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.

7

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.

10

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.

11

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.

19

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

22

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

23

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)

39

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.

43

- 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

44

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

46

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

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http://www.ciudadciencia.es/doc/files/FICHA_CLASIFICACION%20DE%20ROCAS_CC.pdf

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de sales solubles: cambio en las propiedades mecánicas y respuesta a los factores de deterioro”. Proyecto Fin

de Carrera. Escuela Superior de Ingenieros, 2010.

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Ingenieros. Sevilla, 2003.

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110

[11] Martin Garrido, Alberto: “Caracterización de parámetros de resistencia de uniones adhesivas

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2014

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construcción naval”. Proyecto Fin de Carrera. Universidad Politécnica de Cartagena. Murcia, 2003.

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de Publicaciones de la Universidad de Sevilla, 2007.

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[15] García Expósito, María: “Evaluación de nuevas técnicas de restauración para cerámica vidriada”.

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Ciencias y Tecnología. Universidad Nova de Lisboa, 2015.

[19] Los adhesivos: Diseño de uniones adhesivas. https://www.losadhesivos.com/ingenieria-adhesivos.html

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[21] Ledesma García, Ricardo: “Diseño y comportamiento de uniones estructurales mecánicas y adhesivas.

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[22] Los adhesivos: Ensayos destructivos. https://www.losadhesivos.com/ensayos-destructivos.html

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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

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[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

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[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.

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[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,

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[37] CTE Arquitectura: Los materiales aislantes. La porosidad.

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[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