, la penetración del agua en la red porosa se sucede en fase vapor, tomada
directamente de la humedad atmosférica en lo que compete al denominado equilibrio higroscópico
del material con el medio, es decir, cada material, dependiendo de la humedad relativa que contenga
intenta equilibrarse con el contenido en humedad del aire que lo rodea.
Condensación: La condensación tiene lugar cuando el aire está húmedo y la superficie pétrea está
más fría que el punto de rocío o de condensación del aire a la temperatura que tiene su masa en
general. Este fenómeno tiene lugar en los materiales lapídeos que tienen mayor densidad y
conductividad térmica.
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Capilaridad: Este fenómeno se manifiesta por efecto de succión del agua en materiales porosos,
donde el agua absorbida por capilaridad penetra en su interior. En general, la altura o profundidad
de penetración del agua dependerá del diámetro de los poros y de la evaporación que se produzca
a través de la superficie externa del material.
El fenómeno de capilaridad es el resultado del ascenso y descenso de un líquido en el interior de
los poros del material pétreo cuando éste se encuentra sumergido y se debe a la existencia de fuerzas
en la interfase entre sustancias sólida, líquida y gaseosa en contacto. Estas fuerzas denominadas de
tensión superficial, hacen que las gotas de un líquido depositadas sobre la superficie de un material
pétreo presenten ángulos de contacto sólido-líquido variados en función de su naturaleza. Así,
cuando el ángulo de contacto está comprendido entre 0 y 90º el líquido moja al sólido y si por el
contrario, el ángulo de contacto está comprendido entre 90º y 180º, el líquido no moja el material.
Por tanto, el acceso del agua por capilaridad es uno de los mecanismos más peligrosos para la
piedra si ésta transporta en disolución sales solubles.
Acción del hielo
La acción del hielo es una de las causas más importantes de alteración que se produce sobre materiales
pétreos. Ello se debe a la transformación, alrededor de los 0 º, del agua en hielo, prodiciéndose una expansión
del material del 3%. Para materiales poco deformables, como son las piedras, esto supone un gran problema.
Así el aumento de volumen provoca unas tensiones que al sobrepasar un valor límite de deformación, el
material no resiste dicha expansión y se produce la rotura. Por el contrario, también puede ocurrir que un
cuerpo poroso, en el que haya un volumen de huecos bastante grande, se forme hielo sin que se produzcan
alteraciones.
El agua absorbida por el material no se solidifica en todos los poros al mismo tiempo: el hielo se produce
primero en los poros grandes y después, cuando la temperatura disminuye, el hielo se forma en los capilares
más finos.
Por tanto, el hielo formado, avanza en el interior del material empujando el agua aún no solidificada, la cual,
al desplazarse ejerce presiones contra los poros capilares, suponiendo elevadas presiones para los capilares
muy finos y extensos.
Se ha comprobado experimentalmente que las rocas que presentan una porosidad abierta superior al 5% son
heladizas y que cuando su porosidad no supera el 1%, muestran un buen comportamiento frente a la helada.
Por tanto, la resistencia al hielo depende no solo de la cantidad de agua susceptible a helarse a una
temperatura dada, sino también de la estructura de la red capilar y distribución, de la forma y dimensión de
los poros.
Acción del viento
La acción del viento es puramente mecánica; si lleva partículas sólidas en suspensión puede ejercer una
erosión sobre las superficies pétreas de los monumentos.
Este desgaste del soporte lapídeo dependerá por un lado de la dirección, fuerza y tiempo de actuación del
viento y por otro, de la génesis del material pétreo.
Las corrientes de viento combinadas con otros agentes de deterioro (agua, temperatura…) pueden producir
la desintegración directa de las rocas o participar indirectamente en nuevos estadios de alteración, como la
proliferación de bacterias, transporte de polución, lixiviación de componentes solubles, etc.
2. ALTERACIÓN QUÍMICA
Sales solubles
Son compuestos iónicos capaces de disolverse en el agua, de cristalizar y aumentar de volumen al producirse
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la sobresaturación de una disolución. Suponen una alteración estética al cristalizar en la superficie del
material, y dependiendo de la concentración precipitada en el interior de la red porosa, ejercen fuertes
presiones mecánicas sobre las paredes de los poros hasta acabar desmoronando el soporte pétreo.
Las sales solubles más frecuentes son los sulfatos, cloruros y carbonatos de sodio, potasio, calcio y
magnesio, así como los nitratos de sodio, potasio y calcio. Se caracterizan por mostrar distinta solubilidad y
grado de hidratación en función de su tipo y de las condiciones del entorno. Su efecto destructivo dependerá,
por tanto, de estos parámetros y de las características intrínsecas del material pétreo.
La cristalización de las sales se puede producir en el exterior por evaporación regular del agua que las
transporte hasta la superficie del material, dando lugar a la formación de eflorescencias, que si son solubles
podrán ser disueltas y arrastradas por el agua de lluvia. Por otro lado, si la sobresaturación se produce en el
interior del material, la cristalización ocurrirá en el interior de la roca; en estos casos se distinguen dos tipos
de efectos en función de la profundidad a la que se produce: si se produce en el interior del material, pero
muy cerca de la superficie, se denomina subeflorescencia y si la distancia a la superficie es mayor se
denomina criptoeflorescencia.
En el caso de las eflorescencias, la alteración se reduce a la del aspecto blanquecino que confieren a la
piedra, es decir, se limita a una cuestión estética. En cambio, las subeflorescencias y criptoeflorescencias, la
formación y crecimiento de un sólido en el interior de la red porosa del pétreo genera presiones que, en
función de las características del material, pueden llegar a lesionarlo gravemente.
En el mecanismo lesivo de las sales solubles es determinante el tamaño e interconexión de los poros, ello se
traduce en cuanto mayor sea el número de poros de pequeño tamaño, mayores serán los efectos destructivos
de la cristalización.
Debido a que como se ha mencionado anteriormente, la presión que ejercen las sales es un factor clave para
su deterioro, es de gran utilidad disponer de una expresión que permita cuantificarla. Por tanto, para
determinar la presión mecánica que ejerce el crecimiento de un cristal de sal, se dispone de la siguiente
ecuación (ver Ecuación 4):
𝑃 =𝑅 · 𝑇
𝑉𝑆· ln (
𝐶
𝐶𝑆) [𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 4]
Donde:
P= Presión de crecimiento del cristal (atm).
R= Constante universal de los gases ideales (0,082 atm·l/mol·K).
T= Temperatura absoluta (K).
Vs= Volumen molar de sólido (l/mol).
C= Concentración de soluto durante la cristalización.
Cs= Concentración de soluto a saturación.
En resumen, las sales solubles interactúan químicamente en forma de iones en la esctructura de la piedra,
produciendo un efecto degradante de tipo químico, y además ejercen una acción destructiva de carácter
físico-mecánico debido a la cristalización de las sales propiamente dichas.
Contaminación atmosférica
La contaminación atmosférica podría considerarse un factor de alteración antrópico, es decir, causado por
la acción desafortunada del hombre y resultado de la contaminación del aire. Por tanto, para el caso de los
materiales pétreos viene referida al conjunto de sustancias presentes en el aire que puedan resultar
perjudiciales para la piedra.
A la hora de investigar y estudiar las alteraciones que afectan a los materiales pétreos, será imprescindible
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el estudio de la contaminación atmosférica presente en el medio ambiente donde esté localizado el
monumento. Por tanto, la cantidad y calidad de los contaminantes no depende solo del tipo de factor de
deterioro sino además de las características topográficas y condiciones meteorológicas.
La contaminación puede resultar de la combinación de sustancias o elementos químicos o minerales,
vegetales o animales y ser de origen natural o antrópico. Este último tipo suele atañer a las emisiones
derivadas de los procesos industriales, combustión de calefacciones domésticas e industriales…
La contaminación se ve facilitada por determinados mecanismos, tales como lluvia, condensación, fijación
directa de los gases, gravedad, atracción electrostática, termoforesis y viento.
Por último, conviene señalizar cuales son los principales contaminantes atmosféricos:
Derivados de azufre (SOX)
Derivados de nitrógeno (NOX)
3. ALTERACIÓN BIOLÓGICA
Todo material pétreo, independientemente de sus características íntrinsecas y localización ambiental/física
en que se halle, es susceptible de ser atacado químicamente, siendo más acusada en climas cálidos.
Hablar de alteración biológica o biodeterioro es aglutinar todas aquellas alteraciones causadas por el ataque
de organismos micro y macroscópicos, plantas, insectos, mamíferos y aves.
En general, los microorganismos capaces de producir biodeterioro son los materiales pétreos, son los
autótrofos y los que viven en simbiosis, o sea, algunas bacterias, algas, líquenes, musgos, etc, que no
necesitan de moléculas orgánicas para su nutrición, ya que a partir de compuestos inorgánicos sintetizan sus
propios nutrientes.
Se ha estudiado la posibilidad de qur determinados microorganismos presentes en la piedra proporcionen
un carácter consolidante y protectivo de la piedra. Frente a estos casos excepcionales, la mayoría de los
casos actúan de manera lesiva oxidando la piedra.
Por otro lado, las características de la piedra son clave para facilitar o retardar la biodegradación, ya que por
ejemplo la presencia de poros facilita en gran medida el anclaje e introducción de microorganismos.
Las alteraciones más acusadas, además del efecto oxidante comentado, son una alteración estética y una
alteración química-mecánica producida por la secreción de sustancias ácidas y el aumento del volumen de
los microorganismos que ejerce presión en las paredes del pétreo.
4. ALTERACIÓN ANTRÓPICA
Cuando se habla de este tipo de alteración, no es más que todas las intervenciones de deterioro fruto de la
especie humana. Estas alteraciones suponen el 60% del proceso de desaparición de las obras de arte y
monumentos. Las más significativas son las que se enumeran a continuación:
Intervenciones inadecuadas.
Cambios por modas y condicionados por la estética.
Cambios por motivos religiosos.
Alteraciones derivadas de la contaminación ambiental.
Intencionalidad destructiva: actos vandálicos.
Reutilización de materiales.
2.3.2. Indicadores visuales de alteración
[5] La alteración de la piedra de los monumentos concierne a muchos especialistas: petrógrafo-mineralogistas,
químicos, físicos, biólogos, arquitectos, ingenieros, restauradores, etc. Todos ellos tienen sus propias ideas
acerca de la alteración de la piedra y su preservación, e incluso cada científico ha desarrollado su propia
17
terminología. En la bibliografía de hace unos años aparecían muchos términos con gran cantidad de
ambigüedades, confusiones y generalizaciones, lo que hacía necesaria una sistematización y definición de los
mismos que permitiese el uso de un mismo lenguaje. La terminología aquí propuesta, basada en un amplio
estudio bibliográfico y aceptada por diferentes expertos interesados en la conservación de monumentos, ordena
los términos de acuerdo con su morfología.
Como nota cabe recalcar que cuando la causa de la alteración es de origen biológico, se suele utilizar el prefijo
bio, tanto en los términos genéricos: bioalteración, biodeterioro, biocorrosión, biodecohesión, como en los
indicadores de alteración: biocostra, biodepósito, bioeflorescencia, bioalveolización, biofisuración,
bioexfoliación, biodescamación.
1) TÉRMINOS GENÉRICOS
El término más general para designar modificaciones o cambios en el estado de la piedra es alteración, deterioro
o deterioración. En función del grado progresivo de inhabilitación, se dan las denominaciones degradación y
ruina y de que los agentes implicados en los mecanismos de alteración sean atmosféricos (alteración atmosférica
o meteorización), antropogénicos (alteración antropogénica) o biológicos (bioalteración).
La alteración puede afectar a toda una pared o a un elemento arquitectónico completo, (alteración de conjuntos).
Otros términos menos genéricos propuestos en la bibliografía son corrosión, descomposición y decohesión, que
atienden específicamente a las consecuencias que se producen por la actuación de ciertos tipos de mecanismos
más determinados.
Alteración
Indica una modificación o cambio en el estado normal de la piedra, que no implica necesariamente una
reducción, debilitación o empeoramiento de aquellas propiedades relacionadas con las funciones encomendadas
a la misma. Es el término que suele utilizarse de modo más general.
Alteración diferencial
Se produce como consecuencia de heterogeneidad en la composición o en la estructura de la piedra.
Degradación
Modificación o cambio en el estado normal de la piedra, que implica siempre una reducción, debilitación o
empeoramiento de aquellas propiedades relacionadas con las funciones encomendadas a la misma. Se trata,
pues, de una alteración grave.
Ruina
Degradación muy grave que supone la inutilización del elemento para las funciones encomendadas al mismo.
Alteración antropogénica
Alteración debida a procesos de diversa naturaleza que implican necesariamente la intervención del hombre.
Las modificaciones de las características de la piedra pueden ser importantes, pudiendo requerirse, por ello, el
empleo de los términos degradación y ruina antropogénica.
Alteración atmosférica
Alteración natural de la piedra debida a procesos químicos o mecánicos en los que intervienen los agentes de la
atmósfera. A través de la alteración atmosférica se modifican más o menos profundamente las características de
las rocas, pudiendo llegar éstas a degradarse y finalmente a desmoronarse. Incluye, pues, los conceptos de
18
degradación y ruina atmosférica.
Meteorización
Es un término que normalmente se utiliza como sinónimo de alteración atmosférica, aunque para otros autores
sólo corresponde "en cierta medida" a dicho término y debe utilizarse en los casos en que no se produce un
desplazamiento notable de materia.
Alteración de conjuntos de piedra
La alteración se presenta a una escala que excede a la piedra misma, sobre paredes o elementos arquitectónicos.
Así, la decohesión de conjuntos de piedra es una manifestación habitual de este tipo de alteración que se observa
con frecuencia sobre paredes no protegidas por un techo, por ejemplo, en torres.
Corrosión
Alteración química que implica un cambio o modificación sustancial en la naturaleza química de la piedra, como
consecuencia de un proceso químico.
Descomposición
Alteración fisicoquímica superficial en la que los constituyentes originarios se han transformado en nuevos
componentes mejor adaptados a las condiciones de superficie.
Decohesión
Alteración que se manifiesta en una disminución de la unión y de la adhesión entre los componentes estructurales
de la piedra, con un debilitamiento de sus características mecánicas originales. Generalmente se produce un
agrandamiento de los poros y microfisuración, sin que la piedra cambie de forma.
2) MODIFICACIONES SUPERFICIALES
Se trata de una serie de manifestaciones superficiales de alteración que afectan, esencialmente, al aspecto exterior
de la piedra, sin provocar generalmente modificaciones importantes del material subyacente. Son esencialmente
de tres tipos: variaciones cromáticas (cromatización, moteado y pátina), costras y depósitos (depósitos
superficiales, concreciones y depósitos de sales).
Cristalización
Alteración que se manifiesta a través de una variación de color o del lustre de la piedra.
Moteado
Alteración consistente en la presencia de pequeñas áreas, fundamentalmente de origen biológico, pigmentadas
de manera diferentes.
Depósito superficial
Alteración que se manifiesta en forma de una acumulación de material extraño de diversa naturaleza (polvo,
mantillo, guano de palomino, etc). Tiene espesor variable, generalmente con escasa coherencia y adherencia al
material que está debajo.
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Concreción
Alteración que implica la presencia en la superficie de la piedra de una masa más o menos compacta, dura y
adherente, formada por depósito o desecación. Cuando dicho depósito aparece como embutido en la superficie
recibe el nombre de incrustación.
Eflorescencias
Alteración en forma de depósito cristalino, blanco, poco coherente, de sales solubles, originado por migración y
evaporación de soluciones.
Subflorescencias
Las sales que se mueven hacia la superficie de la piedra cristalizan inmediatamente debajo de la superficie
original de la misma, la cual queda como una delgada y endurecida costra de material alterado.
Criptoflorescencias
Es el resultado de la cristalización de sales en el interior de la piedra, en materiales pétreos con grandes poros.
3) ELIMINACIÓN DE MATERIA
Bajo este epígrafe se incluyen todos aquellos indicadores de alteración que suponen eliminación de materia por
parte de la piedra, estructurados en dos apartados, según ésta se dé con formación o no de huecos.
La pérdida de materia, tanto con formación de huecos como sin formación de los mismos, puede ser
consecuencia de acciones mecánicas o de acciones fisicoquímicas; éstas, en el segundo de los casos, sin
formación de huecos, se manifiestan en forma de una pérdida de cohesión intergranular. En casos extremos de
formación de huecos (cancerización) pueden actuar simultáneamente factores de diversa naturaleza.
A) Con formación de huecos
a) Acciones mecánicas externas
La separación o eliminación de materia de la superficie de la piedra por una acción mecánica externa
puede manifestarse mediante la formación de rayas, rozaduras, acanaladuras, estrías, etc.
Las manifestaciones más importantes de estas acciones mecánicas externas son:
Excoriación
Alteración que implica una eliminación de materia de la capa más superficial o piel de la piedra por
acción mecánica externa, generalmente por frotamiento (violento) y que se manifiesta en forma de
desolladuras o rasguños.
Estriado
Alteración con eliminación de materia que se manifiesta por la formación de surcos horizontales o
inclinados (estrías) en las zonas de menor adherencia del cemento natural. Las estrías pueden ser ligeras
y superficiales o profundas, y más o menos paralelas.
Esta forma de alteración se observa en paramentos sometidos a una fuerte acción eólica o a fuerte
humedad interna. Pueden utilizarse dos acepciones: acanalación (para surcos grandes y estrías
vermiculares) y vermiculación (para surcos contorneados y sinuosos, similares a las trazas que dejan
los gusanos).
20
b) Acciones fisicoquímicas
Los huecos resultantes de acciones fisicoquímicas pueden ser de tamaño más o menos grande (cavernas)
o de dimensiones más modestas (alveolos, vacuolas, picaduras).
Entre estos indicadores de alteración los más característicos son:
Formación de cavernas
Alteración que se manifiesta por la formación de concavidades profundas, como resultados de
eliminación de materia.
Alveolización
Alteración con eliminación de materia que suele manifestarse en materiales de alta porosidad con la
formación de pequeñas cavidades o depresiones, semejante a las celdillas de las abejas, generalmente
profundas e interconectadas, cuyas paredes están cubiertas del mismo material, de eflorescencias y/o de
colonias de microorganismos.
Picado
Alteración puntiforme con eliminación de materia que se manifiesta a través de la formación de
pequeñas cavidades o picaduras, más localizadas que en la alveolización y no interconectadas.
Excavación
Alteración con eliminación de materia que da lugar a la formación de grandes depresiones, como
resultado de una remoción localizada de materia por acción de chorreo de agua.
c) Varias actuaciones simultáneas
La actuación de varios factores de alteración simultáneamente sobre la piedra puede dar lugar a un
estado muy generalizado de degradación, que ha sido llamado chancre por Henau.
Cancerización
Estado muy generalizado de degradación con eliminación de materia de la superficie de la piedra.
El cáncer de sulfatación, por ejemplo, que se produce en la superficie de las piedras calizas por acción
del SO2 en atmósferas contaminadas es, en efecto, una forma global de manifestación grave de su
proceso de sulfatación.
B) Sin formación de huecos
Eliminación de materia sin que tenga lugar, al menos de forma significativa, la formación de huecos; puede
tener su origen en acciones mecánicas, generalmente promovidas por agentes atmosféricos, y en acciones
fisicoquímicas, que normalmente se traducen en una pérdida de cohesión intergranular.
a) Acciones mecánicas
La remoción gradual de materia por un proceso esencialmente de tipo mecánico, aunque no puede
descartarse la acción química, puede dar lugar a una reducción del relieve o redondeamiento de formas
en las manifestaciones denominadas erosión y corrasión.
21
Erosión
Alteración atmosférica que produce remoción y transporte de materiales, debida a procesos tanto físicos
como químicos, con la consiguiente reducción del relieve.
Corrasión
Erosión que implica eliminación de materia como resultado de la acción mecánica de partículas sólidas
transportadas por el viento y que se manifiesta en un redondeamiento de las formas.
b) Pérdida de cohesión intergranular
Cuando la eliminación de materia en la piedra es consecuencia de una pérdida de cohesión intergranular,
por microfisuración del constituyente o por pérdida de adhesión, se produce un ablandamiento de
formas, relieves y aristas. La piedra se vuelve friable, granulosa, arenizada o pulverulenta. Las partículas
pueden soltarse fácilmente al tocar el material, por la acción de la lluvia, el viento o simplemente por
acción de la gravedad.
Las principales manifestaciones de la decohesión, en fases sucesivas del proceso degradativo, son:
Desagregación
Decohesión superficial que se manifiesta por la caída o no de fragmentos con la misma composición.
Disgregación
Estado avanzado de decohesión interna que se manifiesta por la caída o desprendimiento de gránulos o
cristales por acción de los más mínimos estímulos mecánicos: supone un sensible debilitamiento de las
características mecánicas originales y un notable aumento de la porosidad.
La disgregación puede dar lugar a la formación y separación de fragmentos.
Arenización
Estado muy avanzado de decohesión interna caracterizado por la caída, generalmente inducida, de
materia de la piedra en forma de granos de tamaño de arena.
Pulverización
Estado último de decohesión interna que se manifiesta en la caída de material de la piedra en forma de
polvo, simplemente al tocarla e incluso de manera espontánea.
4) DEFORMACIONES
La deformación de la capa externa de la piedra puede manifestarse en la formación de una zona convexa
como consecuencia de una separación interna, de un hinchamiento, cuando la curvatura es continua, o de
un combamiento, si hay cambio de curvatura.
Cuando la deformación afecta a todo el espesor de la piedra, se habla de deformación plástica o deformación
penetrativa de la piedra.
Por otra parte, la deformación puede manifestarse como un hecho aislado o, por el contrario, puede aparecer
en la superficie de la piedra un conjunto más o menos numeroso de deformaciones.
A) Deformación en un hecho aislado
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Hinchamiento
Alteración por deformación mecánica que se manifiesta como un levantamiento de la superficie de
la piedra en forma de curva continua, de color y consistencia variable, que puede llevar consigo el
despeñamiento de partes.
Combamiento
Deformación permanente que se manifiesta en forma de pandeo de losas, generalmente, de mármol.
B) Aparición conjunta de varias deformaciones
En ocasiones, la deformación de la superficie de la piedra no se traduce en una manifestación más o
menos aislada sino en una serie de abolladuras o hinchazones; la superficie puede tomar así un aspecto
ondulante más o menos exagerado (mamelonado, noduloso, granuloso) en función de las dimensiones
de esas hinchazones. En general, pueden denominarse a estos abultamientos ampollas.
Ampollas
Alteración por deformación de la superficie de la piedra que se caracteriza por la formación de
numerosos abultamientos.
5) RUPTURAS
Las rupturas pueden considerarse como accidentes mecánicos en la piedra que crean discontinuidades en la
misma y no entrañan pérdidas de material; son más o menos perpendiculares a la superficie. Estas
discontinuidades en la piedra pueden producir una mayor o menor separación de partes; mientras que la
fractura no implica separación de las partes, en la fisura ésta es ya más o menos completa.
Algunas de estas rupturas son inherentes a la propia estructura del material, como exfoliaciones, diaclasas y
esquistosidades, que permiten caracterizar diferentes tipos de ruptu-ras.
Cuando la ruptura se produce a lo largo de una arista o de una esquina con pérdida de materia, según el caso
y tipo de piedra, se origina un fragmento. En ocasiones, la formación y separación de fragmentos es el
resultado de la decohesión.
Fracturación
Alteración por ruptura que se manifiesta en la formación de soluciones de continuidad en la piedra,
generalmente sin desplazamiento relativo de las dos partes; es el accidente de ruptura de mayor extensión,
aunque, por otra parte, es aquél que crea soluciones de continuidad menos evidentes.
Fisuración
Alteración por ruptura que se manifiesta en la formación de soluciones de continuidad en la piedra con
desplazamiento o separación macroscópica de las dos partes.
Fragmentación
Alteración por ruptura con pérdida de materia, que se manifiesta por la formación de trozos más o menos
compactos.
6) DISYUNCIONES
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Los accidentes de disyunción implican la separación abierta entre partes de la piedra originariamente juntas,
son paralelos a la superficie de la piedra y producen porciones de distinta forma y tamaño: placas, hojas de
exfoliación, películas y escamas.
La acción de la separación seguida del desprendimiento de láminas independientes de la estructura de la
piedra recibe distintas denominaciones particulares en la bibliografía, en función de su forma y tamaño.
Separación de placas
Alteración por disyunción que implica la separación o levantamiento de placas, paralelas a la superficie de
la piedra e independientes de la estructura de la misma.
Exfoliación
Degradación por disyunción que se manifiesta por un levantamiento seguido de la separación de una o más
láminas u hojas de exfoliación paralelas entre sí. En general, se produce en capas paralelas a la esquistosidad.
Separación de películas
Alteración por disyunción que se manifiesta en la separación de láminas muy delgadas o películas.
Descamación
Alteración por disyunción que se manifiesta por despegamiento total o parcial de escamas de la superficie
de la piedra, independientemente de su estructura. Las escamas están formadas generalmente de material en
apariencia inalterado. Pueden ir acompañadas de eflorescencias y/o microorganismos.
2.4. Tratamientos de conservación de los materiales
[6] Los tratamientos de conservación son operaciones que tienen dos objetivos fundamentales:
Detener o retener el proceso de alteración de los materiales.
Corregir los daños que el material podría presentar antes de aplicar el tratamiento.
En cuanto al modo de actuación de los tratamientos sobre los materiales pétreos, se distinguen básicamente dos
formas diferentes:
Aumentar la cohesión entre los granos (consolidación).
Mejorar el comportamiento frente al agua (hidrofugación).
Estos tratamientos no son objeto de estudio de este trabajo, por lo que no se hará más énfasis en ellos.
El éxito del tratamiento se basa principalmente en la elección adecuada del producto a utilizar, pues en caso de
no efectuar una correcta elección se puede producir el efecto contrario al requerido. Para evitar errores de este
tipo, hay que conocer en profundidad las características de cada compuesto y su influencia en los distintos
litotipos usados en la construcción de edificios históricos.
En lo referente al medio ambiente, hay que tomar las medidas oportunas para que la contaminación del entorno
circundante al monumento objeto de estudio sea la menor posible. Una medida podría ser, evitar situar industrias
próximas al monumento.
No obstante, es importante remarcar que la eficacia a largo plazo de un tratamiento no se basa solo en el proceso
de aplicación del mismo, sino en un correcto proceso de mantenimiento y vigilancia, que incluye una serie de
revisiones y reaplicaciones periódicas, así como un tratamiento de conservación general del monumento
(limpieza, aplicación de biocidas, aislamientos…).
24
2.5. Adhesivos para los materiales pétreos
2.5.1. Introducción
Los adhesivos, siendo definidos como sustancias que aplicadas entre las superficies de dos materiales (sustratos)
permiten una unión resistente a la separación, se conocen desde tiempos inmemoriales y han sido empleados
extensamente a lo largo de la historia hasta la actualidad [7]. [8] Por ejemplo, esculturas en Tebas que datan de
hace 3300 años muestran el encolado de delgadas piezas de chapeado en un tablón de madera; los egipcios
empleaban adhesivos de caseína, almidones y azúcares para unir las hojas de los papiros; los romanos, aplicaban
láminas de oro sobre papel empleando como adhesivo la clara de huevo, etc.
Si se hace un acercamiento a la época más actual, aparece a finales del siglo XVII en Holanda la primera planta
industrial para la producción de colas animales y en Inglaterra, en el siglo XVIII, se obtiene la patente para la
fabricación de colas de pescado; y ya finalizando el siglo, se patenta el uso de caucho natural como adhesivo.
En el siglo XX, con el incipiente desarrollo de la química orgánica, hacen su aparición las primeras patentes de
adhesivos orgánicos sintéticos, alcanzando su producción, en el período que va desde los años 30 a los 50, niveles
cada vez más altos.
El destino industrial del adhesivo comenzó a partir de los años 40, cuando se empezó a considerar como unión
estructural para la industria aeronáutica, revolucionando el concepto de “pegamento” que se tenía de ellos. Desde
entonces se han usado en otros sectores industriales tales como el alimentario o el de la construcción.
[7] Actualmente, el sector de los adhesivos está en auge, contándose por millares las toneladas de productos
adhesivos que se fabrican y emplean, y su desarrollo será muy importante en los próximos años, dado que ofrece
rendimientos similares y en ocasiones superiores a los de otras soluciones para el ensamblaje y sellado, además
de presentar notables ventajas económicas. No obstante, el uso de adhesivos como sistema de ensamblaje
requiere de un diseño óptimo de la unión adhesivo-sustrato para conseguir un buen resultado.
Figura 4. Tipos de ensamblaje entre sustratos.
Las uniones adhesivas presentan, además de las ya mencionadas anteriormente, las siguientes ventajas e
inconvenientes con respecto al resto de soluciones de ensamblaje (ver Tabla 3):
VENTAJAS INCONVENIENTES
- Distribución uniforme de tensiones.
- Rigidización de las uniones.
- No se produce distorsión del sustrato.
- Permiten la unión económica de distintos
materiales.
- Uniones selladas.
- Necesidad de preparación superficial.
- Espera de los tiempos de curado.
- Dificultad de desmontaje.
- Resistencias mecánicas y a temperatura
limitadas.
25
- Aislamiento.
- Mejora del aspecto del producto.
- Compatibilidad del producto.
- Reducción del número de componentes.
Tabla 3. Ventajas e inconvenientes de los adhesivos como material de ensamblaje.
[8] La elección de un método adecuado de ensamblaje para una determinada aplicación es una cuestión bastante
compleja que requiere de la consideración de una serie de factores (ver Tabla 4). Generalmente, no hay un
método simple de unión que constituya la mejor elección.
En el caso de la unión mediante adhesivos, suele ser la más adecuada cuando se trata de unir materiales
físicamente disimilares o metalúrgicamente incompatibles, polímeros termoestables, cerámicos, elastómeros,
materiales muy delgados o sustratos de tamaño muy pequeño. También son adecuados los adhesivos si suponen
grandes mejoras en cuanto a productividad.
Tipos de unión Soldadura Soldadura fuerte y
blanda Unión mecánica Unión adhesiva
Características
Permanencia Uniones
permanentes
Usualmente
permanentes (la
soldadura blanda
puede ser no
permanente)
Tornillos y
remaches permiten
desmontaje
Uniones
permanentes
26
Distribución de
tensiones
Puntos locales de
tensiones en la
estructura
Bastante buena
distribución de
tensiones
Localización de
altas tensiones en
los elementos de
unión
Buena distribución
uniforme de cargas
de solape
Aspecto
Usualmente el
aspecto de la unión
es aceptable
Buen aspecto de
las uniones
Discontinuidades
de las superficies
algunas veces
inaceptables
La superficie no
queda marcada. La
unión es casi
imperceptible
Materiales a unir
Generalmente
limitada a
materiales
similares
Alguna capacidad
de unión de
materiales no
similares
Se pueden unir la
mayoría de las
combinaciones de
materiales
Ideal para uniones
de materiales no
similares
Resistencia al calor Muy alta Limitada por el
metal de aporte Alta Limitada
Resistencia
mecánica
Necesarias
medidas especiales
para aumentar la
resistencia a la
fatiga
Bastante buena
resistencia a las
vibraciones
Necesarias
medidas especiales
para aumentar la
resistencia a la
fatiga y para evitar
la reducción del
par de apriete
Excelente
resistencia a la
fatiga y a los
fenómenos de
corrosión
Tabla 4. Comparación general de varios métodos de ensamblaje en función de diversas características.
2.5.2. Métodos adhesivos para ensamblaje
El objetivo principal de los métodos adhesivos es potenciar la adherencia de los materiales, o dicho de otro modo
crear una interfase entre el objeto a pegar y la superficie donde se pega lo suficientemente resistente como para
ser capaz de soportar la mayoría de los fenómenos de alteración [9].
El mecanismo de unión depende de dos tipos de fuerzas [7] (ver Figura 5):
La fuerza de unión del adhesivo al sustrato o adhesión, que es la acción de las fuerzas que se oponen a la
separación de las moléculas que pertenecen a los diferentes sustratos.
La fuerza interna del adhesivo o cohesión, que es la acción de las fuerzas que se oponen a la separación de
las moléculas de un cuerpo heterogéneo.
27
Figura 5. Tipos de fuerzas en uniones adhesivas.
[8] El fenómeno de adhesión ha sido objeto de estudio durante las últimas décadas; sin embargo, no existe una
teoría unificada que explique el fenómeno en conjunto sino diferentes modelos, de los cuales en la mayoría de
los casos es necesaria la combinación de ambos para lograr una explicación más eficaz del fenómeno.
Básicamente se pueden distinguir dos tipos de fenómenos en la interfase sustrato-adhesivo:
1) Fenómenos físicos
a) Modelo de adhesión mecánica
Es el más antiguo. Según este modelo, la adhesión se debe al anclaje del polímero (adhesivo) en los poros y
rugosidades superficiales del sustrato. La penetración del adhesivo en la orografía superficial del sustrato
provoca que la zona de contacto real entre los dos materiales sea varias centenas de veces superior a la
correspondiente a la superficie aparente de contacto. Por tanto, rugosidad y porosidad son factores favorables a
la adhesión.
Figura 6. Modelo de adhesión mecánica.
b) Teoría de la difusión [10]
El modelo de la difusión explica la adhesión mediante el concepto de la compatibilidad entre polímeros y los
movimientos que se producen en las cadenas poliméricas.
Cuando dos polímeros son compatibles las cadenas poliméricas que los componen son capaces de mezclarse
entre ambos, dando lugar a penetraciones parciales entre los dos materiales, como resultado de dichas
penetraciones se producen zonas de anclaje y de adhesión.
La movilidad y grado de penetración de los polímeros viene determinado directamente por su peso molecular,
de tal forma que las cadenas poliméricas cortas disponen de una alta movilidad y penetran en el otro material
28
antes que las cadenas largas. El modelo de Rouse y el modelo de reptación explican detalladamente los
movimientos que se producen entre las cadenas poliméricas que dan lugar a la difusión.
Mediante el uso de esta teoría es posible explicar el fenómeno de adhesión que se produce entre materiales
poliméricos, la soldadura plástica, la unión de plásticos con adhesivos, etc.
Figura 7. Teoria de la disfusión.
c) Teoría eléctrica [10]
La teoría electrostática asemeja el fenómeno de la adhesión al de un condensador, donde las cargas
electrostáticas de signo opuesto se atraen mutuamente generando la adhesión entre el adhesivo y el sustrato.
Este modelo utiliza el concepto de la doble capa eléctrica para explicar la formación de las cargas electrostáticas.
Figura 8. Teoria eléctrica.
2) Fenómenos químicos [10]
a) Teoría de la adsorción termodinámica o mojado superficial
La teoría o modelo de adsorción explica el fenómeno de la adhesión a partir de conceptos como ángulo de
contacto, mojado y tensión superficial.
Cuando el adhesivo dispone de una tensión superficial inferior a la energía superficial del sustrato, este es capaz
de mojar la superficie generando un ángulo de contacto inferior a 90º y creando por tanto la adhesión entre el
adhesivo y el sustrato.
En contra al modelo mecánico y al modelo de difusión, el modelo de adsorción explica el fenómeno de adhesión
sin necesidad de penetración por parte del adhesivo al sustrato, la adhesión se genera por contacto entre el
adhesivo y el sustrato.
29
Figura 9. Ángulo de contacto entre adhesivo y sustrato.
[9] La unión adhesiva se caracteriza por su durabilidad y por ser mecánicamente eficiente para preservar el valor
histórico de una estructura, pero cualquier adhesivo no es válido. La principal característica que debe cumplir el
adhesivo añadido es que tiene que ser compatible con los elementos heterogéneos presentes en los litotipos
objeto de estudio, pues el uso de un adhesivo incompatible puede dar lugar a deterioros muy pronunciados, por
ejemplo, deterioros mecánicos o reacciones químicas entre los compuestos presentes que causen modificaciones
estructurales.
En resumen, también se verían alteradas las condiciones de estabilidad existentes antes del tratamiento.
Dicha compatibilidad adhesivo-material depende de varios parámetros y/o características del material pétreo,
tales como: dimensiones, composición química, porosidad, capacidad de absorción, porcentaje de huecos y sus
dimensiones.
Adicionalmente, el adhesivo debería cumplir con una serie de requisitos:
Asegurar un buen enlace con los materiales.
Causar nula o baja contracción, manteniendo el volumen del material, sin desarrollar grandes tensiones
y así evitar la pérdida de cohesión y reducir la penetración de humedad a través de las grietas originadas.
Tener baja segregación para mantener el volumen y consistencia.
Poseer gran fluidez para garantizar un adecuado drenaje y rellenar los huecos pequeños e
interconectados, además de usar una baja presión.
Resistencia a la solubilidad de sales.
A pesar de existir una amplia diversidad de requisitos, uno de los aspectos más importantes del uso de los
adhesivos es la adherencia entre adhesivo-material, [9] siendo la adherencia el conjunto de fuerzas de relación
que se establecen en la unión entre dos superficies, de igual o distinta naturaleza, cuando entran en contacto. [7]Es
un requisito esencial porque la interfase entre el material y el soporte es normalmente la unión más delicada
desde el punto de vista mecánico, afectando significativamente a la resistencia y durabilidad de la estructura
pétrea.
[8] Sin embargo, la adherencia no es el único aspecto de interés a considerar en una unión adhesiva. Para poder
comprender mejor las uniones adhesivas, hay que analizar una serie de conceptos claves:
1) Energía superficial
Uno de los aspectos esenciales para la consecución de una unión correcta, es el contacto físico del sustrato con
el adhesivo. De forma simplificada se puede decir que la energía superficial relaciona el estado de los electrones
superficiales, es decir, si éstos tienen una energía de excitación alta, si están siendo solicitados en varias
direcciones por átomos cercanos o si están en reposo. Se deduce que las superficies con baja energía superficial
no son polares, mientras que aquellas que presentan una energía alta, son generalmente polares.
Así, los líquidos, solo mojaran sólidos cuya energía superficial sea superior a la suya propia, es el caso del agua
que moja bien una superficie metálica, pero no lo hace sobre una superficie de polietileno.
Si se coloca una gota de adhesivo sobre una superficie limpia y plana, se obtiene que, en corto tiempo, las orillas
de la gota forman un ángulo de contacto con la superficie del sólido. Este ángulo da la afinidad del adhesivo con
el sustrato: si la gota de adhesivo se extiende en una película delgada con un ángulo de contacto 0, el adhesivo
ha mojado bien el sólido y está en contacto íntimo con él. En cambio, si la gota no se extiende por la superficie,
o se retrae elevando el ángulo, se aprecia la poca o nula afinidad del adhesivo con el sustrato.
30
Figura 10. Ángulo de contacto entre adhesivo y sustrato.
Los niveles de mojado pueden ser:
- β=180º: No moja.
- 180º>β<90º: Mojado deficiente o mínimo.
- β=90º: Mojado parcial o suficiente.
- β<45º: El líquido moja al sólido.
Figura 11. Ejemplo de diferentes tipos de mojado.
2) Estado superficial
El análisis anterior se ha realizado en base a una superficie de sustrato lisa y pulida, sin embargo, lo habitual es
encontrar superficies ásperas con presencia de picos, valles, poros, etc. Al aplicar el adhesivo sobre este tipo de
superficies, no se extiende como lo hace en un sustrato liso ya que se producen bolsas de aire entre el adhesivo
y el sustrato. La cantidad de aire que quede atrapado no será apreciable cuando el adhesivo tenga una viscosidad
baja pero sí cuando sea poco humectante y su viscosidad alta.
Otra cuestión es la presencia notable de poros o capilares abiertos en donde el adhesivo puede mojar. En este
caso, el peligro no reside tanto en el aire que puede quedar atrapado, ya que el adhesivo en principio lo
desplazaría, sino en la pérdida de adhesivo que puede originar en la zona de unión por exceso de fluidez a través
de las capilaridades.
Por último, hay que tener en cuenta que las superficies en líneas generales no están libres de contaminación; sin
embargo, los adhesivos tienen una cierta tolerancia frente a los contaminantes pudiendo absorber alguna
cantidad de éstos, o desplazarlos, sino están unidos fuertemente a la superficie, sin que esto suponga una pérdida
excesiva de la resistencia de unión. Ahora bien, esto solo se podrá lograr si el adhesivo aplicado moja bien la
superficie a unir.
3) Espesor
La teoría elástica dice que las capas gruesas deberían ser más resistentes. No obstante, varias razones hacen
considerar los espesores delgados como los más adecuados para lograr una buena resistencia a la unión:
31
- Cuanto mayor sea la cantidad de adhesivo, mayor es la probabilidad de presencia de burbujas de aire, o
de elementos extraños que debilitan la unión.
- El esfuerzo necesario para deformar una película delgada es superior al de una de mayor espesor.
- Las tensiones internas que se originan en el proceso de unión, están relacionadas con el espesor de la
película aplicado.
- La posibilidad de que el adhesivo fluya o se cristalice, es mayor conforme el espesor aumenta.
La consecución de espesores delgados, debe prever, que la cantidad de adhesivo, sea tal, que permita cubrir las
posibles ondulaciones y niveles de la superficie del sustrato, así como tener en cuenta, la disminución de
volumen por difusión dentro de los poros.
4) Proceso de curado
El proceso de curado, es la operación que se sigue para lograr una película sólida y resistente, a partir del
adhesivo líquido aplicado en la junta de la unión, pudiéndose obtener mediante alguno de los procedimientos
que a continuación se describen.
Uno de los procedimientos consiste en la eliminación del disolvente contenido en el adhesivo tras la operación
de unión de las superficies. Cuando los materiales unidos son porosos, el disolvente puede difundirse a través
de ellos, pero no ocurre así con materiales poco o nada porosos que requerirán un tiempo de exposición al aire
bastante largo, para conseguir la total eliminación del disolvente. Con adhesivos que curen por este sistema, se
deberá de tener muy en cuenta la pérdida de volumen en la unión, correspondiente al disolvente. De no hacerlo,
se pueden obtener juntas deficientes y poco resistentes.
Otro sistema empleado es el curado por calor, con posterior enfriamiento hasta que la película se solidifique.
Este procedimiento de fusión en caliente, o activación por calor de adhesivo, no presenta, en general, problemas
de disminución de volumen. En este caso, el proceso es una polimerización. El empleo de calor en las
operaciones de curado, se debe, muchas veces, al hecho, de que, si bien bastantes adhesivos pueden curar a
temperatura ambiente, esta reacción es tan lenta que no es viable industrialmente. En definitiva, el calor actúa
como acelerador de la reacción.
El último sistema de curado consiste en el uso de agentes de curado o de catalizadores. Los catalizadores son
compuestos químicos que permiten lograr que los componentes adhesivos sean más reactivos, no constituyendo
una parte significativa de la película final del adhesivo.
5) Modos de fallo
Otro aspecto muy a tener en cuenta en el uso de adhesivos es el conocimiento de los modos de fallo de las
uniones adhesivas. Existen básicamente 3 tipos de fallo [8]:
1) Fallo adhesivo: cuando la separación se produce en la interfase sustrato-adhesivo [7], [11} quedando el
adhesivo de forma completa en uno de los sustratos. Es propio de uniones que fallan prematuramente
debido a un defecto en la preparación superficial del sustrato. Es el tipo de rotura menos deseable, [8]
pues no son nunca predecibles, ya que la fuerza de adhesión depende de un gran número de factores
rara vez controlables en su totalidad.
2) Fallo cohesivo: cuando se produce la ruptura del adhesivo, quedando por tanto adhesivo en ambos
sustratos. Es indicativo de una buena adherencia del adhesivo [11], [8] porque se pueden conocer las
características mecánicas del adhesivo y, por tanto, se pueden predecir las cargas a la rotura en modo
cohesivo bajo diferentes tipos de esfuerzos.
3) Fallo mixto: es un fallo 50% cohesivo y 50% adhesivo. Es una rotura débil y se puede considerar como
intermedia entre los dos casos anteriores [12].
32
4) Fallos del sustrato: el sustrato se rompe antes que el adhesivo, deduciéndose que el adhesivo está
sobredimensionado. Este tipo de rotura puede desembocar en colapsos de la estructura muy peligrosos
debido al uso de un adhesivo inadecuado [12].
Figura 12. Tipos de fallo en una unión adhesiva.
2.5.3. Tipos de adhesivos
a) Sustancias orgánicas de origen natural
[13] Son sustancias filmógenas que se han utilizado como adhesivos desde la antigüedad, ya sea solas o mecladas.
Sin embargo, tienen como inconveniente que suelen envejecer mal ya que amarillean, levantan las cubiertas y
algunas son un sustrato propicio para el crecimiento de los microorganismos.
Los principales ejemplos de este tipo de adhesivos son: cera, cola fuerte, cola de conejo, cola de pescado, pasta
de almidón, caseína…
Actualmente, se siguen utilizando la cera de abeja, goma laca, cola fuerte y de conejo, gracias a su
comportamiento como adhesivos temporales. No obstante, estos adhesivos están siendo poco a poco cada vez
más sustituidos por adhesivos orgánicos de origen artificial o inorgánicos (con o sin aditivos).
Figura 13. Cola de conejo.
Figura 14. Cera.
33
b) Sustancias orgánicas de origen sintético
Según su polimerización pueden ser termoplásticas o termoestables. A continuación, se describen los productos
sintéticos más comunes:
Resinas Vinílicas: Son resinas termoplásticas usadas como adhesivo, consolidante y reforzante de
pastas y morteros. Estás siendo sustituidas por las acrílicas.
Dentro de este tipo de resinas se encuentran [13]:
Acetato de polivinilo (PVA): Es un producto idóneo para adhesión de pastas porosas cuando no se
puedan usar productos inorgánicos u organosilícicos. Es resistente a la luz de forma temporal, ya
que con el tiempo y sobre todo en zonas de clima cálido, se vuelve amarillento o pardo. Además,
puede emitir vapores de acético que pueden atacar al material donde se use este producto. Debido
a las desventajas que puede presentar a largo plazo, su uso está desaconsejado para actuaciones
permanentes.
Figura 15. Fórmula química del PVA.
Alcohol polivinílico (PVAL): Posee un potencial adherente bajo, por lo que su principal
aplicación es para reparación de materiales, así como su protección y aislamiento de otros
adhesivos más agresivos. También se puede añadir a pastas, morteros y otros productos para
aumentar su cohesión. Actualmente, debido a su peligrosidad pues se considera cancerígeno,
ha sido sustituido.
Figura 16. Fórmula química del PVAL.
Butiral polivinílico (PVB): Adhesivo termoplástico resistente de dos componentes, resultado
de mezclar alcohol de polivinilo (PVA) con butiraldehído. Su inconveniente es que le afectan
las altas temperaturas, volviéndose insoluble. Es conveniente evitarlo por su respuesta al
envejecimiento y toxicidad (no se debe inhalar).
34
Figura 17. Fórmula química del PVB.
Resinas Acrílicas: Tienen como ventaja que son resistentes a la luz y la oxidación, además de adaptarse
mejor que las vinílicas a las arcillas menos porosas. Sin embargo, presentan como principal desventaja
que no se recomienda su uso para materiales colocados a la intemperie ya que con el tiempo este tipo
de resinas se degradan y pueden ser atacadas por microorganismos. Los principales tipos de resinas
acrílicas son {13]:
Copolímero acrílico (Paraloid B-72): Es un copolímero de etil-metacrilato y metacrilato, muy
estable. Es uno de los tratamientos de conservación y restauración más conocidos debido a la
versatilidad que presenta.
Para su empleo, se suele disolver en acetona, en proporciones entre el 5% al 50%., en 1,1,1.
tricloroetano para tratamientos superficiales y/o en tolueno o en etanol en frío.
Es de importancia el control de la densidad y otro aspecto relevante es que la toxicidad de este
adhesivo será función del disolvente empleado.
Figura 18. Fórmula química del Paraloid B-72.
Copolímero acrílico (Paraloid B-67): Es un polímero de isobutil metacrilato. Ofrece una
elevada resistencia al agua y baja higroscopicidad, haciéndolo adecuado para actuaciones en el
exterior y tratamientos posteriores a la eliminación de sales.
Para su empleo, se disuelve principalmente en acetona o acetato de amilo y, al igual que el
Paraloid B-72, su toxicidad depende del disolvente.
Comparado con el B-72, el B-67 se oxida con más rapidez y tiende a reticularse y volverse
insoluble.
Figura 19. Fórmula química del Paraloid B-67.
35
Primal AC33: Emulsión acuosa que se usa como consolidante o fijativo para morteros y
pequeños levantamientos superficiales. Tiene un buen envejecimiento ya que resiste al calor y
rayos UV. No obstante, se está sustituyendo por los productos inorgánicos.
Figura 20. Fórmula química del Primal AC33.
Cianocrilato:
Se usa para unión de piezas pequeñas y lascas superficiales, siendo su despegue muy laborioso.
En cuanto a su aplicación, en un principio se disuelve con acetona, pero a largo plazo requiere
de disolventes más fuertes, lo cual provoca efectos negativos en la integridad de los materiales.
Adicionalmente, presenta otros problemas: es inestable, despolimerizando con el tiempo y
sensible a luz y los medios alcalinos.
Figura 21. Fórmula química del cianocrilato.
Resinas Epoxi: Son polímeros líquidos o sólidos que, reaccionando con un agente de curado da lugar a
un plástico termoestable caracterizado por la presencia de un éter cíclico de tres miembros, denominado
grupo epoxi. Se emplean generalmente para la unión de piezas gruesas que van a soportar mucha
presión o peso.
Los agentes de curado o endurecedores (aminas alifáticas y aromáticas, poliamidas, etc) al reaccionar
con la resina, aumentan el peso molecular de las cadenas y las reacciones de reticulación, que establecen
uniones a través de las mismas dando lugar a una red tridimensional sin originarse ningún subproducto,
lo cual es una ventaja para tratamientos con este tipo de resina.
Sin embargo, sus grandes ventajas son: dureza y rigidez (por los anillos aromáticos), resistencia a los
agentes atmosféricos (por los grupos éter) y buenas propiedades adhesivas (por el grupo hidroxilo).
Todo ello contribuye a que sea uno de los tratamientos adhesivos más empleados para todo tipo de
material.
Los principales inconvenientes son: tienen gran viscosidad, necesitando un solvente como acetona para
conseguir una penetración adecuada; son sensibles a la radiación UV (cambio de color con el tiempo y
perdida de propiedades mecánicas y de hidrofugación) [6].
36
Figura 22. Fórmula química de la Resina Epoxi.
Resinas de estireno poliéster: El poliéster es un polímero insaturado, normalmente líquido y con una
viscosidad elevada, por lo que hay que añadir un compuesto (Estireno) que rebaje dicha viscosidad y a
su vez permita el enlazamiento entre cadenas, obteniendo un plástico termoestable. Su capacidad
termoestable puede actuar en su contra ya que una vez calentadas pueden ofrecer mucha resistencia a
la hora de ser transformadas pudiendo llegar a romperse si se aplica mucha presión.
En los tratamientos con esta resina es imprescindible, además, un catalizador, generalmente un peróxido
[6].
Sus características más relevantes son que presenta un buen comportamiento mecánico, químico y
eléctrico; y una considerable disminución de la porosidad accesible al agua. Con respecto al poder
adhesivo, en comparativa con la resina epoxi, hay que destacar que presenta un poder adherente inferior
y menor vida útil, aunque el coste es inferior [14].
Figura 23. Fórmula química de la Resina de Estireno de Poliéster.
Nitrato de celulosa: Es un polímero sintético ampliamente aceptado para uniones de fragmentos ya que
tiene una alta reversibilidad con el disolvente acetona. Además de poseer otras propiedades como la
resistencia al calor, se caracteriza por su higroscopicidad y sensibilidad a los rayos UV [15].
c) Materiales inorgánicos artificiales
Son materiales sólidos, porosos y estables. Los principales son la cal y el yeso.
Cal: Es una sustancia alcalina constituida por óxido de calcio (CaO) de color blanco o blanco grisáceo,
que al contacto con el agua se hidrata o apaga, con desprendimiento de calor; y mezclada con arena
forma una argamasa o mortero de cal.
Se distinguen dos tipos de cal principalmente: cal aérea, que es aquella que necesita de la presencia de
aire para carbonatar y endurecer; y cal hidráulica, que es aquella que puede fraguar y endurecer con o
sin presencia de aire (incluso bajo el agua). [16]
En cuanto a las propiedades, conviene destacar que este tipo de material inorgánico resiste muy bien el
envejecimiento, poseen una buena adhesividad, cohesión superficial y resistencia esclerométrica.
No obstante, resultan preferibles las resinas sintéticas, ya que han demostrado ser más estables para
tratamientos definitivos [13].
37
Figura 24. Fórmula estructual de la cal.
Yeso: Como material de construcción es un producto elaborado a partir de un mineral denominado
igualmente yeso (sulfato cálcico dihidrato CaSO4·2H2O) mediante deshidratación, pudiéndose una vez
amasado con agua usarse directamente [17].
Se usa en procesos de restauración principalmente como mortero, carga de pigmentos o aglutinados con
otros productos.
A pesar de que añadido a la cal forma una mezcla estable, en términos generales, no es aconsejable por
su higroscopicidad, ya que en presencia de humedad se puede introducir en el material y arrastrar sus
sales [15].
Hidróxido de bario: Se usa generalmente como consolidante de materiales cuando existe presencia de
sales [15].
d) Organosilícicos [15]
Silicato de etilo: Líquido carente de color y resistente a distintas condiciones climáticas y a radiación
UV. La modificación del material donde se aplica es mínima, por lo que es un producto de interés para
la restauración, pero aún está en investigación. No obstante, su aplicación más notable es como
consolidante.
Silicona: Polisiloxano que se emplea para la restauración y conservación de azulejos y piedras de forma
general. Tiene función de consolidante y adhesivo, penetrando mucho en los poros del material. Una
importante desventaja es que tiene un mal envejecimiento.
e) Geopolímeros [18]
Son aluminosilicatos alcalinos activados (polímeros sintéticos) procedentes de reacciones químicas de
geopolimerización entre un material puzolánico y una solución alcalina activadora.
Sus buenas propiedades tales como facilidad de adherencia, resistencia, durabilidad, baja
permeabilidad, entre otras, hacen que sea objeto de investigación para la restauración, convirtiéndose
en adhesivo con gran perspectiva futura.
Sin embargo, presenta una serie de inconvenientes tales como liberación de sales solubles, reacciones
químicas indeseadas con los materiales, dependencia de la temperatura y problema de manejo debido
al uso de fuertes soluciones alcalinas.
2.5.4. Procedimiento para la realización de una union adhesiva
A la hora de llevar a cabo una correcta unión adhesiva hay que seguir una serie de pasos, que se explican a
continuación:
38
1. Preparación del adhesivo [19]
Es el primer paso del proceso y consiste en preparar los distintos tipos de adhesivo que se van a emplear. Hay
que tener sumo cuidado a la hora de su realización pues es la base sobre la que se va a sustentar todo el
procedimiento de realización de la unión.
Para su realización, hay que tener en cuenta una serie de premisas:
- La realización del adhesivo debe llevarse a cabo de forma simple, de tal modo que tenga el menor
número de componentes posibles para contribuir a que tenga un mejor mantenimiento y posible
reparación.
- Es imprescindible seguir las reglas especificadas por el fabricante en cuanto a la fabricación del
adhesivo.
- La viscosidad del adhesivo debe ser suficiente para permitir un pegado óptimo. Si se tiene un adhesivo
excesivamente líquido, se conseguirá una unión débil o quizás después de la etapa de curado, sigan
despegados los sustratos. En estos casos habrá que cambiar las proporciones originales.
2. Preparación superficial del sustrato [20]
Un aspecto muy a tener en cuenta antes de llevar a cabo la unión adhesiva de los sustratos es la preparación
superficial de los mismos, definida como el conjunto de operaciones previas que se realizan sobre los sustratos
que tienen el objeto de mejorar las propiedades de mojado y adhesión del adhesivo sobre los materiales o
sustratos a unir.
La preparación superficial es uno de los pasos más importantes a la hora de realizar la unión adhesiva pues sin
ella, de nada servirán los esfuerzos invertidos en la preparación y colocación del adhesivo.
Existen diferentes tipos de técnicas de preparación de superficies y la elección de una u otra depende de:
- Naturaleza del sustrato (metal, cerámico, vidrio o plástico).
- El tipo de adhesivo a utilizar para unir los sustratos.
- El estado y las condiciones que se encuentran las superficies de los sustratos (superficies con aceites y
grasas, oxidadas, con polvo, etc).
En general, el proceso de preparación superficial se divide en tres etapas claramente diferenciadas:
a) Limpieza de superficies
La limpieza de superficies tiene por objeto la eliminación de todo tipo de contaminantes que se
encuentren en la superficie de los sustratos, siendo éstos agentes ajenos que se encuentran debidamente
adheridos al sustrato.
Para la limpieza se usan solventes orgánicos o limpiadores acuosos, en función de las condiciones de la
superficie a tratar y del tipo de superficie.
b) Pretratamiento de superficies
Tiene por objeto la eliminación de la capa que se encuentra firmemente unida al material base, así como
conseguir una primera activación de la superficie para mejorar el mojado y la adhesión del adhesivo.
En función del tipo de material a tratar se usa uno u otro tipo de técnica; por ejemplo, para metales se
usa la técnica de granallado pues ofrece una rugosidad superficial que da unos resultados muy buenos.
Otros métodos son la limpieza con vapor (evita el problema de la redeposición pero está limitada a
piezas pequeñas) o el enjuagado con disolventes (puede eliminar muchos contaminantes orgánicos pero
requiere ventilación y cambio de disolvente para evitar redeposición de contaminantes).
c) Postratamiento de las superficies
Consiste en la aplicación de un conjunto de productos químicos (activadores e imprimaciones)
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conjuntamente con el adhesivo y que tienen por objeto:
Crear superficies activadas para el adhesivo.
Generar superficies compatibles con la resina del adhesivo.
Reducir la rugosidad de la superficie.
3. Aplicación del adhesivo [21]
Los métodos comunes de aplicación de adhesivos líquidos son con cepillo, con espátula, con paleta, por
inmersión, por pulverización, por enrollado, por cortina, por chorro continuo, por chorro puntual. Los últimos
cinco métodos son particularmente útiles para la aplicación uniforme de adhesivos sobre piezas grandes y planas
en situaciones de velocidades de producción elevadas.
Por revestimiento sumergido y pulverización se pueden usar en piezas planas, pero son especialmente
apropiados para piezas contorneadas.
El cepillado, por su parte, es el método más usado para aplicación de adhesivos de delgado espesor, pues el
equipamiento es simple y el desperdicio es mínimo. No obstante, es difícil conseguir espesores de adhesivo
uniformes, así como altas velocidades de producción. (Este método será el que va a usarse en la parte
experimental del trabajo).
Una vez aplicado el adhesivo sobre las probetas, se llega al período de curado, que como ya se ha explicado
anteriormente, consiste en esperar el tiempo suficiente para que los adhesivos líquidos, solidifiquen.
4. Ensayos para comprobar eficacia del adhesivo
Un paso clave en el estudio de los adhesivos es ser capaces, mediante diversos ensayos, de determinar la
resistencia por unidad de superficie que presenta cada unión adhesiva, así como poder elegir un adhesivo óptimo
para un material determinado.
Los ensayos a los que se pueden someter las probetas adheridas se pueden dividir básicamente en dos grandes
grupos:
1) Ensayos destructivos [22]
Se definen como aquellos ensayos que se realizan a un material mediante el uso de herramientas o máquinas
que producen una alteración irreversible de su composición química, mecánica o de su geometría dimensional.
Los ensayos destructivos tienen principalmente 4 objetivos:
- Obtener las características y propiedades mecánicas del adhesivo.
- Realizar ensayos comparativos entre adhesivos.
- Comprobar las condiciones de aplicación, así como los productos adhesivos y la preparación de los
sustratos.
- Caracterizar el tipo de fractura (cohesiva, adhesiva, mixta, de sustrato).
Para la realización de este tipo de ensayos, se deben preparar una serie de probetas del mismo material o sustrato
que se pretende adherir debido al carácter destructivo del ensayo. Para la realización de las probetas, hay que
tener en cuenta las siguientes premisas:
- Como ya se ha dicho, el material de las probetas ha de ser el mismo que el material de los sustratos
reales que se pretenden adherir.
- Los espesores de las probetas han de ser lo más parecidos al espesor de los sustratos reales.
- El espesor de adhesivo en el ensayo debe similar al espesor aplicado de forma real.
- La preparación superficial debe ser la misma.
- Por supuesto, se ha de aplicar el mismo sistema de unión en el ensayo como en los sustratos reales.
Entre los ensayos destructivos más relevantes se tiene:
40
a) Ensayo de tracción [23]: los esfuerzos de tracción se producen cuando fuerzas exteriores actúan
perpendicularmente al plano de unión, en el sentido que tienden a alargar la probeta hasta conseguir su
rotura.
Este ensayo consiste en someter a una probeta sujeta por sus extremos (con forma y dimensiones
normalizadas) a una carga uniaxial creciente, al tiempo que se registran la carga aplicada y el incremento
de longitud (opcionalmente también la reducción de tamaño) que experimenta la probeta, hasta que se
produce la rotura.
Figura 25. Esquema del ensayo de tracción.
A partir de los datos de carga y alargamiento, se calculan los correspondientes valores de esfuerzo y
deformación con los que se traza la curva s-e, la cual contiene información acerca de magnitudes
mecánicas importantes como el módulo de Young, límite elástico, deformación a la tracción y
resistencia.
Este ensayo resulta ideal para materiales metálicos, pero no para cerámicos y moleculares.
Figura 26. Gráfica tensión-deformación para materiales dúctiles.
b) Ensayo de cortadura [24]: una pieza sufre fuerzas cortantes cuando dos secciones planas y paralelas de la
pieza tienden a deslizarse una respecto de la otra. Normalmente el esfuerzo cortante provoca dos fuerzas
iguales y opuestas, situadas en planos paralelos y próximos, siendo habitual que actúen transversalmente
a la pieza.
El valor de la fuerza cortante dividido por la sección donde actúa da la tensión unitaria que sufre la
41
pieza.
En este ensayo también se obtiene una gráfica tensión-deformación similar a la del ensayo de tracción.
Figura 27. Esquema del ensayo de cortadura.
c) Ensayo de pelado [11]: se presenta cuando uno de los sustratos es flexible en comparación con el otro. El
efecto de pelado consiste en aplicar una tensión muy alta en el borde de la unión, provocando con ella
la rotura de la misma. El borde es donde se encuentra la mínima resistencia de las uniones adhesivas.
Figura 28. Esquema del ensayo de pelado.
d) Ensayo de flexión transversal [23]: en este ensayo, una probeta en forma de barra con sección rectangular
o circular es flexionada usando una técnica de tres o cuatro puntos (dos puntos de apoyo y uno o dos
puntos de aplicación de carga). Cuando se emplea la técnica de tres puntos (la más común), la superficie
superior de la probeta se ve sometida a esfuerzos de compresión, mientras que la superficie inferior lo
estará a esfuerzos de tracción; y es en esa cara donde se producirá la fractura de la probeta.
El ensayo de flexión es un sustituto razonable del ensayo de tracción ya que la sección de la probeta
prácticamente no varía durante el ensayo, por los que las definiciones ingenieriles y reales coinciden.
42
Figura 29. Ensayo de flexión transversal.
Por último, se presentan las ventajas e inconvenientes de este tipo de ensayos (ver Tabla 5):
Ventajas Inconvenientes
- Permiten identificar de forma aproximada
las propiedades mecánicas de la unión, en
función de los esfuerzos a los que se
somete a las probetas.
- Existen numerosos estándares sobre la
realización de este tipo de ensayos.
- Posibilidad de comparar entre adhesivos.
- El coste de los equipos es más
económico.
- Permite identificar el tipo de fallo o
rotura.
- Coste relativamente barato del ensayo.
- No permite identificar defectos internos
de la unión real, impidiendo realizar
reparaciones antes de su puesta en uso o
durante su vida.
- Necesidad de realizar probetas que
simulen el proceso real.
- No permite identificar de manera directa
el estado de la zona de adhesión de la
unión real.
Tabla 5. Ventajas e inconvenientes de los ensayos destructivos.
2) Ensayos no destructivos
[25] Se definen como aquellos ensayos basados en fenómenos físicos, cuyo objetivo es obtener información sobre
los defectos o estado de un material, sin provocar daños químicos, mecánicos o dimensionales del propio
material.
Los ensayos no destructivos realizados en una unión adhesiva tienen por objeto:
- Asegurar de manera directa la correcta unión de dos sustratos, pudiendo localizar y evaluar ciertos
defectos.
- Realizar revisiones de mantenimiento de las uniones adhesivas.
Entre los efectos que se pueden identificar mediante el uso de ensayos no destructivos, se pueden citar:
- Dislaminaciones en la zona de adhesión entre el sustrato y el adhesivo.
- Burbujas en el interior del adhesivo.
- Poros en el exterior del adhesivo.
- Espesor incorrecto del adhesivo.
- Concentraciones de humedad o presencia de agua en el interior del adhesivo.
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- Grado de reticulación del adhesivo.
- Envejecimiento de la unión.
Entre los diferentes ensayos que se pueden usar para realizar ensayos no destructivos se pueden citar:
a) Ensayo de carga: [21] se trata de ensayar una estructura con el mismo tipo de carga que soportará cuando
trabaje en servicio, pero de magnitudes mayores, midiendo la resistencia que presenta la propia
estructura ante ese tipo de carga aplicada. Sin embargo, las cargas empleadas sobre el ensayo no deben
ser tan altas que puedan causar deformaciones irreversibles o permanentes en la estructura.
b) Ensayo con ultrasonidos: [21] es la técnica no destructiva más usada. Consiste en el uso de un aparato
generador de impulsos eléctricos, un par de palpadores, un amplificador y un temporizador electrónico
para medir el intervalo de tiempo transcurrido entre el comienzo de la onda del impulso generado en el
palpador transmisor y el comienzo de la onda a su llegada al palpador receptor. Con una barra de
calibración se facilita la medida de velocidad.
c) Ensayo de sonido: [21] este método se basa en el principio de que el sólido o las superficies de unión,
cuando se las golpea, emiten un sonido distinto del que emiten las piezas que contienen huecos en su
interior. El ensayo se puede realizar basándose en una experiencia individual, con una cuña o, de una
forma más objetiva, con instrumentación adecuada.
d) Inspección visual: [21] la inspección visual del exterior de una unión se usa para determinar si una unión
contiene una adecuada cantidad de adhesivo, si el aspecto del adhesivo es adecuado y para comprobar
si el estado de curado es pobre.
Las ventajas e inconvenientes de este tipo de ensayos se detallan en la Tabla 6:
Ventajas Inconvenientes
- Identificación, cuantificación y
localización de defectos como poros,
burbujas, etc.
- La unión no sufre ningún tipo de agresión
pudiéndose realizar el ensayo sobre la
unión real.
- Muestreo parcial o total de las uniones
adhesivas, dependiendo del plan de
requerimientos de la calidad.
- Detección temprana del defecto,
pudiéndose realizar operaciones de
subsanación.
- Cada método permite encontrar unos
defectos determinados.
- El personal que realice los ensayos debe
tener una alta cualificación.
- No permite medir de forma directa las
propiedades mecánicas de la unión.
- Equipos muy costosos.
Tabla 6. Ventajas e inconvenientes de los ensayos no destructivos.
Una vez desarrollados los tipos de ensayos existentes, hay que analizar de forma general un tipo de ensayo
destructivo, que es el que se usará en el la parte experimental, denominado ensayo de adherencia. Su objetivo
principal es la determinación de la tensión que es capaz de soportar cada probeta para que se produzca la
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separación de las piezas unidas, definiendo tensión como fuerza aplicada por unidad de superficie de la probeta.
Además, también se podrá estudiar el tipo de fallo que presentan las uniones adhesivas.
El procedimiento general de este ensayo se resume en:
1) Preparación de las probetas con el adhesivo que se pretenda estudiar, pero en este caso hay que tener en
cuenta una serie de requisitos adicionales para este tipo de ensayo, especificados en la norma ASTM
D4541-02 [26]:
La superficie sobre la que se deben colocar las probetas debe ser plana y no excesivamente
pulida, para facilitar la adherencia de los materiales.
El espacio dejado para cada probeta debe ser suficiente para permitir a posteriori la colocación
del aparato medidor de adherencia.
Las dimensiones de las probetas deben ser similares al tamaño de las sufrideras de las que se
dispongan, para obtener unos resultados más veraces.
2) Pegar unas sufrideras de metal sobre las diferentes probetas preparadas previamente mediante un tipo
de pegamento convencional, como puede ser uno del tipo Araldite (ver Figura 30).
Figura 30. Esquema de la colocación de la sufridera.
3) Usar el medidor de adherencia para determinar la fuerza ejercida.
4) Observar el tipo de fallo existente una vez medida la fuerza. Se pueden apreciar los siguientes fallos [8]:
a. Entre piedra y adhesivo (comúnmente denominado interfase a lugar de la separación). (ver
Figura 31, a)
b. Entre adhesivo convencional y sufridera (comúnmente denominado “pegamento” al lugar de
la separación). (ver Figura 31, b)
c. En el interior del adhesivo (fractura cohesiva). (ver Figura 31, c)
d. En el interior del sustrato (fractura cohesiva). (ver Figura 31, d)
Figura 31. Diferentes tipos de roturas en el ensayo de adherencia.
45
3 ESTUDIO EXPERIMENTAL
3.1. Metodología para el estudio de tratamientos de conservación
[27] Hasta hace relativamente poco tiempo, la mayor parte de las actuaciones de conservación iban orientadas a
reparar desperfectos una vez producidos. Sin embargo, posteriormente se fueron aplicando medidas preventivas
cuyo principal objetivo era tratar de minimizar los imprevistos que se pudieran originar. El principal
inconveniente de la prevención era que llevaba asociada la realización de revisiones periódicas y un estricto
mantenimiento, lo cual encarecía el proceso de restauración.
Para facilitar el proceso de restauración se diseñó una metodología de actuaciones a realizar, para conseguir así
que las improvisaciones que puedan surgir durante el transcurso del proceso queden reducidas al mínimo y se
aumente la eficiencia del mismo. La metodología se basa en una serie de aspectos claves:
1) Estudios previos
2) Propuesta y evaluación de tratamientos
3) Programa de seguimiento
3.1.1. Estudios previos
Las actuaciones que se lleven a cabo estarán condicionadas por los resultados obtenidos en la etapa de estudios
previos. Esta etapa consiste básicamente en un diagnóstico, donde se llevarán a cabos dos tipos de estudio:
Estudio de los factores de alteración: se pueden clasificar en intrínsecos y/o extrínsecos.
- Factores intrínsecos: depende únicamente de las propiedades del material, tales como la
composición química, composición mineralógica, características petrográficas y propiedades
hídricas, físicas y mecánicas.
- Factores extrínsecos: dependen del medio donde está situado el material objeto de estudio y son:
la climatología, el medio ambiente, los agentes biológicos y otros como el labrado de piedra,
forma de colocación, etc.
Estudio de los mecanismos 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 se producen cambios en sus
propiedades o indicadores de alteración. Los principales mecanismos de alteración son: abrasión
externa, cambio de volumen de la piedra, cambio de volumen de capilares y poros, disolución de la
piedra, cambio en la composición química de la piedra, actividad biológica.
3.1.2. Propuesta y evaluación de tratamientos
Una vez completada la etapa de estudios previos, se pasa a realizar una propuesta de tratamientos que se
consideren adecuados, los cuales se deberán estudiar antes de aplicarlos al monumento. Los tratamientos tienen
dos objetivos clave: el primero es intentar devolver a los materiales sus características originales y el segundo
es protegerlos del efecto de los agentes de deterioro.
Para llevar a cabo de forma eficiente el tratamiento se requiere de la ejecución de una serie de pasos, que se
pueden expresar de forma resumida en:
- Limpieza: eliminar el material depositado superficialmente 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.
- Adhesión: unir fragmentos fracturados o fisurados de materiales.
Esta etapa es de vital importancia porque la aplicación de un tratamiento no óptimo a la piedra podría dar lugar
al efecto contrario al requerido, es decir, podría dañarla. Por tanto, es esencial realizar los ensayos con el cuidado
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y detalle que merecen para conseguir unos resultados favorables.
3.1.3. Programa de seguimiento
La última fase es el seguimiento y mantenimiento general del monumento y/o edificio, y específicamente del
comportamiento de los materiales tras la intervención. Esta etapa es tan esencial como la aplicación del
tratamiento adecuado, pues sin un buen mantenimiento los resultados obtenidos a largo plazo no serán los más
óptimos.
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, además de proporcionar información para futuras intervenciones
en el mismo edficio o en otros de características y condiciones similares.
En el presente capítulo se llevará a cabo la aplicación de la metodología anterior para la determinación de los
tratamientos de conservación para las piedras objeto de estudio. Los pasos a seguir serán:
1) Selección de los materiales pétreo a estudiar.
2) Determinación de las características de los materiales.
3) Aplicación de los adhesivos y estudio de su eficacia inicial.
4) Realización de ensayos de alteración acelerada y medida de la adherencia tras el envejecimiento.
3.2. Caracterización de las probetas
Para el estudio experimental que se va a realizar se van a utilizar tres tipos diferentes de muestras, cuyas
propiedades y características más relevantes se detallan a continuación:
a) Piedra de Sierra Elvira
La piedra de Sierra Elvira es muy importante y representativa en la arquitectura histórica y
contemporánea, siendo su principal aporte al Patrimonio Arquitectónico de Andalucía Oriental [28].
Su explotación se realiza en las canteras de la sierra a la que debe su nombre en la provincia de Granada.
La extracción se realiza mediante voladura controlada favorecida por el ángulo de buzamiento (de unos
30º). Desde el punto de vista geológico, esta roca no es un mármol, sino que es una caliza pues no ha
sufrido metamorfismo; lo que ocurre es que, en la industria de la Piedra Natural, la clasificación de las
rocas se ve simplificada y esta clase de rocas (rocas carbonatadas) va dentro del grupo de los mármoles.
A ello se debe que su nombre comercial sea Mármol de Sierra Elvira [29]. También es denominada
comúnmente como “caliza bronce” por el color que presenta [30].
Figura 32. Piedra de Sierra Elvira.
Existen varios tipos de piedras de Sierra Elvira, pero la más explotada es la caliza de crinoides, ya que
47
sus características son más adecuadas para la construcción pues presenta resistencia a la compresión,
impacto, desgaste y su degradación química es escasa. El nombre de este tipo de caliza es debido a que
es una roca de carbonato cálcico (CaCO3) compuesta por artejos de crinoides, que son restos de seres
vivos que vivieron en esa zona hace unos 190 millones de años [29] (ver Figura 33).
Figura 33. Representación de una crinoide.
La caliza de crinoides se ha utilizado tanto en la arquitectura religiosa como en la arquitectura civil y
residencial. Se encuentra en portadas, fuentes, estatuas, columnas, zócalos de edificios, solerías,
bordillos de plazas o calles, etc. Algunos de los edificios históricos más significativos de Granada en
los que se utilizó esta piedra ornamental son: el Hospital Real, el Palacio de Carlos V en la Alhambra,
la Real Chancillería, la Catedral, las iglesias de nuestra Señora de las Angustias, San Juan de Dios, San
Justo y Pastor [28].
Figura 34. Portada de la Iglesia de San Justo y Pastor.
48
Figura 35. Catedral de Granada.
Una vez descrito de forma general el material pétreo y su uso más común, conviene analizar sus propiedades
más relevantes (ver Tablas 7 a 9) [30]:
Descripción macroscópica
Color Marrón bronce
Tamaño medio de grano < 1 mm
Grietas macroscópicas Venas calcíticas, perpendiculares a los planos de
estratificación
Evidencias de meteorización No
Presencia de macrofósiles No
Presencia de xenolitos-intrusiones No
Tabla 7. Descripción macroscópica de la Piedra de Sierra Elvira.
Descripción microscópica
Textura Micrita con patinas de alteración, estructuras
dentríticas y algunas fracturas
Constituyentes Calcita
Minerales/Granos
Porcentaje 100% de lodo carbonatado, compuesto por micrita
Dimensiones 0,2 a 1 mm
Hábito Subdiomorfos
Forma Angulosa a subredondeada
49
Bordes Irregulares
Distribución Heterogénea
Tabla 8. Descripción microscópica de la Piedra de Sierra Elvira.
Características físico-químicas
Análisis del sistema poroso
Densidad
(aparente y real) (g/cm3) Porosidad Hg (%) Porosidad de H2O (%)
ρA = 2,69
ρR = 2,70 3,4 0,37
Velocidad de ultrasonidos (m/s)
Vp1= 5669 (±293) estratificación
Vp2= 5884 (± 256) // estratificación
Vp3= 5843 (± 372) // estratificación
Anisotropía (total y relativa) (%)
∆M= 3,5 (± 2,3)
∆m= 2,2 (± 1,1)
Color
L*
a*
b*
46,0
3,1
17,0
Resistencia mecánica (kg/cm2)
Resistencia a
compresión Resistencia a flexión Resistencia a tracción
carga estratificación
carga // estratificación
1564 ± 225
1479 ± 313 127 ± 33 86 ± 15,5
Propiedades hídricas
Velocidad de absorción (%/h1/2) Velocidad de desorción (%/h1/2)
0,14 0,38
Tabla 9. Características físico-químicas de la Piedra de Sierra Elvira.
50
b) Mármol de Macael
Es un mármol procedente de las canteras de la localidad española de Macael (Almería), en la sierra de
los Filabres. Es una roca metamórfica y se caracteriza, aunque también existen variedades de color
amarillo y gris, por la pureza de su color blanco, denominándose “oro blanco”, tanto por ello como por
su contribución a la prosperidad económica de su zona de producción y comercialización (Figura 36).
En cuanto a otras características, el mármol blanco presenta una granulometría media y una
composición mineralógica de casi 100 % de calcita, siendo sus componentes secundarios moscovita
(<1%) y grafito (<1%).
Figura 36. Mármol de Macael.
El apogeo de este tipo de mármol se hizo casi paralelamente al apogeo económico romano pues se
encargaron de explotarlo de manera sistemática e intensiva, haciendo que se pueda encontrar en
edificaciones tan importantes como el teatro de Mérida.
También tuvo su uso en el arte andalusí, donde se realizaron con este mármol las 124 columnas del
Patio de los Leones de la Alhambra de Granada, así como en la época renacentista donde se usó para la
construcción de la Capilla Real de Granada [31].
Figura 37. Patio de los Leones de la Alhambra (Granada).
51
Figura 38. Teatro romano de Mérida.
Una vez descrito de forma general el material pétreo y su uso más común, conviene analizar sus propiedades
más relevantes (ver Tablas 10 a 12) [32]:
Descripción macroscópica
Color Blanco
Tamaño medio de grano 0,5-2 mm
Grietas macroscópicas No
Evidencias de meteorización No
Presencia de macrofósiles No
Presencia de xenolitos-intrusiones No
Tabla 10. Descripción macroscópica de la Piedra de Sierra Elvira.
Descripción microscópica
Textura Cristalina
Constituyentes Calcita, Moscovita, Grafito
Minerales/Granos
Porcentaje Calcita (casi 100%), Moscovita <1% y Granito <1%
Dimensiones 0,5 a 2 mm
Hábito Subdiomorfos
Forma Angulosa a subredondeada
52
Bordes Irregulares
Distribución Homogénea
Tabla 11. Descripción microscópica de la Piedra de Sierra Elvira.
Características físico-químicas
Análisis del sistema poroso
Densidad
(aparente y real) (g/cm3) Porosidad Hg (%) Porosidad de H2O (%)
ρA = 2,638
ρR = 2,666 0,23 0,08
Velocidad de ultrasonidos (m/s)
Vp1= 5581 (±70) foliación
Vp2= 6345 (± 99) // foliación
Vp3= 6228 (± 106) // foliación
Anisotropía (total y relativa) (%)
∆M= 15,4
∆m= 2,9
Color
L*
a*
b*
78,68
1,01
1,70
Resistencia mecánica (kg/cm2)
Resistencia a
compresión Resistencia a flexión Resistencia a tracción
carga foliación
carga // foliación
1183 ± 159
767 ± 110
165,7 ± 17,4
128,9 ± 5,1
70,1 ± 11,7
43,5 ± 7,6
Propiedades hídricas
Velocidad de absorción (%/h1/2)
0,16
Tabla 12. Características físico-químicas del Mármol de Macael.
53
c) Ladrillo común [33]
Los ladrillos son usados como elemento para la construcción desde hace unos 11.000 años. Se
documentan ya en la actividad de los agricultores del neolítico precerámico del Levante mediterráneo
hacia 9500 a.C. ya que en las áreas donde se levantaron sus ciudades apenas existía la madera y la
piedra. Sin embargo, su difusión en el ámbito mediterráneo se produjo con la expansión del Imperio
Romano.
El ladrillo es elaborado con arcilla, la cual es un material sedimentario de partículas pequeñas de
silicatos hidratados de alúmina, además de otros minerales como el caolín, la montmorillonita y la illita.
Se considera el adobe como precursor del ladrillo, aunque el adobe no experimenta los cambios físico-
químicos de la cocción, por tanto, se puede decir que el ladrillo es la versión irreversible del adobe,
producto de la cocción a altas temperaturas (entre 900 y 1000 ºC).
Las partículas del material arcilloso usado se caracterizan por ser capaces de absorber
higroscópicamente hasta un 70% en peso en agua. Cuando está hidratada, la arcilla adquiere plasticidad
suficiente para ser moldeada. Sin embargo, en la fase de endurecimiento (por secado o por cocción), el
material arcilloso adquiere características de notable solidez, experimentando una disminución de masa,
por pérdida de peso, de entre un 5 y un 15%.
Para el proceso de elaboración del ladrillo, se distinguen una serie de etapas básicas: maduración,
tratamiento mecánico previo, depósito de materia prima procesada, humidificación, moldeado, secado,
cocción y almacenaje.
El ladrillo forma parte de muchos edificios y construcciones históricas en todo el mundo, de los cuales
se muestran unos ejemplos (ver Figuras 39 y 40):
Figura 39. Fachada de la Central Catalana de Electricidad de Barcelona.
)
Figura 40. Museo de arte romano (Mérida).
54
3.3. Descripción de los tratamientos
Para cada tipo de material pétreo se van a probar diferentes adhesivos con el objetivo de analizar y determinar
cómo se van a ver afectados los materiales por su aplicación; así como poder elegir qué adhesivo es el más
óptimo para cada litotipo.
Los adhesivos a usar serán:
1) Epo -150
2) Epo -150 + nanopartículas de sílice
3) Epo -150 + micropartículas de carbonato cálcico
4) Paraloid B-72
5) Paraloid B-72 + nanopartículas de sílice
6) Geopolímeros (adecuados para cada piedra)
Como se puede observar, los adhesivos “base” que se van a usar son 3: Epo -150, Paraloid B-72 y Geopolímeros,
el resto resultan de adiciones de partículas a estas sustancias. Sus principales características se mencionan a
continuación:
Epo -150 [34]
El Epo-150 es un producto a base de resinas epoxidicas fluidas reticulables en frío mediante un
endurecedor a base de aminas cicloalifáticas. La mezcla de los dos componentes produce un sistema de
elevada resistencia altamente adhesivo.
Este producto es apto para inyección y/o impregnación en soportes de hormigón, piedra, terracota y
madera y además se puede cargar de varios inertes hasta obtener mezclas que se puedan utilizar para
estucado y reintegración.
El sistema Epo-150 se suministra en presentación doble compuesta de Resina Epoxídica pura Epo-150
y endurecedor K-151. Ambos componentes deben mezclarse con la siguiente relación (ver Tabla 13):
Resina Epoxídica pura Epo-150 100 g
Endurecedor K-151 25 g
Tabla 13. Composición sistema Epo-150.
Las características técnicas de la resina se adjuntan en la Tabla 14:
Aspecto Líquido transparente
Peso específico a 25ºC 1,04 kg/L
Tiempo de laborabilidad de 200 g a 25ºC 30-35 min
Resistencia a la tracción 400 kg/cm2
Resistencia a la flexión 1000 kg/cm2
Resistencia a la compresión 1220 kg/cm2
Viscosidad del sistema a 25ºC 500-800 mPa·s
Tabla 14. Características técnicas Epo-150.
55
Paraloid B-72 [35]
El Paraloid B-72 es una resina acrílica (copolímero metilacrilato-etilmetacrilato) sólida, suministrada
en pequeñas partículas esféricas que, disueltas en disolventes apropiados puede ser empleada como
consolidante además de para usos tradicionales como adhesivo.
La disolución del Paraloid B-72 es posible con varios tipos de disolventes:
Cetonas (acetona, metiletilacetona)
Esteres y éteres (etilo acetato. butil acetato y cellosolve acetato, dowanol PM…)
Hidrocarburos aromáticos (tolueno, xileno, solvesso y mezclas como el disolvente nitro)
Hidrocarburos clorurados (cloruro de metileno, cloretene)
Es insoluble en agua y muy poco en alcohol etílico e hidrocarburos alifáticos.
Los disolventes aconsejados, por su baja toxicidad, son la acetona (que es muy volátil), el butil acetato
y el dowanol PM.
La solución se prepara normalmente con una concentración entre el 3% y el 10% de Paraloid B-72 en
disolvente (3/10 de Paraloid B-72 y 97/90 de disolvente) por medio de un agitador mecánico. El
disolvente se pone primero en el recipiente y mientras se agita se va echando la resina hasta obtener una
perfecta disolución.
La aplicación de la solución de Paraloid B-72 sobre los objetos a consolidar puede hacerse con los
sistemas normales usados para el barniz como aerógrafos o pinceles. Sin embargo, los mejores
resultados se obtienen por inmersión lenta del objeto a consolidar en la solución. De ese modo el
consolidante es absorbido por capilaridad del soporte poroso penetrando también en las partes más
internas, consolidando el objeto de manera completa y uniforme.
Por último, se adjuntan una serie de imágenes de cada uno de los adhesivos explicados anteriormente y de los
aditivos que se les añadieron:
Figura 41. Adhesivo Epo-150 y Endurecedor K-151.
56
Figura 42. Partículas de Carbonato Cálcico y Partículas de Sílice.
Figura 43. Adhesivo Paraloid B-72.
Geopolímeros
Los grandes desarrollos en las décadas recientes han dado lugar a la producción de prometedores nuevo
materiales como el comúnmente denominado geopolímero [13]. Su principal atractivo es que presenta
excelentes propiedades: alta resistencia al calor y al fuego, resistencia a los ácidos, baja conductividad
térmica, gran resistencia a la compresión y elevada integridad estructural, etc. [36]
El término geopolímero fue creado por Davidovits y designa a los aluminosilicatos activados (polímeros
sintéticos), procedentes de reacciones químicas de geopolimerización. Su síntesis se produce a través
de la reacción de un material sólido puzolánico y una solución alcalina, denominada activador, siendo
los más comunes los hidróxidos y silicatos de sodio y potasio (ver Figura 44) [18].
57
Figura 44. Reacción de polimerización.
Aunque el proceso de geopolimerización no se conoce aún demasiado bien, generalmente se acepta
como primer paso, una reacción de hidrólisis donde se produce la disolución del aluminosilicato sólido
con los componentes alcalinos. Los enlaces covalentes del aluminosilicato se rompen, generando SiO4-
y AlO4- que se unen compartiendo todos los átomos de oxígeno y produciendo nuevas especies de
silicato y aluminato. Los iones Al3+ ocupan un cierto número de posiciones tetraédricas que crean un
déficit de carga, el cual es compensado por la presencia de iones positivos, como Na+ o K+, en los huecos
de la estructura, haciéndola eléctricamente neutra.
Davidovits sugirió el término de polisialato para la designación química de los geopolímeros basados
en silicoaluminatos [18].
Figura 45. Red de polisialato.
La fórmula empírica del geopolímero es: Mn [-(SiO2) Z-AlO2]n*wH2O.
La M hace referencia a los cationes positivos, n es el grado de polimerización, w es el número de
moléculas de agua asociadas y z determina el tipo de polímero resultante, existiendo tres tipos posibles
(ver Figura 46) [15]:
58
Figura 46. Tipo de estructuras poliméricas.
Como resumen del proceso de formación de los geopolímeros, se adjunta el esquema donde se muestran
los pasos a seguir de forma habitual (ver Figura 47) [36]:
Figura 47. Esquema del proceso de geopolimerización.
59
3.4. Descripción de los ensayos
Los ensayos a los que se sometieron las probetas son los descritos a continuación:
3.4.1. Ensayo de medida de porosidad y densidad
El fin de este ensayo es determinar dos de las propiedades intrínsecas más relevantes del material pétreo:
porosidad y densidad. El método usado para ello consiste en, a modo resumen, la saturación con agua de las
probetas sometidas previamente a vacío; y se basa en la norma UNE-EN1936:2006.
Para realizar el ensayo se siguen los siguientes pasos:
1) En primer lugar, se colocan las probetas en un desecador hermético, intentado que el contacto entre
ellas, así como con las paredes del desecador sea el mínimo posible (ver Figura 48). Se someten a
vacío mediante el uso de una bomba de vacío (ver Figura 49), consiguiendo una presión de 20 mmHg
durante 5 h para extraer todo el aire contenido en los poros de las probetas.
Figura 48. Desecador hermético.
Figura 49. Bomba de vacío.
2) A continuación, se introduce agua hasta cubrir las probetas por completo. Una vez realizado, se deja
de hacer el vacío y se restablece en el desecador la presión atmosférica. Las probetas permanecerán
durante 48 h en esas condiciones.
3) Una vez finalizado el proceso de saturación, se destapa el desecador y se procede a la pesada de las
probetas. Se realizan dos pesadas: primero se hará la pesada de la probeta sumergida en agua
totalmente, obteniendo el peso sumergido en la balanza; después se secará la probeta con un papel
desecante y se pesará en la balanza (no sumergida ya la probeta), obteniendo el peso saturado.
4) Después de obtener las pesadas, se procederá a secar las probetas en un horno a una T de 100 ºC y
durante 1 día. Pasado dicho tiempo, se extraen del horno y se procede a medir en la balanza el peso
seco de cada probeta.
60
5) En el momento en que se dispongan todos los datos referentes a todas las probetas se aplican las
siguientes ecuaciones para el cálculo de la porosidad y densidad (ver Ecuaciones 5-8):
𝑉𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎 (𝑐𝑚3) =𝐴𝑔𝑢𝑎𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎
𝜌=
𝑃𝑒𝑠𝑜𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜 − 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑠𝑢𝑚𝑒𝑟𝑔𝑖𝑑𝑜
𝜌 [𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 5]
𝑉𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠 (𝑐𝑚3) = 𝐴𝑔𝑢𝑎𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎
𝜌=
𝑃𝑒𝑠𝑜𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜 − 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑠𝑒𝑐𝑜
𝜌 [𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 6]
𝑃𝑜𝑟𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 (%) = 𝑉𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠
𝑉𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎· 100 =
𝑃𝑒𝑠𝑜𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜 − 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑠𝑒𝑐𝑜
𝑃𝑒𝑠𝑜𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜 − 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑠𝑢𝑚𝑒𝑟𝑔𝑖𝑑𝑜· 100 [𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 7]
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑔
𝑐𝑚3⁄ ) = 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑠𝑒𝑐𝑜
𝑉𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎=
𝑃𝑒𝑠𝑜𝑠𝑒𝑐𝑜
𝑃𝑒𝑠𝑜𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜 − 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑠𝑢𝑚𝑒𝑟𝑔𝑖𝑑𝑜 [𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 8]
3.4.2. Preparación de las probetas para los ensayos
Para someter las piedras objeto de estudio al ensayo de adherencia y de alteración acelerada será necesario la
preparación de las probetas. El proceso de preparación de muestras se puede resumir básicamente en pegar las
probetas en una placa del mismo tipo de piedra con los diferentes adhesivos, cuya eficiencia se quiere comprobar
y comparar.
Se van a preparar 6 placas de cada material, en cada una de las cuales tres probetas estarán adheridas con un
adhesivo diferente. Las placas se van a nombrar con las letras A, B, C, D, E y F; y las probetas se numerarán del
1 al 54.
En la Tabla 15 se muestra la localización de cada adhesivo en las placas:
Placas Epo-150 Epo-150 +
sílice
Epo-150 +
carbonato
Paraloid
B-72
Paraloid
B-72 + sílice Geopolímero
A 1, 2, 3 4, 5, 6 7, 8, 9 - - -
B 10, 11, 12 13, 14, 15 16, 17, 18 - - -
C 19, 20, 21 22, 23, 24 25, 26, 27 - - -
D - - - 28, 29, 30 31, 32, 33 34, 35, 36
E - - - 37, 38, 39 40, 41, 42 43, 44, 45
F - - - 46, 47, 48 49, 50, 51 52, 53, 54
Tabla 15. Distribución de los adhesivos en las placas.
Una vez conocida la distribución se va a proceder a explicar el proceso de preparación de cada tipo de adhesivo:
En primer lugar, se preparan las probetas con la resina epoxi “sola”, esto es, sin la presencia de ningún aditivo.
Para ello como su ficha técnica indica se debe mezclar con el endurecedor K-151 (100 g de resina y 25 g de
endurecedor, pesados en una balanza). Una vez realizada la mezcla, se procede a agitar; en este caso al no haber
aditivos la agitación no tendrá que realizarse con agitador, sino que podrá hacerse uso de una varilla. Cuando
esté bien mezclado, se procede a aplicarlo con una brocha a las probetas para adherirlas.
61
En segundo lugar, se van a preparar las probetas con los aditivos. Para ello se debe separar la mezcla restante
anterior (102,97 g) en dos partes iguales. A la primera fracción (52,74 g) se le añadirán 1,5% de sílice (0,7911
g) y a la segunda (50,23 g), 1,5 % de carbonato cálcico (0,75345 g). Las cantidades a añadir se pesarán en una
balanza de precisión debido al pequeño tamaño de las partículas. Una vez pesadas, se añadirán las partículas a
la mezcla “base” y con un agitador o una varilla se procede a mezclar hasta conseguir homogeneidad. Cuando
se consiga, se procede a aplicar la mezcla en las probetas.
Los resultados obtenidos una vez pegadas las probetas se muestran en las Figuras 50 a 52:
Figura 50. Placas A, B y C del Mármol de Macael.
Figura 51. Placas A, B y C del Ladrillo Común.
Figura 52. Placas A, B y C de la Piedra de Sierra Elvira.
Después de preparar las placas A, B y C con la resina epoxi, se van a preparar el resto de placas, usando ahora
el Polaroid B-72 y los geopolímeros.
En primer lugar, se va a usar el Polaroid B-72 “solo” (sin aditivar). Como se especifica en su ficha técnica, el
62
Poraloid requiere de un disolvente para llevar a cabo la mezcla; en este caso el disolvente será acetona. Se van a
preparar unos 200 mL de acetona, a los cuales se le añadirá un 40% de Paraloid (80 g) (en las características
técnicas del fabricante se especifica que se debe añadir un 10 % de Paraloid para su uso como consolidante, sin
embargo, con dichas proporciones la mezcla es demasiado líquida y no iba a adherir apenas, por lo que se
aumenta la concentración de Paraloid). Una vez realizada la mezcla, se procede a agitarla en un agitador
mecánico con aplicación de calor (es importante tener cuidado pues la acetona es muy volátil y se puede evaporar
con el calor aplicado, para ello se puede tapar el vaso de precipitado con un papel parafinado). Una vez
conseguida una mezcla homogénea se procede a la aplicación del adhesivo.
En segundo lugar, a lo que queda de mezcla (40 g) se le añade un 1,5% de nanopartículas de sílice (0,6 g aprox.),
las cuales se pesan en la balanza de precisión. Una vez mezcladas, se aplican a las probetas.
En tercer lugar, se prepararon los geopolímeros, uno para cada tipo de piedra:
1) Para la piedra de Sierra Elvira, se preparó una mezcla de NaOH 8M (401,401 g) y ceniza volante (790
g), de la cual se tomó la cantidad necesaria para pegar 9 probetas (ver Figura 53):
Figura 53. Geopolímero sobre la Piedra de Sierra Elvira.
2) Para el mármol de Macael, se preparó una mezcla de NaOH 8M (510,07 g) y caolín (830,7 g), de la
cual se volvió a tomar la cantidad necesaria para pegar 9 probetas (ver Figura 54):
Figura 54. Geopolímero sobre el Mármol de Macael.
3) Para el ladrillo, se preparó una mezcla de NaOH 8M (30 g), ladrillo molido fino (25 g) y ceniza
volante (25 g), de la cual se tomó la cantidad necesaria para pegar 9 probetas (ver Figura 55):
63
Figura 55. Geopolímero sobre el Ladrillo.
En todos los casos, la preparación del geopolímero se hizo del mismo modo:
a) Se pesan en una balanza los materiales sólidos necesarios.
b) Se le añade poco a poco NaOH y se empieza a mezclar.
c) Cuando se consiga una pasta homogénea de aspecto vítreo, se procede a aplicarlo a las probetas.
Un aspecto importante es que hay que aplicarlo con relativa rapidez para que no endurezca; en caso de que
pierda fluidez, se agita en el agitador para volver a recuperarla y poder pegar las probetas.
Los resultados obtenidos en las probetas se muestran en las Figuras 56 a 58:
Figura 56. Placas D, E y F del Mármol de Macael.
Figura 57. Placas E, F y G del Ladrillo Común.
64
Figura 58. Placas D, E y F de la Piedra de Sierra Elvira.
3.4.3. Ensayos de alteración acelerada
Las experiencias de alteración acelerada, basada en una acción violenta y concentrada en el tiempo de factores
de alteración, son pruebas de laboratorio útiles para evaluar la durabilidad del tratamiento aplicado a los distintos
materiales pétreos, así como la resistencia que presenta a los distintos agentes de alteración.
La base de los ensayos de alteración que se han realizado en el laboratorio y, en general de cualquiera ensayo de
alteración, consiste básicamente en intentar reproducir los fenómenos de alteración a los que pueden estar
sometidos los materiales a analizar.
Existe una gran diversidad de ensayos de alteración y/o envejecimiento (ver Apartado 2.1.2), pero en el caso del
proyecto, se han realizado 2 ensayos, los cuales se llevan a cabo durante 20 ciclos:
1. Ensayo de hielo/deshielo
El ensayo consiste en someter los materiales a las siguientes acciones en cada ciclo:
5 h en el congelador a T=-15ºC
18 h en el horno a T=50ºC
Las placas que se someten a este ensayo se muestran en la Tabla 16:
Placas Epo-150 Epo-150 +
sílice
Epo-150 +
carbonato
Paraloid B-
72
Paraloid B-
72 + sílice
Geopolímer
-o
C 19, 20, 21 22, 23, 24 25, 26, 27 - - -
F - - - 46, 47, 48 49, 50, 51 52, 53, 54
Tabla 16. Probetas sometidas al ensayo de hielo-deshielo.
2. Ensayo de choque térmico
Este ensayo de basa en que los materiales se vean sometidos a la siguiente secuencia de acciones en
cada ciclo:
5 h en el horno a T=100ºC
18 h a Temperatura ambiente
Las placas que serán se someten a este ensayo se muestran en la Tabla 17:
65
Placas Epo-150 Epo-150 +
sílice
Epo-150 +
carbonato
Paraloid B-
72
Paraloid B-
72 + sílice
Geopolímer
-o
B 10, 11, 12 13, 14, 15 16, 17, 18 - - -
E - - - 37, 38, 39 40, 41, 42 43, 44, 45
Tabla 17. Probetas sometidas al ensayo de choque térmico.
3.4.4. Ensayo de adherencia
Los ensayos de adherencia son los ensayos “clave” del proyecto pues su objetivo es permitir conocer cuál es el
adhesivo más óptimo para cada tipo de material pétreo y cada tipo de factor de alteración. Esto se consigue
midiendo la resistencia que presenta cada material pétreo a ser despegado de las placas a las que se encuentra
adherido.
Para realizar las medidas de la adherencia se utiliza un medidor de adherencia electrónico KN-10 Neurtek (ver
Figura 59), el cual cumple con las especificaciones técnicas que deben cumplir los equipos de tracción, indicadas
en la norma UNE-EN 1015-12. El equipo está formado por las siguientes partes:
Medidor de adherencia, con una escala de medida entre 5 y 1000 kgf
(0,05-10 KN).
Sufrideras de aluminio circulares de diámetro 50 mm y cuadradas de 45 mm de lado.
Base soporte con tres pies de altura regulable.
Rótula de tracción de longitud 75 mm.
Figura 59. Medidor de adherencia Neurtek.
Para realizar el ensayo hay que preparar las probetas pegando sobre cada una de ellas una sufridera (ver Figura
60) con un pegamento del tipo Araldite (ver Figura 61), que es una resina epoxi de alta viscosidad, constituido
por dos componentes (A y B): la resina epoxi y el endurecedor. Es importante que antes de pegar los discos, hay
que mezclar los componentes del Araldite en las mismas proporciones. Una vez pegadas se dejan reposar las
probetas durante 1 día y al día siguiente se realizan las medidas de adherencia.
66
Figura 60. Sufrideras adheridas a las probetas.
Figura 61. Pegamento Araldite.
Se van a realizar diversos ensayos de adherencia:
Adherencia sin envejecimiento (Adherencia 1): En las placas A y D, 28 días después de la aplicación
del tratamiento, sin someterlas a ensayos de alteración acelerada.
Adherencia tras envejecimiento (Adherencia 2): En el resto de placas sometidas a ensayos de choque
térmico (placas B y E) y hielo/deshielo (placas C y F).
El objetivo de realizar el ensayo antes y después del envejecimiento es, como se ha explicado anteriormente,
comparar la variación que experimenta la adherencia sometida a agentes de alteración y así definir la durabilidad
de cada tratamiento.
Otro aspecto importante es la recuperación de las sufrideras usadas pues no se pueden sacrificar ya que hay que
volver a usarlos para los ensayos. Para su recuperación y eliminación de los restos de pegamento que puedan
presentar, hay que calentarlos en una placa calefactora hasta conseguir eliminar todo el pegamento posible con
una espátula (ver Figura 62):
67
Figura 62. Placa calefactora para recuperar sufrideras.
68
4 RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1. Porosidad y densidad
El ensayo de porosidad se ha realizado, como ya se ha explicado en el Apartado 2.1.1., siguiendo el proceso de
saturación de agua al vacío. Se han medido las siguientes variables: peso sumergido, peso saturado y peso seco;
y con la aplicación de las Ecuaciones 7 y 8, se han obtenido los valores de densidad y porosidad de cada material
pétreo, los cuales se adjuntan en las Tablas 18, 19 y 20:
Ladrillo
Probeta P. Sum. (g) P.sat (g) P.seco (g) Porosidad (%) Densidad (g/ml)
1 185,99 327,11 272,25 38,875 1,929
2 102,09 198,88 162,74 37,339 1,681
3 108,61 207,04 173,20 34,380 1,760
4 108,70 207,57 173,38 34,580 1,754
5 139,20 236,56 189,52 48,316 1,947
Media 128,92 235,43 194,22 38,698 1,814
Tabla 18. Resultados del ensayo de porosidad y densidad para el ladrillo.
Sierra Elvira
Probeta P. Sum. (g) P.sat (g) P.seco (g) Porosidad (%) Densidad (g/ml)
1 66,66 105,10 104,80 0,780 2,726
2 62,32 98,37 98,12 0,693 2,722
3 61,42 96,82 96,55 0,763 2,727
4 63,46 100,12 99,80 0,873 2,722
5 65,33 103,07 102,81 0,689 2,724
Media 63,84 100,70 100,42 0,760 2,724
Tabla 19. Resultados del ensayo de porosidad y densidad para la piedra de Sierra Elvira.
69
Macael
Probeta P. Sum. (g) P.sat (g) P.seco (g) Porosidad (%) Densidad (g/ml)
1 53,80 82,66 82,41 0,866 2,856
2 62,35 95,97 95,71 0,773 2,847
3 56,29 86,53 85,99 1,786 2,844
4 57,29 88,14 87,61 1,718 2,840
Media 57,43 88,33 87,93 1,286 2,846
Tabla 20. Resultados del ensayo de porosidad y densidad para el mármol de Macael.
Comparando los resultados de porosidad obtenidos del ensayo con los que se pueden extraer de bibliografía se
observa una clara similitud, la cual queda reflejada en la siguiente tabla comparativa (ver Tabla 21):
Material pétreo Porosidad Experimental (%) Porosidad Bibliografía (%)
Ladrillo 38,698 36-45 [37]
Piedra de Sierra Elvira 0,760 <1% [38]
Mármol de Macael 1,286 1,5-2,5 [39]
Tabla 21. Comparativa entre porosidad experimental y real.
Otro aspecto a destacar, a pesar de su obviedad, es que conforme va aumentando la porosidad de la piedra, la
densidad disminuye. Se puede observar por ejemplo el caso del ladrillo, el cual presenta la mayor porosidad y
por consiguiente su densidad es la menor de los tres materiales analizados.
4.2. Adherencia
La adherencia es la propiedad que va a permitir seleccionar el tratamiento adhesivo más óptimo para los
materiales pétreos analizados. Se va a medir, como ya se ha visto en el estudio experimental, en las probetas sin
envejecimiento y en las probetas tras envejecimiento, es decir, tras los ensayos de alteración.
Una vez realizado el ensayo con el medidor de adherencia se obtienen valores de resistencia, kgf que hay que
aplicar para “arrancar” las probetas de la placa base, existiendo diversos casos que hay que considerar para poder
analizar en profundidad la veracidad de los resultados obtenidos. En el estudio realizado se han dado los
siguientes casos:
Caso 1.Se despega la piedra por completo de la placa base: el valor medido por el aparato corresponde
realmente a la resistencia de adhesión. Por tanto, para los cálculos se podrá usar el valor medido.
Caso 2. Se despega la piedra durante la manipulación de la misma para realizar el ensayo: a la hora de
colocar el medidor de adherencia para realizar el ensayo, la probeta se despega de la base sin realizar
ningún esfuerzo. En este caso se considera resistencia nula.
70
Caso 3. Se despega solo la sufridera y la piedra permanece adherida: cuando la fuerza de unión entre la
probeta y el tratamiento es mayor que la fuerza entre la probeta y el pegamento Araldite, al aplicar el
ensayo se despega únicamente la sufridera. Esto implica que la resistencia medida no es la real. El valor
real será mayor y, por tanto, para poder realizar los cálculos oportunos se van a corregir los valores
obtenidos incrementándolos en un 10%.
Caso 4. Se despega junto con la piedra parte de la placa base: en estos casos, la resistencia medida es la
resistencia a la tracción del material pétreo (fractura cohesiva), por lo que la resistencia real será mayor
a la obtenida como resultado. Para los cálculos se van a volver a corregir los valores obtenidos
incrementándolos en un 10 %.
Caso 5. Se despega la sufridera y parte de la piedra, quedando el resto adherida a la placa base: en este
caso se produce una rotura cohesiva de la piedra, y como no se ha despegado el adhesivo objeto de
estudio, la resistencia real del mismo será mayor que la medida. Para corregir los valores obtenidos de
resistencia, se va a seguir el mismo procedimiento que en los casos 3 y 4.
Un último caso que solo se podrá dar para las probetas sometidas al ensayo de alteración consiste en que la
piedra se despegue de la placa base en algún ciclo del ensayo. En este caso, al medir la adherencia 2, no se tendrá
en cuenta la probeta despegada durante la ejecución del ensayo y se especificará como EAA (Ensayo de
Alteración Acelerada) en las tablas de datos de adherencia.
Adicionalmente a la medida de la resistencia, también se va a determinar otro parámetro, denominado tensión y
cuya expresión es:
𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛 (𝑘𝑔𝑓
𝑐𝑚2) =
𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝑘𝑔𝑓)
Á𝑟𝑒𝑎 (𝑐𝑚2) [𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 9]
Donde:
Resistencia (kgf) es la medida dada por el medidor de adherencia al realizar el ensayo.
Área (cm2) es la superficie de cada probeta de material pétreo (ladrillo, Sierra Elvira y mármol), las
cuales se adjuntan en la Tabla 22:
Material pétreo Área (cm2)
Ladrillo 16,64
Piedra de Sierra Elvira 16,89
Mármol de Macael 16,89
Tabla 22. Superficie media de probetas de material pétreo analizado.
A continuación, se va a proceder a realizar un análisis exhaustivo de los resultados del ensayo para las dos
medidas de adherencia realizadas: Adherencia 1, inicial (antes de la alteración) y Adherencia 2, final (tras la
alteración). En ambos casos, se especificará adicionalmente al valor obtenido de forma experimental, el valor
de adherencia corregido (incremento del 10%) para aquellas probetas que lo requieran en función del tipo de
rotura que presenten.
71
4.2.1. Adherencia en probetas sin envejecimiento
Para las probetas no sometidas a ensayos de alteración acelerada se obtienen los siguientes resultados después
de realizar el ensayo para cada tipo de material pétreo:
4.2.1.1. Adherencia 1 para Ladrillo
Tratamiento
Probeta
Resistencia
(kgf)
Resistencia
corregida
(kgf)
Tensión
(kgf/cm2)
Observaciones
(¿Qué caso se da?)
Resina Epoxi
1 108 119 6,49 Caso 4
2 0 0 0 Caso 2
3 54 54 3,25 Caso 1
Valores medios 54 58 3,25
Resina Epoxi +
Sílice
4 80 88 4,81 Caso 4
5 66 66 3,97 Caso 3
6 247 271,70 14,84 Caso 4
Valores medios 131 142 7,87
Resina Epoxi +
Carbonato
7 124 136,40 7,45 Caso 4
8 90 99 5,41 Caso 4
9 0 0 0 Caso 2
Valores medios 71 78 4,29
Paraloid B-72
28 121 121 7,27 Caso 1
29 110 121 6,61 Caso 4
30 64 70 3,85 Caso 4
Valores medios 98 104 5,91
Paraloid B-72 +
Sílice
31 71 71 4,27 Caso 1
32 159 175 9,56 Caso 4
33 82 90 4,93 Caso 4
Valores medios 104 112 6,25
72
Geopolímero
34 0 0 0 Caso 2
35 0 0 1,08 Caso 2
36 18 18 1,08 Caso 1
Valores medios 6 6 0,36
Tabla 23. Resultados de adherencia 1 para ladrillo.
De la Tabla 23 hay que recalcar los valores medios de resistencia para cada tipo de tratamiento, pues son los que
mostrarán qué tratamiento ha sido más efectivo para cada material. Los resultados medios quedan reflejados en
la Figura 63:
Figura 63. Valores medios de Adherencia 1 para ladrillo.
Analizando la Tabla 23 y la Figura 63, se obtienen las siguientes conclusiones:
El principal dato que se puede extraer de los resultados obtenidos es cuál es el tratamiento que presenta
mejores propiedades de adherencia. Para el caso del ladrillo, se observa que es la Resina Epoxi+ Sílice
la que ofrece mayor resistencia (131 kgf), con una clara diferencia con respecto al resto de tratamientos.
También se puede apreciar que, al añadir aditivos a los tratamientos, se aumenta la resistencia, ya que
el fin de los aditivos no es otro que conseguir un incremento de la resistencia del adhesivo “base”.
Con respecto a los tratamientos “base”, esto es sin aditivos, se aprecia que el tratamiento con Paraloid
B-72 ofrece mayor fuerza que la Resina Epoxi.
El Geopolímero por su parte no es un buen adhesivo para el ladrillo ya que en la mayoría de las probetas
se dio el Caso 2, es decir, que se despegaron sin necesidad de usar el aparato.
Como nota hay que recalcar que los valores medios de la Figura 63 no serían los reales, pues no en todas
las probetas se consiguió despegar la sufridera con la placa (caso 1), por tanto y como ya se ha explicado, el
valor real en el resto de casos sería mayor. Tomando un incremento del 10% con respecto al medido se
obtienen los resultados medios siguientes (ver Figura 64):
54
131
71
98104
6
0
20
40
60
80
100
120
140
Res
iste
nci
a (k
gf)
Adherencia 1
Resina Epoxi
Resina Epoxi+Sílice
Resina Epoxi+Carbonato
Paraloid B-72
Paraloid B-72+Sílice
Geopolímero
73
Figura 64. Valores medios de Adherencia 1 corregida para ladrillo.
Como se puede observar en la Figura 64, aun considerando unos valores más próximos a los reales, el tratamiento
adhesivo: Resina Epoxi+Sílice sigue presentando unas mejores propiedades adhesivas (142 kgf).
4.2.1.2. Adherencia 1 para Piedra de Sierra Elvira
Tratamiento
Probeta
Resistencia
(kgf)
Resistencia
corregida
(kgf)
Tensión
(kgf/cm2)
Observaciones
(¿Qué caso se da?)
Resina Epoxi
1 209 230 12,37 Caso 3
2 553 608 32,74 Caso 3
3 435 479 25,75 Caso 3
Valores medios 399 439 23,62
Resina Epoxi +
Sílice
4 297 297 17,58 Caso 1
5 666 733 39,43 Caso 3
6 450 495 26,64 Caso 3
Valores medios 471 508 27,89
58
142
78
104112
6
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Res
iste
nci
a (k
gf)
Adherencia 1 corregida
Resina Epoxi
Resina Epoxi+Sílice
Resina Epoxi+Carbonato
Paraloid B-72
Paraloid B-72+Sílice
Geopolímero
74
Resina Epoxi +
Carbonato
7 692 761 40,97 Caso 4
8 733 806 43,40 Caso 4
9 609 670 36,06 Caso 4
Valores medios 678 746 40,14
Paraloid B-72
28 321 321 19,01 Caso 1
29 735 809 43,52 Caso 3
30 106 106 6,28 Caso 1
Valores medios 387,33 412 22,93
Paraloid B-72 +
Sílice
31 465 465 27,53 Caso 1
32 518 518 30,67 Caso 1
33 217 217 12,85 Caso 1
Valores medios 400 400 23,68
Geopolímero
34 230 230 13,61 Caso 1
35 208 208 12,31 Caso 1
36 153 153 9,06 Caso 1
Valores medios 197 197 11,66
Tabla 24. Resultados de adherencia 1 para piedra de Sierra Elvira.
De la Tabla 24 hay que recalcar los valores medios de resistencia para cada tipo de tratamiento, pues son los que
mostrarán qué tratamiento ha sido más efectivo para cada material. Los resultados medios quedan reflejados en
la Figura 65:
75
Figura 65. Valores medios de Adherencia 1 para piedra de Sierra Elvira.
Analizando los datos de la Tabla 24 y la Figura 65, se extraen las siguientes conclusiones:
El principal dato que se puede extraer de los resultados obtenidos es cuál es el tratamiento que presenta
mejores propiedades de adherencia. Para el caso de la piedra de Sierra Elvira, se observa que es la
Resina Epoxi+ Carbonato la que ofrece mayor resistencia (678 kgf), con una clara diferencia con
respecto al resto de tratamientos.
Se vuelve a dar el caso de que los aditivos, al igual que en el ladrillo, incrementa la resistencia de
adhesión de los tratamientos.
Con respecto al tratamiento “base” (sin aditivo), se puede ver que la Resina Epoxi ofrece msayor
resistencia que el Paraloid B-72.
El peor tratamiento para este tipo de piedra vuelve a ser el Geopolímero, aunque presenta en este caso
mejores propiedades que las que presentaba para el ladrillo.
Al igual que en el caso del ladrillo, los valores medios de la Figura 65 no serían los reales. Tomando un
incremento del 10% con respecto al medido se obtienen los resultados medios siguientes (ver Figura 66):
399
471
678
387 400
197
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Res
iste
nci
a (k
gf)
Adherencia 1
Resina Epoxi
Resina Epoxi+Sílice
Resina Epoxi+Carbonato
Paraloid B-72
Paraloid B-72+Sílice
Geopolímero
76
Figura 66. Valores medios de Adherencia 1 corregida para piedra de Sierra Elvira.
Como se puede observar en la Figura 66, aun considerando unos valores más próximos a los reales, el tratamiento
adhesivo: Resina Epoxi+Carbonato sigue presentando unas mejores propiedades adhesivas (746 kgf).
4.2.1.3. Adherencia 1 para Mármol de Macael
Tratamiento
Probeta
Resistencia
(kgf)
Resistencia
corregida
(kgf)
Tensión
(kgf/cm2)
Observaciones
(¿Qué caso se da?)
Resina Epoxi
1 283 311 16,76 Caso 3
2 220 242 13,03 Caso 3
3 265 292 15,69 Caso 3
Valores medios 256 282 15,16
Resina Epoxi +
Sílice
4 216 238 12,79 Caso 3
5 527 580 31,20 Caso 3
6 492 541 29,13 Caso 3
Valores medios 412 453 24,37
439
508
746
412 400
197
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Res
iste
nci
a (k
gf)
Adherencia 1 corregida
Resina Epoxi
Resina Epoxi+Sílice
Resina Epoxi+Carbonato
Paraloid B-72
Paraloid B-72+Sílice
Geopolímero
77
Resina Epoxi +
Carbonato
7 590 649 34,93 Caso 4
8 691 760 40,91 Caso 3
9 638 702 37,77 Caso 4
Valores medios 640 704 37,87
Paraloid B-72
28 268 268 15,87 Caso 1
29 335 335 19,83 Caso 1
30 82 82 4,85 Caso 1
Valores medios 228 228 13,52
Paraloid B-72 +
Sílice
31 258 258 15,28 Caso 1
32 300 300 17,76 Caso 1
33 313 313 18,53 Caso 1
Valores medios 290 290 17,19
Geopolímero
34 32 32 1,89 Caso 1
35 10 10 0,59 Caso 1
36 0 0 0 Caso 2
Valores medios 14 14 0,83
Tabla 25. Resultados de adherencia 1 para mármol de Macael.
De la Tabla 25 hay que recalcar los valores medios de resistencia para cada tipo de tratamiento, pues son los que
mostrarán qué tratamiento ha sido más efectivo para cada material. Los resultados medios quedan reflejados en
la Figura 67:
78
Figura 67. Valores medios de Adherencia 1 para mármol de Macael.
Analizando los datos de la Tabla 25 y la Figura 67, se extraen las siguientes conclusiones:
El principal dato que se puede extraer de los resultados obtenidos es cuál es el tratamiento que presenta
mejores propiedades de adherencia. Para el caso del mármol de Macael, se observa que es la Resina
Epoxi+ Carbonato la que ofrece mayor resistencia (640 kgf), con una clara diferencia con respecto al
resto de tratamientos.
Se cumple de nuevo, al igual que el resto de materiales pétreos, que los aditivos incrementan la
resistencia de adhesión.
En este caso la Resina Epoxi como tratamiento “base”, sin aditivos, presenta mejores propiedades de
adherencia que el Paraloid B-72.
El Geopolímero vuelve a ser el tratamiento que ofrece las peores propiedades adhesivas.
Al igual que en el resto de materiales, los valores medios de la Figura 67 no serían los reales, sino que el real
sería mayor. Tomando un incremento del 10% con respecto al medido se obtienen los resultados medios
siguientes (ver Figura 68):
256
412
640
228
290
14
0
100
200
300
400
500
600
700
Res
iste
nci
a (k
gf)
Adherencia 1
Resina Epoxi
Resina Epoxi+Sílice
Resina Epoxi+Carbonato
Paraloid B-72
Paraloid B-72+Sílice
Geopolímero
79
Figura 68. Valores medios de Adherencia 1 corregida para mármol de Macael.
Como se puede observar en la Figura 68, aun considerando unos valores más próximos a los reales, el tratamiento
adhesivo: Resina Epoxi+Carbonato sigue presentando unas mejores propiedades adhesivas (704 kgf).
4.2.2. Adherencia en probetas tras envejecimiento
Antes de analizar los resultados del ensayo de adherencia tras el envejecimiento de las probetas, conviene
mostrar una evolución fotográfica de las mismas a lo largo de los 20 ciclos en los que se ha llevado el ensayo
de alteración acelerada, así como una tabla donde se reflejen las incidencias ocurridas durante el ensayo (ver
Tabla 26).
Se han tomado fotografías de las probetas en 6 momentos temporales distintos: a los 2, 6, 12,15 y 20 días
(ver Ilustraciones 69-88):
Ensayo de hielo-deshielo
Placa C
Figura 69. Probetas placas C en el 2º día del ensayo de envejecimiento.
282
453
704
228
290
14
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Res
iste
nci
a (k
gf)
Adherencia 1 corregida
Resina Epoxi
Resina Epoxi+Sílice
Resina Epoxi+Carbonato
Paraloid B-72
Paraloid B-72+Sílice
Geopolímero
80
Figura 70. Probetas placas C en el 6º día del ensayo de envejecimiento.
Figura 71. Probetas placas C en el 12º día del ensayo de envejecimiento.
Figura 72. Probetas placas C en el 15º día del ensayo de envejecimiento.
,
Figura 73. Probetas placas C en el 20º día del ensayo de envejecimiento.
81
Placa F
Figura 74. Probetas placas F en el 2º día del ensayo de envejecimiento.
Figura 75. Probetas placas F en el 6º día del ensayo de envejecimiento.
Figura 76. Probetas placas F en el 12º día del ensayo de envejecimiento.
Figura 77. Probetas placas F en el 15º día del ensayo de envejecimiento.
82
Figura 78. Probetas placas F en el 20º día del ensayo de envejecimiento.
Ensayo de choque térmico
Placa B
Figura 79. Probetas placas B en el 2º día del ensayo de envejecimiento.
Figura 80. Probetas placas B en el 6º día del ensayo de envejecimiento.
Figura 81. Probetas placas B en el 12º día del ensayo de envejecimiento.
83
Figura 82. Probetas placas B en el 15º día del ensayo de envejecimiento.
Figura 83. Probetas placas B en el 20º día del ensayo de envejecimiento.
Placa E
Figura 84. Probetas placas E en el 2º día del ensayo de envejecimiento.
84
Figura 85. Probetas placas E en el 6º día del ensayo de envejecimiento.
.
Figura 86. Probetas placas E en el 12º día del ensayo de envejecimiento.
Figura 87. Probetas placas E en el 15º día del ensayo de envejecimiento.
Figura 88. Probetas placas E en el 20º día del ensayo de envejecimiento.
Como se puede observar en la evolución fotográfica, a lo largo del ensayo algunas probetas se despegaron de la
placa “base”. En la Tabla 26 se reflejan tanto las probetas que se despegaron como el momento de ocurrencia
de la incidencia.
85
Material Pétreo Placa Probeta Tratamiento Tipo de ensayo Día del ensayo
Ladrillo C 20 Resina Epoxi Hielo-deshielo 6
Ladrillo C 19 Resina Epoxi Hielo-deshielo 6
Mármol F 52 Geopolímero Hielo-deshielo 7
Mármol F 53 Geopolímero Hielo-deshielo 11
Mármol F 54 Geopolímero Hielo-deshielo 11
Ladrillo B 12 Resina Epoxi Choque
térmico
13
Mármol E 45 Geopolímero Choque
térmico
16
Mármol E 44 Geopolímero Choque
térmico
17
Mármol E 43 Geopolímero Choque
térmico
20
Ladrillo E 43 Geopolímero Choque
térmico
20
Tabla 26. Incidencias durante el ensayo de envejecimiento.
4.2.2.1. Adherencia 2 para Ladrillo
A) Ensayo de Choque térmico
Tratamiento
Probeta
Resistencia
(kgf)
Resistencia
corregida
(kgf)
Tensión
(kgf/cm2)
Observaciones
(¿Qué caso se da?)
Resina Epoxi
10 57 63 3,43 Caso 4
11 0 0 0 Caso 1
12 - - - EAA
Valores medios 29 31 1,71
86
Resina Epoxi +
Sílice
13 97 107 5,83 Caso 4
14 155 171 9,31 Caso 4
15 184 202 11,06 Caso 4
Valores medios 145 160 8,73
Resina Epoxi +
Carbonato
16 127 140 7,63 Caso 4
17 0 0 0 Caso 1
18 67 67 4,03 Caso 1
Valores medios 65 69 3,89
Paraloid B-72
37 124 136 7,45 Caso 1
38 168 185 10,10 Caso 3
39 79 87 4,75 Caso 1
Valores medios 124 136 7,43
Paraloid B-72 +
Sílice
40 104 114 6,25 Caso 1
41 106 117 6,37 Caso 1
42 127 140 7,63 Caso 1
Valores medios 112 124 6,75
Geopolímero
43 - - - EAA
44 0 0 0 Caso 1
45 0 0 0 Caso 1
Valores medios 0 0 0
Tabla 27. Resultados de adherencia 2 para ladrillo tras ensayo de choque térmico.
De la Tabla 27 hay que recalcar los valores medios de resistencia para cada tipo de tratamiento, pues son los que
mostrarán qué tratamiento ha sido más efectivo para cada material. Los resultados medios quedan reflejados en
la Figura 89:
87
Figura 89. Valores medios de Adherencia 2 para ladrillo tras ensayo de choque térmico.
De la Tabla 27 y de la Figura 89 se extraen las siguientes conclusiones:
El Geopolímero como adhesivo presenta las peores propiedades de adherencia (0 kgf de resistencia).
Tras el ensayo de envejecimiento el mejor tratamiento para el ladrillo continúa siendo la Resina Epoxi
+ Sílice (145 kgf). Este tratamiento era el que se definió como más óptimo cuando se hizo el análisis de
la Adherencia 1 (ver Figura 63).
Sin la presencia de aditivos, es decir, solo con la aplicación del adhesivo “base”, el que presenta
propiedades más eficientes como adhesivo es el Paraloid B-72.
El Paraloid B-72 ha experimentado un incremento de la resistencia con respecto a la de las probetas no
sometidas a ensayo.
Por otro lado, las resinas, exceptuando la Resina con sílice, han experimentado un decremento en la
resistencia. De hecho, como se puede observar, la Resina Epoxi sin aditivo es el segundo peor adhesivo.
Los valores medios de la Figura 89 no serían los reales. Tomando un incremento del 10% con respecto al medido
se obtienen los resultados medios siguientes (ver Figura 90):
28,5
145
65
124
112
00
20
40
60
80
100
120
140
160
Res
iste
nci
a (k
gf)
Adherencia 2
Resina Epoxi
Resina Epoxi+Sílice
Resina Epoxi+Carbonato
Paraloid B-72
Paraloid B-72+Sílice
Geopolímero
88
Figura 90. Valores medios corregidos de Adherencia 2 para ladrillo tras ensayo de choque térmico.
Como se puede observar en la Figura 90, la Resina Epoxi + Sílice continúa siendo el adhesivo que ofrece más
resistencia en el caso del ladrillo.
B) Ensayo de hielo-deshielo
Tratamiento
Probeta
Resistencia
(kgf)
Resistencia
corregida
(kgf)
Tensión
(kgf/cm2)
Observaciones
(¿Qué caso se da?)
Resina Epoxi
19 - - - EAA
20 - - - EAA
21 96 106 5,77 Caso 4
Valores medios 96 106 5,77
Resina Epoxi +
Sílice
22 237 261 14,24 Caso 4
23 21 23 1,26 Caso 5
24 130 143 7,81 Caso 4
Valores medios 129 142 7,77
25 155 171 9,31 Caso 4
31
160
69
136
124
00
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Res
iste
nci
a (k
gf)
Adherencia 2 corregida
Resina Epoxi
Resina Epoxi+Sílice
Resina Epoxi+Carbonato
Paraloid B-72
Paraloid B-72+Sílice
Geopolímero
89
Resina Epoxi +
Carbonato
26 99 109 5,95 Caso 4
27 52 57 3,13 Caso 4
Valores medios 102 112 7,33
Paraloid B-72
46 52 57 8,71 Caso 5
47 122 134 24,42 Caso 5
48 145 160 1,14 Caso 5
Valores medios 106 117 6,39
Paraloid B-72 +
Sílice
49 19 21 1,14 Caso 5
50 46 51 2,76 Caso 4
51 69 76 4,15 Caso 3
Valores medios 45 49 2,68
Geopolímero
52 10 11 0,60 EAA
53 21 23 1,26 EAA
54 18 20 1,08 EAA
Valores medios 16 18 0,98
Tabla 28. Resultados de adherencia 2 para ladrillo tras ensayo de hielo-deshielo.
De la Tabla 28 hay que recalcar los valores medios de resistencia para cada tipo de tratamiento, pues son los que
mostrarán qué tratamiento ha sido más efectivo para cada material. Los resultados medios quedan reflejados en
la Figura 91:
90
Figura 91. Valores medios de Adherencia 2 para ladrillo tras ensayo de hielo-deshielo.
De la Tabla 28 y de la Figura 91 se extraen las siguientes conclusiones:
El Geopolímero es el que presenta peores propiedades como adhesivo (16 kgf), aunque tras el ensayo
de hielo-deshielo se ha visto incrementada su resistencia con respecto a la que tenía sin alteración (6
kgf) y tras el ensayo de choque térmico (0 kgf).
Tras el ensayo de envejecimiento de hielo-deshielo, el mejor tratamiento para el ladrillo continúa
siendo la Resina Epoxi + Sílice (129 kgf). Este tratamiento era el que se definió como más óptimo
cuando se hizo el análisis de la Adherencia 1 (ver Figura 63) y de Adherencia 2 tras choque térmico
(ver Figura 89).
Sin aditivos, el Paraloid presenta mejores características como adhesivo que la Resina.
Las Resinas, exceptuando la aditivada con sílice, experimentan un aumento de su resistencia con
respecto a la Adherencia 1. Por su parte, el Paraloid aditivado con sílice experimenta un descenso de
la resistencia y el adhesivo sin aditivo un aumento.
Los valores medios de la Figura 91 no serían los reales. Tomando un incremento del 10% con respecto al medido
se obtienen los resultados medios siguientes (ver Figura 92):
96
129
102106
45
16
0
20
40
60
80
100
120
140
Res
iste
nci
a (k
gf)
Adherencia 2
Resina Epoxi
Resina Epoxi+Sílice
Resina Epoxi+Carbonato
Paraloid B-72
Paraloid B-72+Sílice
Geopolímero
91
Figura 92. Valores medios de la Adherencia 2 corregida para ladrillo tras ensayo de hielo-deshielo.
Como se puede observar en la Figura 92, la Resina Epoxi + Sílice continúa siendo el adhesivo que ofrece más
resistencia en el caso del ladrillo.
4.2.2.2. Adherencia 2 para Piedra de Sierra Elvira
A) Ensayo de choque térmico
Tratamiento
Probeta
Resistencia
(kgf)
Resistencia
corregida
(kgf)
Tensión
(kgf/cm2)
Observaciones
(¿Qué caso se da?)
Resina Epoxi
10 254 279 15,04 Caso 4
11 68 68 4,03 Caso 1
12 474 521 28,06 Caso 4
Valores medios 265 290 15,71
Resina Epoxi +
Sílice
13 284 312 16,81 Caso 4
14 50 50 2,96 Caso 1
15 423 465 25,04 Caso 4
Valores medios 252 276 14,94
106
142
112117
49
18
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Res
iste
nci
a (k
gf)
Adherencia 2 corregida
Resina Epoxi
Resina Epoxi+Sílice
Resina Epoxi+Carbonato
Paraloid B-72
Paraloid B-72+Sílice
Geopolímero
92
Resina Epoxi +
Carbonato
16 194 213 11,49 Caso 4
17 95 95 5,62 Caso 1
18 381 381 22,56 Caso 1
Valores medios 223 230 13,22
Paraloid B-72
37 460 506 27,24 Caso 4
38 521 573 30,85 Caso 4
39 473 520 28,00 Caso 4
Valores medios 485 533 28,70
Paraloid B-72 +
Sílice
40 390 429 23,09 Caso 4
41 504 554 29,84 Caso 4
42 342 376 20,25 Caso 4
Valores medios 412 453 24,29
Geopolímero
43 7 7 0,414 Caso 1
44 73 73 4,32 Caso 1
45 49 49 2,90 Caso 1
Valores medios 43 43 2,55
Tabla 29. Resultados de adherencia 2 para piedra de Sierra Elvira tras ensayo de choque térmico.
De la Tabla 29 hay que recalcar los valores medios de resistencia para cada tipo de tratamiento, pues son los que
mostrarán qué tratamiento ha sido más efectivo para cada material. Los resultados medios quedan reflejados en
la Figura 93:
93
Figura 93. Valores medios de Adherencia 2 para piedra de Sierra Elvira tras ensayo de choque térmico.
De la Tabla 29 y de la Figura 93 se extraen las siguientes conclusiones:
El Geopolímero como adhesivo presenta las peores propiedades de adherencia (43 kgf de resistencia).
Para la piedra de Sierra Elvira a largo plazo, el Paraloid presenta mejores propiedades que la Resina
tanto con o sin aditivos.
Tras el ensayo de envejecimiento el mejor tratamiento para la piedra de Sierra Elvira es el Paraloid B-
72 (485 kgf). El mejor tratamiento sin el ensayo de alteración era la Resina Epoxi + Carbonato, por lo
que se puede deducir que a largo plazo la resina con carbonato no es una buena opción.
La resistencia de las Resinas Epoxi tras este ensayo, para este tipo de material pétreo, experimenta un
acusado descenso, por lo que puede extraerse de conclusión que dejarán de ser una opción óptima (a
pesar de que muestran unos valores de Adherencia 1 muy elevados).
Los valores medios de la Figura 93 no serían los reales. Tomando un incremento del 10% con respecto al medido
se obtienen los resultados medios siguientes (ver Figura 94):
265 252223
485
412
43
0
100
200
300
400
500
600
Res
iste
nci
a (k
gf)
Adherencia 2
Resina Epoxi
Resina Epoxi+Sílice
Resina Epoxi+Carbonato
Paraloid B-72
Paraloid B-72+Sílice
Geopolímero
94
Figura 94. Valores medios corregidos de Adherencia 2 para piedra de Sierra Elvira tras ensayo de choque térmico.
Como se puede observar en la Figura 94, el Paraloid B-72 continúa siendo el adhesivo que ofrece más resistencia
en el caso de la piedra de Sierra Elvira.
B) Ensayo de hielo-deshielo
Tratamiento
Probeta
Resistencia
(kgf)
Resistencia
corregida
(kgf)
Tensión
(kgf/cm2)
Observaciones
(¿Qué caso se da?)
Resina Epoxi
19 525 578 31,08 Caso 5
20 374 411 22,14 Caso 3
21 316 348 18,71 Caso 4
Valores medios 405 446 23,98
Resina Epoxi +
Sílice
22 292 321 17,29 Caso 3
23 283 283 16,76 Caso 1
24 201 221 11,91 Caso 4
Valores medios 259 275 15,32
290276
230
533
453
43
0
100
200
300
400
500
600
Res
iste
nci
a (k
gf)
Adherencia 2 corregida
Resina Epoxi
Resina Epoxi+Sílice
Resina Epoxi+Carbonato
Paraloid B-72
Paraloid B-72+Sílice
Geopolímero
95
Resina Epoxi +
Carbonato
25 532 585 31,50 Caso 4
26 464 510 27,47 Caso 4
27 532 585 31,50 Caso 3
Valores medios 509 560 30,16
Paraloid B-72
46 398 438 23,56 Caso 4
47 385 424 22,79 Caso 4
48 239 263 14,15 Caso 5
Valores medios 341 275 20,17
Paraloid B-72 +
Sílice
49 468 468 27,71 Caso 1
50 378 416 22,38 Caso 3
51 604 604 35,76 Caso 1
Valores medios 483 496 28,62
Geopolímero
52 147 147 8,70 Caso 1
53 139 139 8,23 Caso 1
54 192 192 11,37 Caso 1
Valores medios 159 159 9,43
Tabla 30. Resultados de adherencia 2 para piedra de Sierra Elvira tras ensayo de hielo-deshielo.
De la Tabla 30 hay que recalcar los valores medios de resistencia para cada tipo de tratamiento, pues son los que
mostrarán qué tratamiento ha sido más efectivo para cada material. Los resultados medios quedan reflejados en
la Figura 95:
96
Figura 95. Valores medios de Adherencia 2 para piedra de Sierra Elvira tras ensayo de hielo-deshielo.
De la Tabla 30 y de la Figura 95 se extraen las siguientes conclusiones:
El Geopolímero vuelve a ser el peor adhesivo para este tipo de material pétreo (159 kgf).
Exceptuando la Resina Epoxi sin aditivos y el Paraloid con sílice, el resto de tratamientos experimentan
una reducción de la resistencia que pueden soportar.
Tras el ensayo de envejecimiento el mejor tratamiento para la piedra de Sierra Elvira es la Resina Epoxi
+ Carbonato (509 kgf). Este tratamiento coincide con el más óptimo para las probetas sin ensayo de
alteración, pero no con el que se seleccionó para las probetas tras el ensayo de choque térmico.
Comparando la Resina Epoxi y el Paraloid sin aditivos, se aprecia que la resina es mejor tratamiento
adhesivo.
Los valores medios de la Figura 95 no serían los reales. Tomando un incremento del 10% con respecto al medido
se obtienen los resultados medios siguientes (ver Figura 96):
405
259
509
341
483
159
0
100
200
300
400
500
600
Res
iste
nci
a (k
gf)
Adherencia 2
Resina Epoxi
Resina Epoxi+Sílice
Resina Epoxi+Carbonato
Paraloid B-72
Paraloid B-72+Sílice
Geopolímero
97
Figura 96. Valores medios corregidos de Adherencia 2 para piedra de Sierra Elvira tras ensayo de hielo-deshielo.
Como se puede observar en la Figura 96, la Resina Epoxi + Carbonato continúa siendo el adhesivo que ofrece
más resistencia en el caso de la piedra de Sierra Elvira.
4.2.2.3. Adherencia 2 para Mármol de Macael
A) Ensayo de choque térmico
Tratamiento
Probeta
Resistencia
(kgf)
Resistencia
corregida
(kgf)
Tensión
(kgf/cm2)
Observaciones
(¿Qué caso se da?)
Resina Epoxi
10 321 353 19,01 Caso 5
11 481 529 28,48 Caso 4
12 405 446 23,98 Caso 4
Valores medios 402 443 23,82
Resina Epoxi +
Sílice
13 411 452 24,33 Caso 4
14 318 350 18,83 Caso 5
15 330 363 19,54 Caso 5
446
275
560
275
496
159
0
100
200
300
400
500
600
Res
iste
nci
a (k
gf)
Adherencia 2 corregida
Resina Epoxi
Resina Epoxi+Sílice
Resina Epoxi+Carbonato
Paraloid B-72
Paraloid B-72+Sílice
Geopolímero
98
Valores medios 353 388 20,90
Resina Epoxi +
Carbonato
16 254 279 15,04 Caso 4
17 362 398 21,43 Caso 5
18 350 385 20,72 Caso 4
Valores medios 322 354 19,06
Paraloid B-72
37 237 261 14,03 Caso 4
38 284 312 16,81 Caso 4
39 248 273 14,68 Caso 4
Valores medios 256 282 15,18
Paraloid B-72 +
Sílice
40 232 255 13,74 Caso 4
41 248 273 14,68 Caso 4
42 109 120 6,45 Caso 5
Valores medios 196 216 11,62
Geopolímero
43 - - - EAA
44 - - - EAA
45 - - - EAA
Valores medios - - -
Tabla 31. Resultados de adherencia 2 para mármol de Macael tras ensayo de choque térmico.
De la Tabla 31 hay que recalcar los valores medios de resistencia para cada tipo de tratamiento, pues son los que
mostrarán qué tratamiento ha sido más efectivo para cada material. Los resultados medios quedan reflejados en
la Figura 97:
99
Figura 97.Valores medios de Adherencia 2 para el mármol de Macael tras ensayo de choque térmico.
De la Tabla 34 y de la Figura 97 se extraen las siguientes conclusiones:
El Geopolímero como adhesivo presenta las peores propiedades de adherencia pues en este caso, todas
las probetas pegadas con este tipo de adhesivo, se despegaron durante determinados ciclos del ensayo
de envejecimiento.
Para el mármol de Macael, a largo plazo, la Resina presenta mejores propiedades adhesivas que el
Paraloid (con y sin aditivos).
Tras el ensayo de envejecimiento el mejor tratamiento para el mármol de Macael es la Resina Epoxi sin
aditivo (402 kgf).
El mejor tratamiento sin el ensayo de alteración era la Resina Epoxi + Carbonato. Tras el ensayo de
envejecimiento, este tratamiento presenta una alta resistencia comparada con el resto, sin llegar a ser la
mejor. Por tanto, este tratamiento también se puede considerar una opción aceptable.
Los valores medios de la Figura 97 no serían los reales. Tomando un incremento del 10% con respecto al
medido se obtienen los resultados medios siguientes (ver Figura 98):
402
353
322
256
196
00
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Res
iste
nci
a (k
gf)
Adherencia 2
Resina Epoxi
Resina Epoxi+Sílice
Resina Epoxi+Carbonato
Paraloid B-72
Paraloid B-72+Sílice
Geopolímero
100
Figura 98. Valores medios corregidos de Adherencia 2 para mármol de Macael tras ensayo de choque térmico.
Como se puede observar en la Figura 98, la Resina Epoxi continúa siendo el adhesivo que ofrece más resistencia
en el caso del mármol de Macael.
B) Ensayo de hielo-deshielo
Tratamiento
Probeta
Resistencia
(kgf)
Resistencia
corregida
(kgf)
Tensión
(kgf/cm2)
Observaciones
(¿Qué caso se da?)
Resina Epoxi
19 285 314 16,87 Caso 5
20 183 201 10,83 Caso 3
21 292 321 17,29 Caso 4
Valores medios 253 279 15,00
Resina Epoxi +
Sílice
22 175 193 10,36 Caso 3
23 331 331 19,60 Caso 1
24 330 363 19,54 Caso 4
Valores medios 279 296 16,50
443
388
354
282
216
00
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Res
iste
nci
a (k
gf)
Adherencia 2 corregida
Resina Epoxi
Resina Epoxi+Sílice
Resina Epoxi+Carbonato
Paraloid B-72
Paraloid B-72+Sílice
Geopolímero
101
Resina Epoxi +
Carbonato
25 324 356 19,18 Caso 4
26 358 394 21,20 Caso 4
27 53 58 3,14 Caso 3
Valores medios 245 270 14,51
Paraloid B-72
46 229 252 13,56 Caso 5
47 106 117 6,28 Caso 5
48 315 347 18,65 Caso 5
Valores medios 217 238 12,83
Paraloid B-72 +
Sílice
49 201 221 11,90 Caso 5
50 238 262 14,09 Caso 4
51 126 139 7,46 Caso 3
Valores medios 188 207 11,15
Geopolímero
52 - - - EAA
53 - - - EAA
54 - - - EAA
Valores medios - - -
Tabla 32. Resultados del ensayo de adherencia 2 para mármol de Macael tras ensayo de hielo-deshielo.
De la Tabla 32 hay que recalcar los valores medios de resistencia para cada tipo de tratamiento, pues son los que
mostrarán qué tratamiento ha sido más efectivo para cada material. Los resultados medios quedan reflejados en
la Figura 99:
102
Figura 99. Valores medios de Adherencia 2 para el mármol de Macael tras ensayo de hielo-deshielo.
De la Tabla 32 y de la Figura 99 se extraen las siguientes conclusiones:
El Geopolímero como adhesivo presenta las peores propiedades de adherencia pues en este caso,
todas las probetas pegadas con este tipo de adhesivo, se despegaron durante determinados ciclos del
ensayo de envejecimiento.
Para el mármol de Macael, a largo plazo, la Resina presenta mejores propiedades adhesivas que el
Paraloid (con y sin aditivos).
Tras el ensayo de envejecimiento el mejor tratamiento para el mármol de Macael es la Resina Epoxi +
Sílice (279 kgf). Este tratamiento no coincide con el óptimo obtenido para las probetas no sometidas a
ensayo de alteración (Resina Epoxi + Carbonato), ni para las que se sometieron al ensayo de choque
térmico (Resina Epoxi sin aditivos).
En general, la resistencia que presentan todos los aditivos vio experimentado un descenso con
respecto a la Adherencia 1 obtenida para el mármol.
Los valores medios de la Figura 99 no serían los reales. Tomando un incremento del 10% con respecto al
medido se obtienen los resultados medios siguientes (ver Figura 100):
253
279
245
217
188
00
50
100
150
200
250
300
Res
iste
nci
a (k
gf)
Adherencia 2
Resina Epoxi
Resina Epoxi+Sílice
Resina Epoxi+Carbonato
Paraloid B-72
Paraloid B-72+Sílice
Geopolímero
103
Figura 100. Valores medios corregidos de Adherencia 2 para mármol de Macael tras ensayo de hielo-deshielo.
Como se puede observar en la Figura 100, la Resina Epoxi + Sílice continúa siendo el adhesivo que ofrece más
resistencia en el caso del mármol de Macael.
279296
270
238
207
00
50
100
150
200
250
300
350
Res
iste
nci
a (k
gf)
Adherencia 2 corregida
Resina Epoxi
Resina Epoxi+Sílice
Resina Epoxi+Carbonato
Paraloid B-72
Paraloid B-72+Sílice
Geopolímero
104
5 CONCLUSIONES
- En primer lugar, se muestra una evolución de los resultados de adherencia para cada adhesivo en cada
material pétreo, con el objeto de tener una imagen más visual. Se van a refelejar tanto los resultados de
adherencia inicial como los de adherencia final (tras el ensayo de choque térmico y de hielo-deshielo):
LADRILLO
Figura 101. Evolución de Adherencia en Ladrillo para placas A, B y C.
Figura 102. Evolución de Adherencia en Ladrillo para placas D, E y F.
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Resina Epoxi + Carbonato
Resina Epoxi + Sílice
Resina Epoxi
Evolución de Adherencia Placas A,B y C
Adherencia 1 (placa A) Adherencia Choque Térmico (placa B) Adherencia Hielo-Deshielo (placa C)
0 20 40 60 80 100 120 140
Geopolímero
Paraloid B-72 + Sílice
Paraloid B-72
Evolución de Adherencia Placas D,E y F
Adherencia 1 (placa D) Adherencia Choque Térmico (placa E) Adherencia Hielo-Deshielo (placa F)
105
PIEDRA DE SIERRA ELVIRA
Figura 103. Evolución de Adherencia en Piedra de Sierra Elvira para placas A, B y C.
Figura 104. Evolución de Adherencia en Piedra de Sierra Elvira para placas D, E y F.
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Resina Epoxi + Carbonato
Resina Epoxi + Sílice
Resina Epoxi
Evolución de Adherencia Placas A,B y C
Adherencia 1 (placa A) Adherencia Choque Térmico (placa B) Adherencia Hielo-Deshielo (placa C)
0 100 200 300 400 500 600
Geopolímero
Paraloid B-72 + Sílice
Paraloid B-72
Evolución de Adherencia Placas D,E y F
Adherencia 1 (placa D) Adherencia Choque Térmico (placa E) Adherencia Hielo-Deshielo (placa F)
106
MÁRMOL DE MACAEL
Figura 105. Evolución de Adherencia en Mármol de Macael para placas A, B y C.
Figura 106. Evolución de Adherencia en Mármol de Macael para placas D, E y F.
0 100 200 300 400 500 600 700
Resina Epoxi + Carbonato
Resina Epoxi + Sílice
Resina Epoxi
Evolución de Adherencia Placas A,B y C
Adherencia 1 (placa A) Adherencia Choque Térmico (placa B) Adherencia Hielo-Deshielo (placa C)
0 50 100 150 200 250 300 350
Geopolímero
Paraloid B-72 + Sílice
Paraloid B-72
Evolución de Adherencia Placas D,E y F
Adherencia 1 (placa D) Adherencia Choque Térmico (placa E) Adherencia Hielo-Deshielo (placa F)
107
- A continuación, a modo de resumen de los resultados obtenidos se extraen las siguientes conclusiones:
1) Los geopolímeros no tienen buenas características como adhesivo para ningún material pétreo
analizado. Cabe destacar que únicamente para la piedra de Sierra Elvira muestra unos valores de
resistencia apreciables, pero siguen siendo muy bajos con respecto al resto de adhesivos usados. No
obstante, al tratarse de un adhesivo en investigación, se puede seguir perfeccionando con una diferente
formulación.
2) Se observa que la Resina Epoxi + Sílice presenta mejores propiedades para el ladrillo al ser éste un
material silíceo.
3) Por otro lado, la Resina Epoxi + Carbonato presenta mejores propiedades para las piedras por ser ambas
calizas.
4) A modo general, en el ladrillo la resistencia de adhesión es mucho menor que en el resto de materiales
debido a que su mayor porosidad hace que el tratamiento no se concentre en la superficie, sino que parte
se introduce en los poros dando lugar a una adhesión menos firme y resistente.
5) [40] La Tg (temperatura de transición vítrea) del Paraloid B-72 es de 40ºC. [41] Dicha T es la la temperatura
a la que se da una pseudotransición termodinámica, es decir, a partir de esa temperatura el polímero
disminuye su rigidez y dureza, adquiriendo cierta elasticidad. Como al someterlo a choque térmico, se
supera con creces la Tg, el adhesivo se vuelve más “gomoso” y menos frágil, lo que implica un
incremento de la adherencia del mismo.
6) La Resina Epoxi por su parte experimenta de forma general una disminución de adherencia con el
choque térmico y el hielo-deshielo. La explicación posible es que ha sido curada al ambiente por lo que
al someterla a más tamperatura se vuelve un polímero menos resistente que si hubiera sido curada con
calor.
7) Como conclusión final, hay que exponer cuál es el adhesivo o adhesivos más favorables para cada tipo
de material:
Ladrillo: Para este material en todas las medidas de adherencia, el adhesivo que presenta unos
valores más altos de resistencia es la Resina Epoxi + Sílice, por lo que se podría concluir que sería
el adhesivo más óptimo.
Piedra de Sierra Elvira: en este caso los resultados de adherencia inicial y final obtenidos son muy
dispares. Para la Adherencia 1 (inicial) se obtiene que el adhesivo más resistente es la Resina Epoxi
+ Carbonato (648 kgf), para la Adherencia 2 (choque térmico) el Paraloid B-72 (485 kgf) y para la
Adherencia 2 (hielo-deshielo) vuelve a ser la Resina Epoxi + Carbonato (509 kgf). Por tanto, como
es una piedra de uso muy común en Granada donde la presencia de heladas como factor de
alteración es muy frecuente, conviene usar un adhesivo que presente buenas características ante el
hielo-deshielo y en este caso dicho adhesivo es la Resina Epoxi + Carbonato.
Mármol de Macael: los resultados son los más dispares de todos los materiales pues el adhesivo
más resistente es diferente en cada caso. Para la Adherencia 1 (inicial) es la Resina Epoxi +
Carbonato (640 kgf), para la Adherencia 2 (choque térmico) es la Resina Epoxi (402 kgf) y para la
Adherencia 2 (hielo-deshielo) es la Resina Epoxi + Sílice (279 kgf). En este caso, la elección de
cualquier tipo de Resina Epoxi (con o sin aditivos) es una idea favorable ya que las resinas son las
que presentan con diferencia los mejores resultados de adherencia, antes y después de la alteración.
8) Como resumen de lo expuesto en el punto 7 se adjunta una tabla resumen de los adhesivos elegidos
para cada material (ver Tabla 33):
108
Material pétreo Adhsivo óptimo
Ladrillo Resina Epoxi + Sílice
Piedra de Sierra Elvira Resina Epoxi + Carbonato
Mármol de Macael Resina Epoxi (Con o Sin aditivos)
Tabla 33. Adhesivo más óptimo para cada material.
109
6 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Ciudad Ciencia: “Clasificación de las rocas”. Instituto de Geociencias (CSIC-UCM).
http://www.ciudadciencia.es/doc/files/FICHA_CLASIFICACION%20DE%20ROCAS_CC.pdf
[2] Mármol. Wikipedia: La Enciclopedia Libre. https://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1rmol
[3] Revuelta Camacho, Elena: “Comportamiento de productos consolidantes aplicados a piedras impregnadas
de sales solubles: cambio en las propiedades mecánicas y respuesta a los factores de deterioro”. Proyecto Fin
de Carrera. Escuela Superior de Ingenieros, 2010.
[4] Ontiveros. E.: “Programa de normalización de estudios previos aplicado a bienes inmuebles”. Sevilla,
IAPH. PH Cuadernos,19,2006.
[5] Mas i Barberá. X.:” Conservación y restauración de materiales pétreos: diagnóstico y tratamientos”.
Universidad Politécnica de Valencia, 2010.
[6] Arroyo Torralvo, Fátima: “Metodología del estudio del envejecimiento de tratamientos de conservación
aplicados a piedras de monumentos del patrimonio histórico”. Proyecto Fin de Carrera. Escuela Superior de
Ingenieros. Sevilla, 2003.
[7] Madrid. M: “Tecnología de la adhesión”. Loctite Spain´s Internal Technical Information. Madrid.
[8] Sánchez Matrán, Fernando: “Uniones adhesivas y sus aplicaciones navales”. Proyecto Fin de Carrera.
Universidad Politécnica de Cartagena. Murcia, 2010.
[9] Luso. E., Laurenço P.B.: “Bond strength characterization of comercially available grouts for Stone
masonry”. Construction and Buildings Materials. Vol:144 (2017), pp:317-326.
[10] Los adhesivos: Modelos de adhesión. https://www.losadhesivos.com/teorias-adhesion.html
110
[11] Martin Garrido, Alberto: “Caracterización de parámetros de resistencia de uniones adhesivas
aeronáuticas en materiales compuestos”. Trabajo Fin de Grado. Escuela Técnica Superior de Ingeniería. Sevilla,
2014
[12] Conesa Guillen, Josefa: “Evaluación mecánica de uniones adhesivas de materiales compuestos en la
construcción naval”. Proyecto Fin de Carrera. Universidad Politécnica de Cartagena. Murcia, 2003.
[13] Ferrer Morales, A. “La cerámica arquitectónica. Su conservación y restauración”. Sevilla, Secretariado
de Publicaciones de la Universidad de Sevilla, 2007.
[14] ¿Qué son y para qué sirven las resinas de poliéster? http://www.raipintores.com/resinas-poliester
[15] García Expósito, María: “Evaluación de nuevas técnicas de restauración para cerámica vidriada”.
Proyecto Fin de Máster. Escuela de Ingenieros, 2016.
[16] Cal. Wikipedia: La Enciclopedia Libre. https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_calcio
[17] Yeso. Wikipedia: La Enciclopedia Libre. https://es.wikipedia.org/wiki/Yeso_(mineral)
[18] Geraldes. C.F.M.: “Geopolymers as infill materials for conservation of azulejos”. Tesis Facultad de
Ciencias y Tecnología. Universidad Nova de Lisboa, 2015.
[19] Los adhesivos: Diseño de uniones adhesivas. https://www.losadhesivos.com/ingenieria-adhesivos.html
[20] Los adhesivos: Preparación superficial. https://www.losadhesivos.com/preparacion-superficial.html
[21] Ledesma García, Ricardo: “Diseño y comportamiento de uniones estructurales mecánicas y adhesivas.
Condiciones superficiales y operacionales”. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Madrid.
Madrid, 2013.
111
[22] Los adhesivos: Ensayos destructivos. https://www.losadhesivos.com/ensayos-destructivos.html
[23] Montes. J.M., Cuevas. F.G., Cintas. J.:” Ciencia e Ingeniería de los materiales”. Editorial Paraninfo.
Edición 2014.
[24] CFGS Construcciones metálicas: Diseño de construcciones metálicas, U.T.3. Cortadura.
http://roble.pntic.mec.es/jlec0009/pdfs/UT03%20Cortadura.pdf
[25] Los adhesivos: Ensayos no destructivos. https://www.losadhesivos.com/ensayos-no-destructivos.html
[26] Norma ASTM 4541-02: “Standard Test Method for Pull-Off Strength of Coatings using portable adhesión
tester”.
[27] Bella Castrillo, Carmen: “Comportamiento de productos hidrófugos aplicados a piedras de diferente
naturaleza: cambios en las propiedades hídricas y respuesta a los factores de deterioro”. Proyecto Fin de
Carrera. Escuela Superior de Ingeniería, 2014.
[28] Sebastián Pardo E. et al: “La Caliza de Sierra Elvira: comportamiento petrofísico de una piedra
significativa del Patrimonio Arquitectónico Andaluz”. Materiales de Construcción. Vol. 58, 289-290, pp. 51-
63, enero-junio 2008.
[29] La Ciudad Comprometida: Blog de Juan Carlos García de los Reyes: “El mármol de Sierra Elvira está muy
presente en la arquitectura granadina”. http://granadablogs.com/gr-arquitectos/2010/06/10/el-marmol-de-
sierra-elvira/
[30] Aspectos Generales y Características de la Piedra de Sierra Elvira.
[31] Mármol de Macael. Wikipedia: La Enciclopedia Libre
https://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1rmol_de_Macael
[32] Aspectos Generales y Características del Mármol de Macael.
112
[33] Ladrillo. Wikipedia: La Enciclopedia Libre.
https://es.wikipedia.org/wiki/Ladrillo#Tipolog%C3%ADa_histórica
[34] CTS Europe. Ficha Técnica Epo-150.
[35] CTS Europe. Ficha Técnica Paraloid B-72.
[36] Duxson. P. et al: “Geopolymer technology: the current state of the art”. Journal of Materials Science,
42.2917-2933.
[37] CTE Arquitectura: Los materiales aislantes. La porosidad.
http://www.ctearquitectura.es/soluciones-sostenibles/materiales/los-materiales-aislantes-la-porosidad/
[38] Luis Sánchez Diez. Natural Stone Company. Mármol Sierra Elvira.
https://marmoles-piedras-naturales.com/marmoles/sierra-elvira/
[39] Mármoles, granitos y piedras rústicas. Características del mármol de Macael.
https://aventurasturcas.wordpress.com/2011/11/15/caracteristicas-del-marmol-blanco-macael/
[40] Barna Art: Resina Acrílica Paraloid B-72. https://www.barna-art.com/lascaux-productos-de-
conservacion/resina-acrilica-paraloid-b-72
[41] Temperatura de transición vítrea. Wikipedia: La Enciclopedia Libre.
https://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura_de_transici%C3%B3n_v%C3%ADtrea#Caracter%C3%ADsticas_
b%C3%A1sica