2.- CARACTERÍSTICAS DE ESTUDIO DE LOS...

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

Erica Domínguez Galvarro 7

2.- CARACTERÍSTICAS DE ESTUDIO DE LOS MATERIALES

2.1.- Caracterización de los materiales pétreos

2.1.1.- Introducción

El estudio de la efectividad de un determinado tratamiento se realiza a través

de ensayos de alteración sobre muestras tratadas y sin tratar. Los resultados

obtenidos se comparan mediante métodos de análisis (5, 8, 9, 10).

Las características a estudiar se resumen a continuación:

- Compacidad del material : La porosidad del material es la característica medible

más común, debido a la importancia de la presencia y circulación de agua. La

distribución del tamaño de los poros es tanto o más importante que el volumen total de

huecos, por ello el ensayo de porometría completa el estudio de compacidad. La

superficie específica se deduce de los datos obtenidos en el ensayo de porometría y

es un índice del área expuesta a la acción directa del medio. La variación de la

porosidad, la disminución indica aporte de tratamientos y el aumento la alteración del

material, es un indicador de la permeabilidad del material en relación con la del

material bruto (de cantera).

- Propiedades ligadas al movimiento de agua: Dado el uso monumental de las

piedras, es muy importante conocer la capacidad de las mismas para permitir la

transferencia de agua en forma vapor desde el interior al exterior y al contrario, la

capacidad de absorción del material de agua líquida procedente de una superficie libre

o de una película depositada sobre la probeta.



- Cohesión mecánica: La mayoría de las propiedades mecánicas del conjunto del

material no suelen medirse puesto que los métodos que las determinan (resistencia a

la flexión, compresión, tracción y adherencia) son ensayos destructivos que necesitan

bastantes probetas y relativamente grandes. Por el contrario, la determinación de la

dureza, la transmisión del sonido o la frecuencia de resonancia son ensayos no

destructivos, por tanto los más usados, que proporcionan información indirecta sobre

la calidad de la piedra, alteraciones no visibles y propiedades elásticas.

- Propiedades mecánicas superficiales : Las propiedades mecánicas en la

superficie de la piedra están ligadas a la dureza superficial, que puede relacionarse

con la dureza por penetración, rebote, rayado y desgaste. Existen diferentes métodos

estandarizados para medir la dureza (Brinell, Rockwell,…).



2.1.2.- Propiedades físicas

2.1.2.1.- Compacidad

a) Porosidad

El estudio realizado a lo largo del presente documento, se origina por la

importancia que supone el tránsito de agua a través de los conductos internos en los

elementos minerales. Esta importancia viene impuesta por la posible erosión de los

poros o la posibilidad de cristalización de sales contenidas por el agua en los mismos,

entre otras consecuencias.

Todos los materiales son porosos, en mayor o menor grado, por ello, el

contorno de las probetas son superficies de intercambio donde la humedad puede

penetrar en sus poros pero también evaporarse. La estructura porosa de un material

puede estimarse mediante la porosidad y la curva de distribución de tamaño de los

poros (porometría).

Tres partes conforman a todo material poroso, y son: la parte sólida compacta,

la cual ocupa un volumen Vs; los poros "abiertos", es decir, aquellos a los que puede

acceder el agua directamente desde el exterior, de volumen Va, y finalmente los

poros" cerrados ", donde el agua entra y sale mediante mecanismos de difusión, de

volumen Vc.

El volumen total del material es la suma de cada uno de los volúmenes que

ocupan dada una de las tres partes: V = Vs + Va + Vc.

Según lo anterior, es posible definir dos tipos de porosidad, la porosidad abierta

y la porosidad real. La porosidad abierta es la que se determina en los ensayos ya que

se mide la cantidad de agua absorbida y evaporada posteriormente. Mientras que la

porosidad real es una propiedad intrínseca del material. Las expresiones matemáticas

para la determinación de ambos tipos de porosidad se exponen a continuación:



Pabierta = (100 Va/V)

Preal = [100(Va+Vc)/V]

La porosidad real es igual o mayor que la abierta. El valor de esta última, a

diferencia de la porosidad real, es función del comportamiento hídrico de los

materiales.

La técnica más utilizada para en la determinación de la porosidad abierta es la

saturación de agua a vacío. Este método permite conocer el contenido máximo de

agua que es capaz de retener una roca. A partir de la absorción de agua a vacio se

determina la masa saturada (Ms), el contenido de agua en saturación (Ws) y el grado

de saturación (Si).

La determinación de la porosidad abierta está descrita en diferentes normas

como por ejemplo: 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 a seguir es el siguiente: se parte de probetas (cilíndricas,

cúbicas o prismáticas), de un volumen mínimo 25 ml. 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). En este proyecto se ha

aplicado el método de vacío. Previamente secadas a 60º C± 5º, hasta masa constante,

las probetas se pesan y se colocan en un recipiente de vacío durante 24 ± 2 horas

para eliminar el aire en los poros abiertos. Pasado este tiempo se introduce

lentamente agua desmineralizada, a 20ºC de temperatura, de tal manera que pasados

15 minutos las probetas estén totalmente cubiertas, manteniendo la misma presión

hasta pasados 24h ± 2h. Después de este tiempo, se reestablece la presión

atmosférica, se dejan las probetas bajo el agua otras

24h ± 2h y se pesa, determinando el peso hidrostático y, por último, se seca la probeta

con un paño húmedo y se determina la masa saturada. La porosidad abierta vendrá

dada por la siguiente expresión:



−=

V

mmPa sa

Donde:

- ms= masa de la probeta seca

- mw= masa de la probeta bajo el agua (peso sumergido de la probeta)

- ma= masa de la probeta bajo el aire (peso saturado de la probeta)

El volumen total de huecos, porosidad real, puede calcularse mediante la

siguiente expresión:

−=absoluta

aparenterealP ρ

ρ1

La compacidad de la probeta se puede establecer por:

absoluta

aparenteC ρρ=

b) Distribución del tamaño de poros

La porosidad total es un dato importante, pero no decisivo en el

comportamiento del material frente a los agentes de alteración. El tamaño de poro y la

geometría son, en mayor medida, los aspectos que condicionan el comportamiento. La

porosimetría de mercurio es uno de los métodos más utilizados para el estudio de la

distribución del tamaño de poros.

Este método se basa en las fuerzas de tensión superficial, las cuales se

oponen a la penetración en los poros abiertos de cualquier líquido que, como el

mercurio, tenga un ángulo de contacto líquido-sólido superior a 90º, es decir, si un

líquido no moja a un sólido, sólo podrá penetrar en los poros abiertos del mismo si se

somete a una presión mayor que la existente en el sólido. La sobrepresión, necesaria

para forzar la entrada del líquido en un poro de diámetro d, viene dada por la ley de

Jurin, expresada por la fórmula siguiente:



dP

θσ cos4−=

Donde:

- P= sobrepresión, expresada en Kg/cm2

- σ = Tensión superficial líquido-aire, que en el caso del mercurio es 480 dinas/cm

- θ = Ángulo de contacto líquido-sólido; en el caso del mercurio y de materiales

silicatados es de 140º

- d= diámetro del poro, en micras

La expresión anterior puede particularizarse para el caso del mercurio:

Pd 15=

Además de lo anterior, es posible calcular el volumen total de poros con un

determinado radio variando la presión aplicada. Este tipo de medida proporciona

información de la estructura interna de la piedra, siendo posible apreciar las

variaciones estructurales provocadas por la aplicación de tratamientos.

El resultado de las medidas depende de la máxima presión aplicada. Si ésta

fuese de 1.500 atm sería posible estudiar la distribución del volumen de poros con un

tamaño comprendido entre 50 y 75.000 Å. Bajo vacío se puede estudiar el intervalo

comprendido entre 75.000 y 750.000 Å.

La forma y tamaño de las muestras depende de las características del aparato.

El número de medidas necesarias depende de la homogeneidad de la piedra.



c) Ángulo de contacto agua-piedra

El ángulo de contacto agua-piedra es interesante para evaluar el efecto

hidrófugo de ciertos tratamientos.

El ángulo de contacto es aquel que forma una gota con la superficie. La

superficie ha de ser plana y la absorción nula o muy lenta. Si la gota es

suficientemente pequeña para que su curvatura pueda considerarse esférica, el

casquete formado será más similar a una esfera completa cuanto menos moje el agua

a la superficie sobre la que descansa; es decir, el ángulo de contacto será tanto mayor

cuanto más hidrófoba sea la superficie. Se sabe que existe una relación bastante lineal

entre el ángulo de contacto y el tiempo de absorción de gotas, siendo ambos valores

una buena medida de la hidrofugación. Normalmente las piedras son mojadas por el

agua, y su ángulo de contacto está muy próximo a cero, a menos que se hayan

sometido a un tratamiento hidrófugo.

El procedimiento de medida es el siguiente: sobre la probeta seca, colocada en

horizontal, se dejan caer gotas de volumen constante. La determinación de sus

dimensiones puede efectuarse, bien sobre una fotografía ampliada de la gota o bien

con un equipo especial en el que se visualiza la gota ampliada sobre una pantalla con

una escala graduada que permite medirla. El ángulo de contacto se calcula mediante

la expresión:

=a

harctg

22θ

Donde:

- h= altura de la gota.

- a= ancho de la gota en la superficie de la piedra.



d) Densidad aparente y absoluta

La densidad de los materiales pétreos, junto con la porosidad y la

permeabilidad al aire de los mismos, definen la estructura de la misma.

La densidad aparente de probetas de forma regular se calcula como el cociente

de la masa, determinada por pesada, entre el volumen, calculado a partir de sus

dimensiones.

En el caso de probetas irregulares, se utilizan los métodos de la pesada

hidrostática (para rocas no solubles en agua y con absorción menor del 0,5 % de su

peso) y el de la parafina (en caso contrario).

La densidad absoluta se determina a partir de material pulverizado (de 20 a

100 gramos) y se seca hasta peso constante. La determinación del volumen se realiza

por medio de un picnómetro.

e) Permeabilidad a gases y agua

El vapor contenido en los poros de una probeta se difunde si entre las caras de

la misma existe un gradiente de presión. El vapor se difunde hacia la dirección en que

la presión sea menor. El flujo de vapor viene dado por la siguiente expresión (supuesto

situación isoterma):

VV gradPQ ·δ−=

Donde:

- δ , el coeficiente de conductividad de vapor, se expresa en unidades de

tiempo. Un valor elevado de este indica que se transfiere mucho vapor.

La resistencia a la difusión, µ, es una magnitud sin dimensiones, que compara

la resistencia a la difusión del vapor a través de un material con la existente a través



del aire quieto; el valor de esta relación siempre mayor que 1. Es evidente que µ y δ

son inversamente proporcionales, la relación que guardan entre sí viene dada por la

siguiente expresión:

δµ

910·185,0=

2.1.2.2.- Color

El color no es más que una estimulación física de algunos órganos presentes

en la retina. Estos elementos sensibles al color, se llaman conos, y se clasifican en

tres tipos:

• L-conos: conos de larga longitud de onda

• M-conos: conos de longitud de onda media

• S-conos: conos de longitud de onda corta

Aunque es un fenómeno físico (los distintos colores son diferentes

distribuciones de longitudes de onda), incluye un gran número de factores subjetivos.

Varias personas pueden ver de forma diferente un mismo color, y al contrario.

Factores externos (iluminación, ángulo de visión y otras características del objeto)

también condicionan el color.

Se han desarrollado varios modelos que pretenden proporcionar un medio para

el estudio objetivo de este parámetro, a través de coordenadas; esto se denomina

espacio de color. La ciencia encargada del estudio del color se llama colorimetría.

El espacio color es un método de expresión del color de un objeto o de una

fuente de luz usando algún tipo de notación, como números. Las tres dimensiones del

color son:



• Tonalidad: son los colores de nuestro lenguaje (rojo, azul, verde,...)

• Claridad: los colores pueden ser más o menos claros

• Saturación: indica la intensidad de un color

Los distintos métodos difieren en la forma de especificar las variables

enumeradas con anterioridad. Entre ellos se destacan los siguientes:

1. Sistema Munsell

Se basa en una serie de placas de color numeradas con las que se compara el

color de la superficie en estudio. Cada color se define con un número más una o dos

letras, en función de la tonalidad, claridad y saturación.

2. Sistemas triestímulo (XYZ)

Este sistema pertenece a los Sistemas CIE que son los determinados por la

Comisión Internacional de L´Eclariage. El triestímulo se desarrollo en 1931, y se basa

en la definición de tres colores primarios:

- R (rojo): λ =700 nm

- G (verde): λ =546,1 nm

- B (azul): λ =435,8 nm

Estos tres estímulos definen un mapa de colores, de forma que todos los

colores pueden expresarse como una mezcla de los tres primarios.

3. Sistema L*a*b* (CIELab)

Este sistema es el utilizado en el estudio que nos ocupa. Se desarrolló en

1976, para solucionar el problema de las distancias entre colores de los métodos

anteriores. En este espacio, L * indica claridad, y a* y b* son las coordenadas de



cromaticidad: +a* es la dirección hacia el rojo,-a* hacia el verde, +b* hacia el amarillo,

y -b* hacia el azul. La relación entre estas coordenadas y las anteriores puede

expresarse en forma de ecuaciones:

−

= 16·116

3/1

0

*

Y

YL

−

=

3/1

0

3/1

0

*·500

Y

Y

X

Xa

−

=

3/1

0

3/1

0

*·200

Z

Z

Y

Yb

Donde: X0, Y0, Z0 son los valores triestímulo del iluminante utilizado.

4. Sistema L*C*H0

Este sistema utiliza el mismo diagrama que el sistema L*a*b*, pero trabaja con

coordenadas cilíndricas, en lugar de cartesianas:

- L* es la variable luminosidad

- C* es el color

- H0 es el ángulo del matiz.

Las ecuaciones son:

** LL =

( )22* baC +=

=a

barctgH *



2.1.3.- Propiedades hídricas

2.1.3.1.- Introducción

El contenido de agua máximo sólo se alcanzaría si todos los poros fuesen

accesibles y se llenasen con agua. Varios son los métodos recomendados para

determinar la absorción de agua:

1. Absorción por inmersión (progresiva a peso constante, completa a presión

atmosférica, a ebullición)

2. Absorción a presión (reducida y elevada).

3. Absorción por capilaridad.

4. Otros métodos.

La determinación del agua absorbida por cualquiera de los métodos anteriores

se realiza bien sobre probetas secas al aire ambiente, bien sobre probetas desecadas

en estufa. El contenido de agua se calcula por la fórmula:

100·% 2

−=s

sh

m

mmOH

Donde:

- mh: Peso de la probeta húmeda.

- ms: Peso dela probeta seca.



2.1.3.2.- Absorción por inmersión

a) Absorción por inmersión progresiva a peso consta nte

Las tensiones internas se eliminan al sumergir las probetas en un tanque y

verter agua hasta cubrir una cuarta parte de las mismas. A continuación se añade

agua lentamente, de forma que cada dos horas el nivel suba la cuarta parte de la

altura de las probetas. Después de uno o varios días, se sacan las probetas del agua y

se pesan periódicamente hasta alcanzar peso constante en intervalos de 24 horas.

b) Absorción por inmersión completa a presión atmos férica

Las probetas secas en estufa, se colocan en un tanque lleno de agua, cuyo

nivel está al menos 2 cm por encima de la superficie superior de las probetas. Las

probetas se pesan a intervalos de tiempo determinados, de forma que se pueda trazar

la curva de incremento de peso con el tiempo.

c) Absorción por inmersión a ebullición

Las probetas secas se colocan en un recipiente donde puedan hervir, y se

añade agua hasta alcanzar la mitad de la altura de las probetas; tras dos horas se

vuelve a añadir agua hasta cubrir totalmente las probetas.

Se hierve el agua durante, al menos, 3 horas, manteniendo constante el nivel.

El recipiente con las probetas se mantiene durante 24 horas a temperatura ambiente

antes de pesar las probetas. La cantidad de agua absorbida por este método es

sensiblemente igual a la absorbida a vacío.



2.1.3.3.- Absorción a presión

a) Absorción a presión reducida

Una vez secas (a peso constante), las probetas se colocan bajo una campana

de vacío con un orificio en la parte superior, para permitir introducir el agua. Se realiza

vacío a 20 mmHg, con una bomba de vacío, durante al menos tres horas para eliminar

el aire contenido en los poros de las probetas.

A continuación se permite el paso de agua a una velocidad tal que se eleve el

nivel a menos de 0,5 cm/min, no debiendo quedar la probeta sumergida antes de 15

minutos. Se mantienen inmersas durante tres horas a vacío y después durante 24

horas a la presión ya restablecida.

b) Absorción a presión elevada

El paso previo a la realización de este tipo de ensayos es evacuar el aire de las

muestras; en este caso, mediante un vacío del orden de 20 mm Hg durante unas tres

horas. A continuación se sumergen las muestras en agua a presión atmosférica

durante 2 horas y posteriormente se las somete a una presión de 15 bar durante 24

horas, al cabo de las cuales se determina su masa.



2.1.3.4.- Absorción por capilaridad

El ensayo de capilaridad se realiza sobre probetas que tienen una sección

transversal mínima de 25 cm2, previamente secadas en estufa y presenta dos

variantes.

En la primera, las probetas se sumergen hasta una altura de 2 mm en un

tanque cubierto, manteniéndose constante el nivel de agua durante todo el ensayo. En

la segunda, las probetas se colocan sobre una capa de papel secante que se

mantiene saturado de agua durante todo el ensayo, pero cuidando de que el agua no

toque las caras laterales de la probeta de forma que penetre en ella únicamente por la

cara inferior.

La probeta se pesa a intervalos regulares de tiempo, hasta que su peso

permanece constante. El coeficiente de capilaridad se define por:

100··

2/1

=tS

mdCapilarida c

Donde:

- mc= masa de agua absorbida

- S= superficie de la cara interior de la probeta (cm2)

- t= tiempo (min)



2.1.3.5.- Absorción por higroscopicidad

Las probetas (de 4 a 5 cm de diámetro y 0,3 a 0,5 cm de espesor) se secan en

la estufa y se introducen en un desecador cuya atmósfera se mantiene la humedad

relativa constante, lo que puede lograrse con soluciones de ácido sulfúrico de peso

específico apropiado. El equilibrio puede alcanzarse mediante vacío en el desecador,

esto permite reducir el tiempo. El efecto de un tratamiento hidrófugo se estudia

comparando las curvas de contenido de agua vs tiempo; para las probetas tratada y

sin tratar.

2.1.3.6.- Absorción de agua in situ

El dispositivo consiste en un tuvo de vidrio graduado (0,84 cm de diámetro

interior, altura útil de 11 cm y sección de aplicación de 4,9 ó 5,7 cm), de forma

acodada o recta, para permitir realizar medidas tanto en horizontal como en vertical.

Sobre el material, de modo estanco, se aplica una columna de agua y se mide el

volumen de agua que penetra en función del tiempo. La base del tubo tiene un reborde

plano circular y se coloca sobre el material, logrando la estanqueidad por aplicación de

masilla.

2.1.3.7.- Contenido de agua del material

La transferencia de agua en la piedra, como líquido o como vapor, es una de

las causas principales de su alteración. Los fenómenos más importantes de

degradación están relacionados con los cambios en el contenido de agua.

La humedad es una de las más importantes causas de degradación de los

materiales pétreos; provoca disminución de las cualidades mecánicas, riesgo de

congelación, proliferación de microorganismos, migración de sales, suciedad y

además, es vehículo de los agentes contaminantes. Por esta razón es necesario



conocer y controlar el grado de humedad de las piedras empleadas en las

construcciones monumentales.

El contenido de agua de una roca es la masa de agua que contiene en un

estado dado, en proporción a la masa de roca seca. Este valor no es constante. El

contenido de agua natural de una roca es la humedad en la cantera o en su medio

natural. Igualmente se puede hablar del contenido de agua en un edificio.

El contenido de agua máximo de un material equivale a la porosidad del mismo

y se alcanza cuando todos los poros son accesibles y se llenan de agua.

Normalmente, este valor se corresponde con la porosidad abierta.

Otra característica de los materiales es el contenido crítico de agua, por encima

de este valor tiene lugar la transferencia de agua líquida. Para algunos materiales,

este valor está próximo al contenido máximo de agua; para otros es muy bajo.

El aire contiene una cantidad de humedad relativa variable. Si un material seco

entra en contacto con dicho aire, éste penetra a través de los poros. La cantidad de

agua absorbida es proporcional a la humedad relativa. Este tipo de humedad se llama

humedad higroscópica.

La determinación de la cantidad de agua presente en las probetas se puede

realizar por medidas gravimétricas, o por medidas de resistividad, constante dieléctrica

o impedancia.



2.1.3.8.- Velocidad de evaporación de agua

El secado de una superficie saturada de agua muestra que mientras ésta esté

tan húmeda que la presión de vapor tenga el máximo valor, la cantidad que se evapora

de la superficie es constante. Matemáticamente se expresa en la siguiente ecuación:

( )00· aPPV −= β

Donde:

- V: Velocidad de evaporación/ unidad de área

- 0P : Presión de vapor máxima en la superficie

- 0

aP : Presión de vapor en el aire ambiente

- β : Coeficiente superficial de transferencia de vapor

El valor del coeficiente superficial de transferencia de vapor depende de la

velocidad del aire en la superficie. En las condiciones de laboratorio ./10·229 sm=β

La expresión anterior muestra que la cantidad de vapor que se evapora

depende únicamente de la temperatura y de la humedad relativa, siendo

independiente de las propiedades del material, es decir, la velocidad de secado es

constante.

La velocidad de secado permanece constante cierto período de tiempo

después de comenzar el secado, mientras exista movimiento de agua del interior a la

superficie y se mantenga la presión de vapor en su valor máximo.

Cuando la superficie alcanza el contenido crítico, cesa la transferencia de agua

en forma líquida. A partir de este momento, disminuye la presión de vapor en la

superficie y por tanto la velocidad de evaporación. En este caso, la humedad tiene que



difundirse a través del material en forma de vapor, por lo que es muy importante el

valor de δ , coeficiente de conductividad de vapor.

En la primera fase del secado, la pérdida de agua cambia linealmente con el

tiempo, ya que la velocidad de secado es constante. Cuando se alcanza el contenido

de agua crítico desaparece esta disminución lineal. Cuanto más alto sea el contenido

de agua crítico, más lentamente se seca el material.

La comparación de las curvas de secado de distintos materiales, o de un

mismo material antes y después de un tratamiento son de gran utilidad.

El procedimiento consiste en saturar las muestras con agua, por inmersión total

a vacío hasta peso constante, y a continuación se colocan en un recipiente con

temperatura y humedad relativa controladas. Se pesan a intervalos de tiempo

determinados; el ensayo finaliza cuando las muestras están completamente secas o,

cuando la evaporación es tan lenta que la diferencia de peso en 24 horas es cinco

veces la sensibilidad de la balanza.

Mientras que en la probeta existe continuidad en el agua líquida, la velocidad

de evaporación es constante; y cuando el paso de agua hacia la superficie de

evaporación sea en forma de vapor, esta velocidad disminuye. El contenido de agua

para el que se produce este cambio es el contenido de agua crítico.



2.1.4.- Propiedades mecánicas

2.1.4.1.- Resistencia global

Existen diversos ensayos, directos e indirectos, que permiten evaluar la

cohesión mecánica de los materiales pétreos. Las principales medidas directas son:

• Resistencia a la compresión.

• Resistencia a la tracción.

• Resistencia a la flexión.

Las medidas indirectas más importantes son:

• Velocidad de propagación del sonido.

• Medida de frecuencia fundamental de resonancia.

La velocidad de propagación del sonido, que refleja la compacidad, permite

detectar las zonas alteradas antes de que las modificaciones sean visibles. Estas

medidas, no destructivas, pueden realizarse en el laboratorio o insitu. La frecuencia de

resonancia, que debe medirse en probetas, pone en evidencia las cualidades elásticas

del material, y es el ensayo de laboratorio más sensible para evaluar una modificación

en la estructura del material.

a) Ensayos directos

Los ensayos mecánicos directos no son de empleo muy general por su carácter

destructivo, y por requerir probetas relativamente grandes y en número importante.



b) Ensayos indirectos: Transmisión de ultrasonidos

Los ensayos indirectos permiten conocer con mucha aproximación la calidad

de los materiales, y las heterogeneidades que puedan presentar.

Las aplicaciones de la medida de la velocidad del sonido son muy numerosas,

y tienen la ventaja sobre los métodos de resonancia de que pueden realizarse insitu.

Se sabe que la velocidad de propagación del sonido es tanto más elevada cuanto

mejor sea la calidad mecánica del material.

El equipo empleado permite medir, para una determinada distancia, el tiempo

que emplea el sonido en ir del emisor al receptor, colocados en distintos puntos de la

probeta del material a ensayar. Para cada material se puede establecer una curva de

calibrado velocidad del sonido/resistencia.

Existen tres tipos de ensayos según las superficies en que se efectúen las

medidas:

• Medida en superficie: Se realiza cuando sólo es accesible una cara del material

a ensayar, por lo que sólo permite detectar las alteraciones superficiales.

• Medida en ángulo: Señala la homogeneidad del material a diferentes distancias

de la superficie. Se usa cuando son accesibles dos caras perpendiculares.

• Medida en transparencia: Permite auscultar el material en todo su espesor. Es

la medida que se suele realizar, ya que es la medida más simple y rápida.

Las primeras experiencias sobre medidas de transmisión de ultrasonidos datan

de principios de los años 40, y hoy son un ensayo muy común debido a su carácter no

destructivo, a su simplicidad y a la posibilidad de realizarlo tanto en laboratorio como

en campo. Estas medidas permiten determinar posibles fisuras o defectos del material,

y además están relacionadas con las características elásticas y de resistencia.



Existe una gran diferencia entre la verificación por ultrasonidos de los

materiales pétreos, y otro tipo de material más homogéneo como los metales. Cabe

destacar como la velocidad de propagación del sonido en un material homogéneo

puede considerarse constante, en el caso de la piedra depende en gran manera de la

composición y compacidad.

2.1.4.2.- Resistencia superficial

La capa más externa de los materiales pétreos puede tener una composición y

propiedades físicas diferentes de las que pueden reinar en las capas más profundas,

aún sin alterar debido a distintos mecanismos de alteración. Estas alteraciones pueden

ponerse de manifiesto a través de medidas de las propiedades mecánicas

superficiales. Igualmente, pueden verse modificadas por la aplicación de un

tratamiento, por lo que la medida permite conocer la eficacia del mismo y la

profundidad de su penetración.

Las propiedades mecánicas de la superficie están ligadas a la dureza

superficial, o resistencia superficial a la deformación. El término dureza implica cuatro

conceptos:

• Resistencia al rayado o dureza por rayado

• Resistencia a la abrasión o dureza por desgaste

• Resistencia a la penetración bajo cargas; es la llamada dureza por penetración

(durezas Brinell, Rockwell o Vickers)

• Absorción de energía bajo cargas de impacto, o dureza por rebote (esclerómetro

de Poldi, Shore, etc)

Estos ensayos, realizados en diversos tipos de materiales, se han adaptado

con mayor o menor éxito a los materiales pétreos.



a) Resistencia al rayado

La mayoría de estos ensayos no están normalizados; salvo en algún caso

como el ensayo de dureza Bierbaum para plásticos. En un intento de obtener una

medida cuantitativa de la dureza según el principio del rayado, se han propuesto una

serie de ensayos en los cuales se mide, bien la presión requerida para realizar un

rayado dado, o bien el tamaño del rayado producido bajo una carga fija.

Para el ensayo de materiales pétreos se ha propuesto el uso del esclerómetro

de Martens. El aparato consta de un diamante con punta piramidal, sobre el cual actúa

una carga determinada. La probeta se desplaza debajo del diamante, que produce un

surco cuya anchura se mide con un micrómetro. En algunos aparatos el diamante se

ha sustituido por una punta de acero. Cuanto más dura sea la piedra más estrecho

será el rayado.

b) Resistencia a la abrasión

Estos ensayos, al igual que los anteriores, no están normalizados; a excepción

de ciertos materiales cerámicos, para lo cual se construyó el aparato de abrasión

P.E.I. especificado en la norma ASTM C 448.

Una modificación del método fue propuesta por el Instituto Federal de Ensayos

de Materiales de Berlín. Se usó un disco plano, de aleación de carburo de wolframio y

cobalto, que se movía como en un molino oscilante de disco sobre la superficie de la

probeta

Para la caracterización de las piedras, se mide la pérdida de espesor de la

probeta en función del número de revoluciones del aparato. La reproducibilidad es

buena, si la superficie de la probeta es suficientemente plana y los granos del abrasivo

menores que los poros y partículas del material.



c) Dureza por penetración

Este tipo de ensayo es el realizado habitualmente para la determinación de las

propiedades mecánicas superficiales de las probetas. En la medida de la dureza por

penetración estática se usan diversos métodos, cuya diferencia está en la forma del

penetrador, la carga que se aplica y la manera de expresar la dureza. Entre ellos están

los de Brinell (método seleccionado en las probetas del presente estudio), Vickers y

Rockwells.

1. Dureza Brinell

Una bola penetradora de cierto diámetro D, presiona a la superficie de la

probeta, usando una presión que se ha marcado con anterioridad F. El diámetro de la

penetración en el material (d) es medido después que la fuerza ha sido aplicada. El

tiempo de la aplicación inicial de la fuerza varía de 2 a 8 segundos. El número de la

dureza Brinell se obtiene de dividir la fuerza aplicada por el área del casquete esférico

grabado por el penetrador y el diámetro de la huella impresa en la probeta.

2. Dureza Vickers

Este procedimiento emplea un penetrador de diamante en forma de pirámide

de base cuadrada. Tal penetrador se aplica perpendicularmente a la superficie cuya

dureza se desea medir, bajo la acción de una carga P. Esta carga mantiene durante

un cierto tiempo, después del cual se retira y se miden las diagonales de la impresión

que queda sobre la superficie de la muestra. Con este valor y utilizando tablas

apropiadas se puede obtener la dureza Vickers, que es caracterizada por HV y

definida como la relación entre la carga aplicada (expresada en Kp) y el área de la

superficie lateral de la impresión.



3. Dureza Rockwell

El método se basa en la medición de la profundidad de penetración de una

determinada herramienta bajo la acción de una carga prefijada. El número de dureza

Rockwell (HR) se mide en unidades convencionales y es igual al tamaño de la

penetración sobre cargas determinadas. El método puede utiliza diferentes

penetradores siendo éstos esferas de acero templado de diferentes diámetros o conos

de diamante.

d) Métodos dinámicos

Los métodos dinámicos, aunque tienen menor exactitud y reproducibilidad que

los anteriores, tienen la ventaja de que requieren aparatos muy sencillos, portátiles,

rápidos y que permiten hacer las medidas insitu. Dentro de los ensayos dinámicos los

de mayor interés son los de rebote o retroceso, basados en el hecho de que, si se deja

caer desde una altura un martillo con punta redondeada, la energía de caída será

parcialmente absorbida en producir una huella elástica, por lo que el martillo

retrocederá, elevándose a una altura menor. Esta altura se toma como medida de la

dureza al rebote.

Los diferentes aparatos se diferencian en el peso del martillo, la forma de la

punta y la altura de caída. Los más conocidos son el esclerómetro de Shore y el

duroscopio. Pueden emplearse en posición horizontal o inclinada, aunque están

pensados para actuar en posición vertical.

Este método puede usarse para determinar las características superficiales de

materiales pétreos tratados con consolidantes, así como la uniformidad de grandes

superficies. Como el examen no deteriora el edificio es posible seguir un proceso de

tratamiento o las fases de alteración de un material pétreo.



2.1.5.- Ensayos acelerados de alteración de materia les pétreos

2.1.5.1.- Introducción

El ensayo de envejecimiento acelerado es uno de los métodos más comunes

para simular en laboratorio la posible degradación que sufrirá el material pétreo en la

realidad, estudiar las causas y encontrar soluciones.

La realización de ensayos acelerados con materiales pétreos tiene tres

objetivos, los cuales se citan a continuación:

- Estudiar la resistencia de la piedra a los agentes de alteración.

- Investigar los mecanismos de alteración.

- Evaluar la eficacia de un determinado tratamiento.

Estos ensayos se pueden clasificar en cuatro tipos:

- Ensayos a la intemperie o de exposición al exterior: donde las muestras son

sometidas durante cierto tiempo a unas condiciones ambientales determinadas,

evaluándose al final, o en diversos períodos de tiempo, las alteraciones sufridas

por las mismas.

- Ensayos acelerados a la intemperie: son similares a los anteriores, pero se

intensifican una o varias causas de la alteración.

- Ensayos en atmósferas controladas: se fija la intensidad, frecuencia y secuencia

de las variables atmoféricas. Pueden ser:

o De imitación: aquellos en los que se reproducen las variables atmosféricas.

o Acelerados: se intensifica algún factor con el fin de reducir la duración del

ensayo.

- Ensayos de alteración acelerada: se basan en una acción violenta y controlada

en el tiempo de los principales factores de alteración. No suele ser posible

comparar con los resultados obtenidos en tiempo real y no existe seguridad de

que actúen los mismos mecanismos de alteración.



El factor de aceleración se define como la relación entre el tiempo que

tarda en aparecer una determinada alteración cuando la muestra se expone a las

condiciones ambientales exteriores y la duración del ensayo para conseguir esa

misma degradación. Por tanto, en los ensayos de imitación este factor es igual a

la unidad mientras que en los acelerados es superior.

Los ensayos con piedras a la intemperie no son muy utilizados, debido a la

lenta alteración y, por consiguiente, larga duración del ensayo. Por este motivo, surge

la necesidad de realizar ensayos de alteración acelerada para acortar la escala del

tiempo. En la bibliografía (13, 14) se encuentran cuatro tipos básicos de ensayos

acelerados:

a. Heladicidad

b. Cristalización de sales (usado en el presente estudio)

c. Ciclos termohigrométricos con y sin radiación U.V.

d. Ataque químico con soluciones o atmósferas contaminadas.

Los ensayos acelerados se basan en una acción violenta y concentrada en el

tiempo de los principales factores de alteración. Presentan como inconvenientes que

no suele ser posible comparar sus resultados con los obtenidos en tiempo real y,

además, no existen garantías de que actúen los mismos mecanismos de alteración.

Por esto se recomienda con frecuencia llevar a cabo combinaciones de ensayos.

Los ensayos pueden clasificarse según las características del aire que circula por

la cámara:

- Estáticos: las condiciones de la atmósfera generada quedan establecidas desde

el inicio del ensayo y no se actúa sobre ellas durante la realización de la

experiencia.

- Dinámicos: existe un flujo permanente de gas en la cámara.



Los dinámicos presentan una serie de ventajas sobre los estáticos:

- Necesitan la preparación de grandes volúmenes de gas, que permiten ampliar el

rango de concentraciones de contaminantes a usar, posibilitando además

cambios frecuentes y rápidos de las mismas y por consiguiente, la realización de

ciclos.

- Diminuye el problema de adsorción de contaminantes en las paredes de la

cámara de exposición.

- Se eliminan productos de reacción formados al interaccionar la atmósfera con las

muestras.

A cambio, presentan como inconveniente la necesidad de realizarse en una

instalación más costosa que los ensayos estáticos.

A pesar de éste y otros importantes inconvenientes los ensayos acelerados son

muy utilizados por las siguientes razones:

- Son reproducibles, por lo que el tipo de alteración puede ser más claramente

definido.

- Su corta duración permite obtener datos de interés rápidamente.

- El número de muestras necesarias es reducido, pues todas ellas están

sometidas a las mismas condiciones, que por otro lado están perfectamente

definidas y controladas.

- No es necesario realizar el ensayo en más de un emplazamiento, ya que se

pueden variar fácilmente las condiciones del mismo.

- Se puede obtener información sobre el mecanismo de alteración, al ser posible

evaluar cada parámetro por separado y en relación con los demás.



De lo explicado anteriormente se deduce que la realización de los ensayos de

alteración acelerada persigue uno de los tres objetivos siguientes:

- Estudiar la resistencia de los materiales a los agentes de alteración.

- Investigar los mecanismos de alteración.

- Evaluar la eficacia de un determinado tratamiento de conservación.

La cristalización de sales en el interior de las piedras constituye uno de los

factores de alteración más importantes de las mismas. Las tensiones que la

cristalización de las sales en los poros provoca en éstas, pueden conducir a su total

desmoronamientos. Es por ello que este ensayo tiene un gran interés.

La acción de las sales sobre los materiales pétreos dependerá en una gran

medida de la distribución de la forma, tamaño, accesibilidad, interconexión y

distribución de estos poros lo que determina la intensidad y el tipo de alteración que va

a sufrir el material. La sal cristalizada originará tensiones que puedan llegar a provocar

la pérdida de cohesión de los granos.

Otro factor determinante del grado de degradación ocasionado por las sales, es

la propia naturaleza de las mismas, ya que cada tipo de cristal produce unas tensiones

diferentes. En este sentido cabe destacar el caso del sulfato de sodio, que a

temperatura ambiente cristaliza con diez moléculas de agua, siendo por tanto su

volumen específico muy elevado. Esta característica del sulfato sódico es la causa de

que sea ampliamente utilizado en los ensayos de alteración acelerada, pues en ellos

se observa con gran claridad la forma en que las sales atacan a los distintos litotipos.

Además, es importante tener en cuenta que una misma sal puede cristalizar

con diferentes formas (cristales aciculares, prismáticos, columnares, etc.) en función

de las condiciones climáticas del exterior, y de las variables termo-higrométricas del

interior de la piedra, ya que de ellas, depende la estabilidad de los diferentes hidratos,

que ejercen distintas presiones de cristalización (1).



a) Ensayo de heladicidad

Este tipo de ensayo intenta 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.

En líneas generales, este ensayo consiste en una repetición cíclica de dos

fases, una fase de hielo y otra de deshielo. En la primera fase, generalmente se lleva a

cabo en aire, la muestra saturada se somete durante unas horas a temperaturas del

orden de -15 a -25°C. La fase de deshielo puede ten er lugar bien en aire, bien en agua

(lo más frecuente) y la temperatura varía desde 1 a 24° C o temperatura ambiente. Se

recomienda utilizar un mínimo de tres muestras, en la mayoría de los casos en forma

de cubos de unos 5 cm de lado.

El paso previo a la realización del ensayo es la preparación de las muestras.

Dicha preparación consiste en el secado a 60 ó 105° C, y la posterior saturación de los

poros de las probetas con agua antes de comenzar la secuencia de ciclos.

Las conclusiones que se extraen de este ensayo son función de la pérdida de

peso generada y la observación, a simple vista o con microscopio, de la aparición de

fisuras o grietas. Otros parámetros medibles en este ensayo son el módulo de

elasticidad, la frecuencia de resonancia y el volumen aparente.

El gran inconveniente de este ensayo es no simular adecuadamente las

condiciones reales, en las que existe un gradiente de temperatura entre las caras

interna y externa de la piedra.

Por ello, el ensayo podría consistir en mantener una cara de la probeta a -25°C

y la opuesta a 20°C; al alcanzarse el equilibrio ex istirá una superficie en el interior de

la piedra formada por puntos cuya temperatura será 0°C. Si se modifican

periódicamente las temperaturas de ambas caras, la superficie que se corresponde



con la temperatura de 0ºC se desplazará, hasta que, después de cierto número de

ciclos, aparezcan fisuras hasta que, finalmente, se produzca la ruptura.

b) Ensayos de cristalización de sales

Este tipo de ensayo consiste en introducir lentamente una solución de una sal

determinada en los poros de las probetas. 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. Las muestras deben ser secadas previamente ya

que afecta a los resultados relativos.

La fase de secado previo debe realizarse a 60 ó 105°C. Con 60°C 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 los.

La sal más frecuentemente utilizada es el Na2SO4 pero también lo son NaCl,

CaSO4, (NH4)2SO4 y el NH4HSO4. La elección del bisulfato amónico se ha justificado

en base a que éste es un compuesto frecuente en la atmósfera 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 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. Estudios previos

aconsejan que esta fase dure más de cinco horas, considerando como factor de mayor

relevancia el valor de la temperatura en los primeros instantes de la inmersión.

En la penetración por capilaridad (método usado en el caso de estudio) solo

una parte de la probeta está en contacto con la solución. En este caso se desarrollan

simultáneamente la fase de secado y la de impregnación, pudiéndose calentar las

muestras para favorecer la evaporación. El fin de este método es evaluar la capacidad

de un determinado tratamiento par aislar el interior de la piedra de la acción de las

sales.

El número de ciclos a realizar depende en cada caso particular tanto del 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 causa del desprendimiento en placas de la parte superficial.



c) Ciclos termohigrométricos y/o de radiación

Los ensayos termohigrométricos tienen como objeto el estudio de los efectos

que las variaciones de temperatura y humedad relativa tienen en los materiales

pétreos.

Lo más frecuente es establecer ciclos, que tengan la duración suficiente para

que la muestra llegue al equilibrio. Estos ensayos, son muy poco severos y por tanto

de gran duración. Además sólo son aplicables 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.

Las condiciones de humedad se pueden lograr mediante la exposición a una

atmósfera con 100 % de humedad relativa, por inmersión, niebla o sobresaturación,

manteniendo las proximidades de la muestra y ésta misma a una temperatura inferior

a la del resto de la cámara para provocar condensaciones. En algún caso, puede ser

interesante realizar este estudio simulando zonas tropicales. En este caso las

condiciones de la atmósfera generada serán constantes con temperatura y humedad

relativa elevadas.

Los ensayos de radiación se usan conjuntamente con ciclos

termohigrométricos, y también están orientados a la evaluación de tratamientos,

fundamentalmente de tipo orgánico. La radiación utilizada es exclusivamente lar

ultravioleta, con energía suficiente solo para alterar determinados enlaces químicos.



d) Ensayos de ataque químico con soluciones o atmós feras

contaminadas

La contaminación es otro factor que promueve la alteración de los

monumentos. Esta alteración se ve acentuada por la combinación de dos factores: la

contaminación atmosférica y los agentes meteorológicos; ya que la velocidad de

envejecimiento se agrava enormemente.

Los gases ácidos son los contaminantes que presentan mayor peligro puesto

que son capaces de reaccionar con los componentes de la piedra. El riesgo provine de

su presencia en todas las atmósferas urbanas. El contaminante más peligroso es el

anhídrido sulfuroso que, bien en la atmósfera o bien sobre la piedra, puede

transformarse en ácido sulfuroso o sulfúrico, el cual reacciona con el carbonato

cálcico.

La forma más simple de reproducir en el laboratorio la atmósfera y los

mecanismos implicados es mediante el ataque químico basado en soluciones ácidas.

Sin embargo, los ensayos en atmósferas contaminadas están más próximos a la

realidad que el ataque en soluciones. Sin considerar la variación en el grado de

severidad del ataque, ya que los mecanismos de reacción en fase líquida serán

diferentes de los producidos en fase gaseosa.

Las soluciones de anhídrido sulfuroso utilizadas en los ensayos presentan

concentraciones que oscilan entre algunas ppm y 10.000ppm, en función del grado de

aceleración deseado.

La humedad es un factor decisivo tanto en los ensayos basados en el ataque

químico como en los basados en atmósferas contaminantes ya que modifica la

velocidad de reacción y el mecanismo de alteración que tendrá lugar.

La mayoría de los ensayos se desarrollan a humedades relativas altas y

provocan la aparición de condensaciones en la superficie de las probetas. Para evitar



esta consecuencia, una de las técnicas utilizadas es disponer las muestras sobre una

superficie que modifica de forma cíclica su temperatura, generando sucesivamente

fases de condensación y evaporación cuando la atmósfera de exposición se mantiene

a una temperatura intermedia constante y con una humedad relativa alta.



2.2.- Caracterización de los tratamientos

2.2.1.- Introducción

Los tratamientos de conservación son operaciones con diversos fines, por un

lado tratan de detener o retardar el proceso de alteración del monumento y por otro

corregir los daños que ya pudiese haber sufrido. La consecución de este doble objetivo

obliga a que estas medidas deban realizarse sobre los factores condicionantes de la

degradación nombrados anteriormente.

Los tratamientos de conservación actúan sobre las piedras de dos formas:

1. Aumentando la cohesión entre los granos (consolidación)

2. Mejorando su comportamiento frente al agua (hidrofugación)

El secreto del éxito está en la elección adecuada del producto a utilizar ya que

errores en este sentido pueden provocar efectos contrarios a los que se pretenden.

Para ello hay que conocer en profundidad las características de cada compuesto y su

influencia en los distintos lititipos usados en la construcción de los edificios históricos.

En lo referente al medio ambiente, hay que tomar las medidas oportunas para

que su contaminación sea escasa en los alrededores del monumento a estudiar como

por situar industrias próximas al edificio, etc.

No basta con aplicar el/los tratamientos sino que es necesaria una política de

mantenimiento. Dicha política consiste en revisiones y reaplicaciones periódicas que

eviten la pérdida de eficacia de los mismos. Todo ello acompañado de una

conservación general del monumento (limpieza, aplicación de biocidas, aislamientos

de las zonas húmedas, etc.), permitirá que éste no sufra degradaciones significativas

durante mucho tiempo.



2.2.2.- Consolidación

2.2.2.1.- Consideraciones generales

La consolidación es el proceso por el cual, mediante la aplicación de un

producto de características adecuadas, se trata de mejorar la cohesión de la piedra,

sus propiedades mecánicas y la adhesión de las capas alteradas.

Este tipo de tratamientos se efectúan desde hace varias décadas pero la

lentitud con que transcurren los procesos de alteración hace que la documentación

que se tiene sobre su evolución en tiempo real y condiciones reales y por consiguiente

de su eficacia en monumentos histórico-artístico sea escasa y poco fiable. Por ello, se

siguen empleando los ensayos de envejecimiento acelerado en laboratorio para la

elección del producto más apropiado.

Los procesos de consolidación pueden conseguirse con tres clases de

productos:

1. Reemplazar los constituyentes de la piedra que son más propensos a la

alteración, precipitando productos más resistentes químicamente en sus poros. Son

tratamientos con soluciones de compuestos inorgánicos, como el hidróxido de

bario, silicatos alcalinos, etc.

2. Precipitación de sílice, procedente de ésteres de silicona, en los poros de la

piedra.

3. Impregnación de la piedra con polímeros orgánicos con objeto de cementar los

granos que hayan quedado sueltos a causa de la alteración y de proteger a la

misma de posteriores ataques.

Los estudios realizados muestran que los consolidantes inorgánicos son

bastante adecuados debido, previsiblemente, a la gran similitud que guardan con los

componentes de la piedra además de ser muy resistentes a la intemperie. Sin

embargo, sus propiedades mecánicas son inferiores a las de otros productos y



además no consiguen penetrar profundamente en la roca, siendo este hecho uno de

los requisitos indispensables para una buena consolidación. Los polímeros orgánicos

se degradan fácilmente y tienen características muy diferentes a las de la piedra,

pudiéndose originar problemas de incompatibilidad. Los organosilícicos pueden

considerarse intermedios entre los anteriores ya que tras un proceso de polimerización

similar al de los orgánicos, quedan constituidos principalmente por oxígeno y sílice.

2.2.2.2.- Características

Las características de los productos consolidantes se dividen en dos grupos,

primarias y secundarias. El primer grupo lo forman cualidades comunes que deben

cumplir todos los consolidantes mientras que el segundo grupo son peculiaridades

necesarias según cada aplicación:

1. Características primarias: son aquellas que debe cumplir cualquier producto

que se utilice en un tratamiento de consolidación, independientemente de su

aplicación específica.

- Valor consolidante : restablecer la cohesión de los granos de la piedra

alterada. Esta propiedad se determina mediante ensayos de resistencia a la

tracción y compresión, de dureza superficial, etc., pero tiene el inconveniente

que las muestras requeridas son de dimensiones elevadas, tanto que la mayoría

de las veces no es posible extraerlas del monumento.

- Alterabilidad de la piedra consolidada : es función de muchos factores, tales

como la alterabilidad de la piedra y consolidante, la compatibilidad entre ambos,

el entorno ambiental, etc.

- Profundidad de penetración : esta propiedad mide la distancia que el

producto de estudio sea capaz de introducirse en el interior de la piedra.

Depende de propiedades como la viscosidad, el ángulo de contacto o la tensión

superficial, a la que es directamente proporcional, siendo a las dos primeras



inversamente proporcional. Si la zona tratada se reduce a una fina capa

superficial se producen dos fenómenos: una acumulación del consolidante que

disminuye la porosidad dificultando el movimiento del agua, y un agrupamiento

de sales en la interfase zona tratada/zona sin tratar debido a la evaporación del

agua.

Los tratamientos se comportan de distinta forma según sea la naturaleza

de los mismos. Los polímeros orgánicos son los que consiguen una menor

penetración. Los polímeros orgánicos profundizan suficientemente si se aplican

productos que polimerizan en el interior de la piedra. Por último, los

organosilícicos se mantienen fluidos un tiempo suficiente para lograr una buena

penetración y luego polimerizar completamente.

- Modificación de la porosidad: es necesario conocer como puede modificar un

tratamiento de consolidación el sistema poroso del material, ya que éste puede

aumentar o disminuir. La modificación de la porosidad implica la modificación de

la alterabilidad del tipo de piedra; ésta se incrementa, aumentando por ejemplo,

la proporción de poros de menor tamaño.

- Capacidad de transferencia de humedad : los consolidantes deben permitir el

paso de la humedad a través de la piedra para evitar la acumulación de sales.

- Compatibilidad con la piedra: el comportamiento de un tratamiento

consolidante no debe ser causa de posteriores degradaciones del material

pétreo; por ello, ha de existir compatibilidad tanto química como física.

La primera es necesaria para que no aparezcan productos que puedan

reaccionar con los componentes de la piedra dañando la estructura de la misma.

La compatibilidad física implica que las propiedades de la piedra tratada

sean similares a las de la roca sin tratar a fin de que no se originen tensiones

entre la zona de aplicación del producto y el sustrato interno. Esto es

especialmente importante en el caso de los polímeros orgánicos al tener éstos

un coeficiente de dilatación térmica diez veces superior al de los componentes

habituales de las piedras.



- Efecto en el aspecto de la piedra: esta propiedad se deriva de la aplicación de

tratamientos de consolidación a sillares pertenecientes a monumentos de interés

histórico-artístico, es muy importante que no modifiquen el color y/o brillo de los

mismos.

Los productos inorgánicos suelen provocar la aparición de manchas

blancas en la superficie de la piedra; mientras que los orgánicos dan un aspecto

brillante a la misma. Por otra parte, si no se aplican correctamente el material se

vuelve muy vulnerable a los agentes ambientales, en especial a la radiación UV.

2. Características secundarias : son aquellas que están relacionadas con la

correcta aplicación en casos particulares. Así, se pueden distinguir:

- Características del producto: tales como la velocidad de curado, viscosidad,

toxicidad, presión de vapor, inflamabilidad, etc.

- Técnica de aplicación: conlleva el acondicionamiento previo de la piedra (ha de

estar limpia y seca), la impregnación (ha de ser lo más completa posible) y el

curado durante el cual tienen lugar la evaporación del solvente y la

polimerización. En esta última fase es necesario evitar la emigración hacia la

superficie del consolidante, objetivo que se logra si las velocidades de

evaporación y polimerización guardan una relación apropiada.

- Características del ambiente : considerar la posible aparición de hielo, la

presencia de gases contaminantes y su concentración, la exposición a la

radiación, etc.

- Características del sustrato tales como: la existencia de fisuras, el estado de

alteración, la presencia de microorganismos, etc.



2.2.2.3.- Consolidantes inorgánicos

Los consolidantes inorgánicos tienen naturaleza semejante a los constituyentes

de las piedras. En un principio, este hecho, conduce considerarlos como los más

adecuados para la reconstrucción, en una línea de actuación que trataría de devolver

a la roca alterada su apariencia y estructura original usando productos con los mismos

componentes que la piedra en cuestión.

La cristalización de consolidantes inorgánicos en los poros del material se

utiliza para aumentar la cohesión entre los granos y las propiedades mecánicas.

Entre las principales ventajas que presentan estos tratamientos se encuentran:

mayor duración de sus propiedades consolidantes y mayor inercia frente a la radiación

ultravioleta. Entre los inconvenientes, es importante destacar: mayor fragilidad y menor

elasticidad, penetraciones poco profundas, poca mejora de las características

mecánicas frente a las que aportan otros productos, protección futura de la piedra

incierta ante los agente agresivos ya que si éstos consiguen degradarla de forma

importante, también afectarán mucho a compuestos que le sean similares y por último,

cambios de color en las superficies tratadas originados muchas veces por la formación

de sales solubles.

El abanico de productos consolidantes inorgánicos es amplio, entre ellos se

pueden señalar:

- Anhídrido carbónico y carbonatos . Este proceso es conocido como inversión

de la sulfatación. Se utiliza para reconvertir el yeso formado como consecuencia

de la alteración del carbonato cálcico. Es habitual la presencia de pequeñas

concentraciones de carbonato (0,1%), el cual actúa como catalizador.

- Flúor y fluorsilicatos . El ácido fluorhídrico reacciona con la piedra caliza dando

lugar a fluoruro cálcico (fluosilicato en el caso de las areniscas), en ambos casos

se forman costras muy finas. Los fluosilicatos se utilizan fundamentalmente para



la consolidación de piedras calizas o areniscas calcáreas, ya que al reaccionar

con el carbonato cálcico consiguen un efecto doble consolidante: la formación de

un ácido silícico polimérico, que actúa como cementante y fluoruros poco

solubles, que resisten la acción de los ácidos.

Con el ácido fluosilícico y los fluosilicatos se obtienen fluoruro cálcico y

sílice, pero se forma una costra muy fina y de distinta composición que el

sustrato, que normalmente termina desprendiéndose.

- Hidróxido cálcico: Se aplica como soluciones o suspensiones acuosas. El

consolidante es el carbonato cálcico que se forma por reacción con el anhídrido

carbónico atmosférico. Los principales inconvenientes que se presenta son: la

dificultad para alcanzar una buena penetración del carbonato y una conversión

completa del hidróxido y la baja solubilidad en agua lo que obliga a varias

aplicaciones para conseguir suficiente cantidad de carbonato cálcico. El

procedimiento Baker que se basa en varias lechadas de cal y se consigue una

mejor penetración del hidróxido.

- Hidróxido de bario . Reacciona del mismo modo que el resto de hidróxidos

alcalinotérreos pero con un matiz importante, los carbonatos que se forman son

menos solubles que el cálcico y, por tanto, más resistentes a la alteración.

Existen diferentes opiniones sobre el efecto de este compuesto. Según

Lewis, el compuesto parece ser adecuado para piedras calizas, porosas y de

color blanco. Aunque otros investigadores dudan que el efecto consolidante sea

duradero al ser un precipitado demasiado voluminoso para alojarse en los

huecos de las rocas.

- Silicatos alcalinos . Son compuestos que propician la precipitación de sílice. El

principal problema es la formación de sales solubles como subproducto y la

escasa penetración. Suelen utilizarse para la consolidación de piedras silíceas.

- Otros consolidantes inorgánicos : estearato de cinc y aluminio, sulfato de

aluminio, ácido fosfórico, fosfatos, aluminato potásico, etc.



2.2.2.4.- Consolidantes organosilícicos

La acción consolidante consiste en la formación de una estructura reticular

semejante a la de la sílice. La retícula formada se basa en moléculas del tipo:

donde Ri son radicales de dos tipos: - O - CnHm alcoxi

- CnHm alquilo

En primer lugar fueron usados en el tratamiento de piedras silíceas, y debido al

resultado favorable obtenido la aplicación se ha extendido a materiales calizos, con

buenos resultados.

El nombre técnico de estos productos es alquilalcoxisilanos SiRn(OR)4-n y el de

alcoxisilanos Si(OR)4, teniendo ambos enlaces O-C fácilmente hidrolizables. Estos

productos pueden utilizarse en forma de monómeros de los tipos anteriores o de

material parcial o totalmente polimerizado.

El proceso de polimerización, en el interior de los poros, comienza por la

hidrólisis del grupo alcoxi (cuando se utilizan monómeros):

y continúa con la polimerización propiamente dicha



que continúa hasta que todos los grupos alcoxi han reaccionado.

Los grupos alquilo permanecen sin reaccionar y son los que caracterizan el tipo

de polímero formado:

Si se parte de un tetraalcoxisilano se obtiene una estructura análoga a la de la

sílice y tiene, únicamente, efecto consolidante

Si se parte de un alquiltrialcoxisilano queda una polímero tridimensional con

grupos orgánicos, por lo que tiene propiedades consolidantes e hidrófugas.

Si se parte de un dialquildialcoxisilano resulta un polímero lineal con dos

grupos orgánicos en cada átomo de silicio, por lo que tiene sólo efecto hidrófugo.

Los reactantes suelen ser polímeros de polímeros de cadenas más o menos

larga. Las cadenas largas suelen ser muy pesadas por ello, suelen ir acompañados de

solventes que proporcionan menor viscosidad y así favorecer la penetración en los

poros y de catalizadores, que activen el proceso de polimerización.

Los catalizadores pueden ser ácidos o básicos:

1. Entre los ácidos destacan el ácido fosfórico, que precipita la sílice rápidamente, y

los ácidos clorhídricos, sulfúricos y nítricos, que lo hacen más lentamente.

2. Los hidróxidos con los catalizadores básicos más importantes, en especial

sódico, potásico y amónico, que provocan una precipitación inmediata de la

sílice, y las bases orgánicas que dan a la reacción una velocidad más moderada.

Las condiciones ambientes (temperatura y humedad) son muy importantes en

la polimerización debido a que esta etapa va precedida por una de hidrólisis. Mediante



experimentación se ha determinado que la velocidad de polimerización se ve

favorecida por temperaturas y humedades relativas altas.

La técnica de aplicación también influye en la eficacia del tratamiento (6). Así,

la pulverización del producto sólo se aplicará a probetas muy porosas pues da bajas

profundidades de penetración; ésta puede mejorarse con la aplicación mediante

brocha.

La impregnación por capilaridad-inmersión se aplicará a obras de tamaño

pequeño. En rocas poco porosas puede ser necesaria la impregnación a vacío.

Los consolidantes órgano-silícicos mejoran las propiedades mecánicas y el

movimiento del agua en interior de las piedras. Sin embargo, alteran ligeramente el

color, lo que suele ir atenuándose con el tiempo, y en contacto con el agua, las

dilataciones son aún mayores que las de la piedra, apareciendo tensiones.

Como ejemplo de este tipo de productos podemos citar los siguientes:

Tegovakon V (Silicato de etilo), Tegovakon T (Silicato de etilo + Metiltrietoxisilano),

Consolidante OH (Silicato de etilo), Consolidante H (Silicato de etilo +

Metiltrietoxisilano), Rhodorsil X 54802 (Metiltrimetoxisilano), Rhodorsil 10336

(Alquilarilpolisiloxano), Motema 28 (Silicato de etilo).



2.2.2.5.- Consolidantes orgánicos

Los consolidantes orgánicos pueden ser de origen natural, si bien son los

compuestos sintéticos los más empleados. Prácticamente todos estos productos

tienen, además de su carácter consolidante, efecto hidrófugo, debido a su composición

orgánica. Pueden aplicarse en forma de polímeros, disueltos en un diluyente

apropiado, o en forma de monómeros, líquidos o disueltos, que después polimericen

en el interior de la piedra.

Los principales inconvenientes de la consolidación con productos orgánicos

son la penetración debido al gran tamaño de sus moléculas que obliga a diluir el

producto en concentraciones mas bajas con algún solvente; y la resistencia a la

radiación solar y en especial a los rayos UV, que provocan cambios en la coloración,

perdida de propiedades mecánicas, etc.

La penetración de un producto líquido viene condicionada por su viscosidad;

las macromoléculas de un polímero, de elevada viscosidad, tienen una penetración

pequeña si no se diluyen a concentraciones muy bajas. Por otra parte, la evaporación

del solvente en la superficie de la piedra provoca la migración de la solución desde el

interior hacia la superficie, con el resultado de que el polímero se deposita en una

zona muy estrecha.

Los problemas relacionados con la penetración se reducen si se utilizan

monómeros y se polimerizan en el interior de la piedra. Sin embargo, aparecen otros

debidos a las dificultades para que esta polimerización se produzca correctamente en

el interior de la piedra.

El efecto de la radiación ultravioleta depende de los enlaces sobre los que

actúa; prácticamente todos los polímeros orgánicos absorben radiación, pero las

resinas epoxi se alteran con mayor rapidez y en mayor medida.



Los distintos tipos de productos pertenecen a los siguientes grupos:

- Ceras . Las ceras naturales se encuentran entre los primeros productos

empleados para proteger la piedra. Las sintéticas son derivados del petróleo y

destaca especialmente la microcristalina. Tienen muy buenas propiedades

hidrófugas y consolidantes, consiguiendo por ejemplo, la inmovilización de las

sales solubles; pueden aplicarse fundidas o disueltas, y su principal

inconveniente es el ablandamiento a altas temperaturas y la retención de polvo

en este caso.

- Polímeros acrílicos . Son termoplásticos que presentan excelentes propiedades

ópticas (transparencia) y gran resistencia a la acción de los agentes

atmosféricos. Los monómeros más utilizados son derivados de los ácidos

metacrílico y acrílico, produciéndose los polimetacrilatos o los poliacrilatos. En

los productos comerciales son muy frecuentes las mezclas de distintos

monómeros. También se emplean en combinación con los productos

organosilícicos, dando polímeros acrilsilicónicos. Estos productos presentan

grandes ventajas como: una buena adherencia dada por el grupo éster, su

reversibilidad ya que por aplicación de calor puede invertirse el proceso de

polimerización con la posibilidad de eliminar el tratamiento mediante la aplicación

de disolventes, su resistencia a los agentes químicos y microbiológicos y su

buena acción consolidante sin alterar la apariencia externa de la piedra. Un

ejemplo de producto comercial de este tipo es el Acrisil.

- Resinas epoxi. El principal campo de aplicación es como adhesivos y morteros.

Son polímeros líquidos o sólidos que reaccionando con un agente de curado dan

lugar a un plástico termoestable caracterizado por la presencia de un éter cíclico

de tres miembros denominado grupo epoxi. Se utilizan en forma de dos

componentes que se mezclan junto con un catalizador para proceder a su

aplicación. Estas resinas son muy empleadas debido a sus propiedades:

o Entre las ventajas de las resinas epoxi cabe destacar la dureza y rigidez,

las cuales son proporcionadas por los anillos aromáticos, la resistencia a



los agentes atmosféricos, debido al grupo éter, y propiedades adhesivas,

suministradas por el grupo hidroxilo.

o El principal inconveniente que presentan las resinas epoxi es la gran

viscosidad, lo que obliga a la utilización de un solvente (normalmente

cetonas, mezclas de alcoholes e hidrocarburos aromáticos o resinas epoxi

de bajo peso molecular, para lograr penetraciones adecuadas). Estos

diluyentes pueden influir negativamente en alguna de las propiedades

finales del polímero. Además estos productos son muy sensibles a la

radiación ultravioleta que les produce cambio de color y pérdida de las

propiedades mecánicas y de hidrofugación.

- Resinas de estireno poliéster. Son copolímeros formados por la combinación

de varios monómeros, que se aplican disueltos y con un catalizador. Son líquidos

con una viscosidad muy elevada por ello es necesario añadir un compuesto

capaz de rebajar la viscosidad y de permitir el enlazamiento entre cadenas

dando lugar al plástico termoestable. Este producto es el estireno. La

experimentación ha permitido conocer que estos compuestos presentan un buen

comportamiento mecánico y una considerable disminución de la porosidad

accesible al agua, que da lugar a una costra que se desprende fácilmente. Si

bien son resistentes a los ácidos y a los hidrocarburos, la radiación ultravioleta

los afecta en mayor medida que a las resinas epoxi.

- Otros grupos de consolidantes orgánicos son los polímeros vinílicos,

poliuretanos, nylon, resinas fluoradas, etc. Como ejemplo de este tipo de

productos podemos citar los siguientes: Paraloid B72 (Metilacrilato+

etilmetacrilato), Paraloid B44 (Metilacrilato+etilacrilato), Araldit PZ 820 (Derivado

de Bisfenol), Isostar C (Poliuretano), Mowilith (Acetato de vinilo), Stratyl A 228

(Estireno poliéster).



2.2.3.- Hidrofugacion

2.2.3.1.- Consideraciones generales

La hidrofugación se basa en la aplicación de un tratamiento que impida la

entrada de agua líquida en la piedra pero que permita la salida del agua en forma de

vapor, es decir, que mantenga la "respiración" del material. Este tipo de tratamiento

debe utilizarse siempre que el agua sea un factor de alteración importante y

complementándolo con medidas que impidan la entrada de agua por otros frentes:

resane de cornisas, canalizaciones de los desagües de las cubiertas, etc.

La humedad es un factor esencial en el proceso de deterioro de los materiales

de construcción. Los hidrófugos son productos incoloros utilizados para reducir la

absorción superficial de agua de los materiales, sin afectar sensiblemente a su

aspecto.

La entrada de agua líquida se produce normalmente por la superficie, la

penetración de estos tratamientos puede no ser muy grande, aunque sí es

conveniente que no se limite a una fina capa superficial. La alterabilidad frente a los

agentes atmosféricos es muy importante, ya que deben permanecer eficaces en la

superficie de la piedra, y sin afectar al aspecto de la misma.

Esta protección puede conseguirse por medio de:

1. Relleno de los poros y capilares; en este grupo podrían incluirse los llamados

tratamientos de "impregnación total", cuyo objetivo es rellenar completamente

todos los huecos del material. De esta forma, la piedra se conserva impidiendo el

desarrollo de mecanismos de alteración. Este procedimiento ha sido utilizado

con productos acrílicos y sólo es aplicable a objetos pequeños, en los que,

sometiéndolos previamente a vacío puede asegurarse el llenado total de los

poros. Este sistema presenta el inconveniente de que un fallo en una pequeña

zona puede permitir que comience la alteración.



2. Creación de una película más o menos adherida a la superficie del material, con

productos filmógenos o semifilmógenos, la cual aísla a la piedra de los agentes

agresivos presentes en el medio ambiente. Por tratarse de un tratamiento

superficial sólo en casos contados se podría lograr el aislamiento de todas las

caras del material, de forma que los agentes agresivos tendrían la posibilidad de

acceder a su interior con el problema adicional de que no podrían salir. Como en

el caso anterior, sólo es aplicable a objetos pequeños, y también un fallo en la

película puede tener efectos contraproducentes.

3. Disminución de la energía superficial del soporte; el agua no moja al sustrato al

aumentar su ángulo de contacto. Se permite la respiración del material y el

intercambio de vapor de agua con el ambiente. Si el agua líquida accede al

interior del material por una superficie no tratada puede volver al exterior en

forma de vapor.

2.2.3.2.- Características de los hidrófugos

Un tratamiento hidrófugo debe reunir las siguientes características:

a) Impermeabilidad al agua líquida.

b) Permeabilidad al agua vapor, de forma que si el agua consigue penetrar pueda

evaporarse de la piedra y el material no permanezca mojado durante mucho

tiempo.

c) Estabilidad frente a los agentes de alteración y frente a la radiación ultravioleta.

d) Reversibilidad o posibilidad de aplicar un nuevo tratamiento encima.

e) Buena adhesión al material para que no pueda ser eliminado por la lluvia.

f) Suficiente profundidad de penetración.

Las moléculas hidrófugas deben tener un lado carácter hidrofílico por el que se

adhieren a la piedra y por otro lado hidrofóbico que repela la humedad. De esta

manera, se forma una red de moléculas que recubren los granos del material pero sin

obturar los poros y capilares.



2.2.3.3.- Siliconatos

Son compuestos basados en monómeros del tipo:

donde R es un radical alquilo (orgánico) y Me un metal alcalino

La reacción que tiene lugar en la piedra comienza con la hidrólisis

continuando con la polimerización, quedando un radical alquilo unido a cada átomo de

silicio.

La polimerización es bastante lenta y sólo se produce bien en materiales muy

porosos. Tienen el inconveniente de la formación de carbonatos alcalinos, muy

solubles.

Estos compuestos se reemplazan por resinas de silicona debido a su lenta

polimerización, su corta duración y por la formación de carbonatos alcalinos que al

permanecer en la piedra, aumentan la higroscopicidad acelerando por tanto, los

procesos de alteración de la misma.



Los siliconatos mas utilizados son los de potasio, por ser muy resistentes a las

heladas y porque en su transformación producen carbonatos potásicos, menos

perjudiciales para la roca que los sódicos

2.2.3.4.- Productos organosilícicos

Pertenecen al mismo grupo de los vistos como consolidantes. Son compuestos

basados en monómeros en los cuales existen radicales alquilo. Gracias a su baja

viscosidad, forman en los poros del material películas muy finas caracterizadas por su

gran hidrofobicidad, duración y resistencia a los agentes atmosféricos, la luz, los

productos químicos, microorganismos y variaciones de elevada temperatura. Suelen

ser compuestos con doble comportamiento, hidrófugo y consolidante.

2.2.3.5.- Productos organometálicos

Son sales de ácidos grasos superiores y de iones metálicos, fundamentalmente

sodio, potasio, magnesio, cinc y aluminio. Se han utilizado para el tratamiento de

edificios modernos, pero su aplicación a monumentos es escasa. El más empleado es

el estearato de aluminio. Pueden aplicarse en solución acuosa o en solventes

orgánicos, obteniéndose una hidrofugación más marcada en este último caso.

2.2.3.6.- Polímeros orgánicos

Se trata de los mismos productos utilizados como consolidantes. Los más

adecuados para su uso como hidrorrepelentes son aquellos más estables frente a los

agentes de alteración, ya que deben permanecer eficaces especialmente en la

superficie.

Los productos destacables de este tipo son las resinas acrílicas, las resinas

epoxi, los poliésteres, las resinas termoestables y los fluorcarbonados



2.2.4.- Elección de los tratamientos

La variedad de productos hidrofugantes existentes en el mercado es amplia, y

rápida la velocidad con que surgen nuevos compuestos. Los tratamientos se han

seleccionado atendiendo a sus propiedades primarias y secundarias. Aparte de estas

propiedades se han tenido en cuenta las siguientes condiciones:

- Productos de bajo peso molecular si el material al que se aplica tiene numerosos

capilares finos, para que penetre mejor.

- Productos resistentes a condiciones elevadas de pH si se aplican a hormigones

o morteros nuevos.

- En superficies no porosas es recomendable el uso de silanos ya que provocan

menos manchas al eliminarse por evaporación.

- Se deben utilizar productos capaces de penetrar en soportes húmedos como los

silanos y siloxilanos disueltos en alcohol.

- Productos con acción funguicida si se aplica en lugares umbríos.

2.2.5.- Aplicación y evaluación de tratamientos

El paso previo a la aplicación de los tratamientos es la preparación y secado de

las muestras. Las probetas a estudiar deben ser limpiadas, de posibles mugos, de

restos de material depositado al cortar, etc.

El modo de aplicar los tratamientos es un aspecto muy importante, ya que

puede condicionar de forma decisiva la evolución de la piedra tratada. El éxito de un

tratamiento depende, en primer lugar de la profundidad de penetración y de la

distribución del producto en el interior de la piedra. Los principales factores que

influyen en la penetración de los productos de tratamiento en la piedra porosa son:

• La naturaleza de la materia activa y del disolvente.

• La concentración, viscosidad y tensión superficial de la solución.



• El tiempo de contacto entre la piedra y la solución.

• Las condiciones de temperatura y humedad relativa del ambiente.

• La porosidad de la piedra.

Las firmas comerciales que suministran los productos de tratamiento suelen

facilitar datos sobre los factores que se acaban de mencionar.

La aplicación de los productos puede hacerse con nebulizador, pincel, apósitos

y gota a gota. Los dos primeros procedimientos son los más ampliamente utilizados; el

resto suele reservarse para zonas concretas, con problemas más específicos.

En laboratorio los productos suelen aplicarse por: capilaridad, inmersión total,

inmersión total al vacío, gota a gota, en autoclave, por nebulización, etc. Cuando se

hacen pruebas experimentales en el laboratorio para valorar la idoneidad de los

tratamientos, conviene aplicar éstos con los mismos procedimientos que se van a

emplear en la obra.

En trabajos de mayor contenido científico, cuando se pretende estudiar las

propiedades y durabilidad de diferentes sistemas piedra-tratamiento, es conveniente

utilizar varios procedimientos de aplicación, a fin de disponer de los correspondientes

patrones de comportamiento como referencia.

Los disolventes más frecuentemente utilizados son: agua, alcohol, acetona,

white spirit, tricloroetano, tolueno y xileno. Algunos de ellos son tóxicos, por lo que

deben tomarse las debidas precauciones. Otros son contaminantes y su vertido a la

atmósfera puede perjudicar la capa de ozono, por lo que las empresas químicas que

los fabrican están diseñando una nueva generación de productos denominados

emulsiones.

Las emulsiones son productos de dos fases, el producto activo y el agua en la

cual dicho producto viene emulsionado. Antes de aplicar una emulsión suele diluirse

nuevamente en agua para facilitar su penetración. La ventaja de las emulsiones es



que no son tóxicas ni contaminantes. El inconveniente es que suelen tener una

caducidad más corta que el resto de los productos, por lo que deben aplicarse lo antes

posible (antes de tres meses) después de se preparación.

El comportamiento del producto polimerizado es similar al resto de los

productos con idénticos principios activos. Sin embargo, hasta la actualidad la

experimentación de estos productos aplicados a la piedra es escasa.

Tras la aplicación de consolidantes o hidrófugos debe dejarse el tiempo

suficiente para el secado de los tratamientos, con objeto de que tenga lugar la

evaporación del disolvente y la polimerización del producto activo, cuando se empleen

tratamientos en forma de monómeros u oligómeros. La duración de esta etapa

depende en parte de la volatilidad del disolvente que se emplee, la cual no debe ser

excesiva para que el producto activo tenga tiempo de precipitar y fijarse sobre los

granos de la piedra y no retorne hacia la superficie. El curado puede realizarse en

condiciones de temperatura y humedad relativa controladas y constantes, de forma

que se pueda reproducir el proceso, o simplemente en un recinto con ventilación para

eliminar los productos que se vayan evaporando. Es conveniente que la temperatura

no sea muy elevada para que el secado no sea excesivamente rápido.

El control de este proceso se realiza siguiendo la evolución del peso de las

probetas; los productos que se aplican en forma de monómeros tardan como mínimo

15 días en curarse y bastante menos, unos 5 días, los que se utilizan como polímeros.

Hay que tener en cuenta también que estos datos pueden variar bastante en función

de la volatilidad del disolvente que se emplee.

Después de finalizada la aplicación de los tratamientos se pueden estudiar

diversas características de las probetas, que proporcionan información sobre lo que

ocurrirá en la aplicación real y sobre el comportamiento futuro del material; entre ellas

las más interesantes serían:



- Textura y características de la superficie del material después de la limpieza o

aplicación de biocidas

- Profundidad de penetración de consolidantes o hidrófugos

- Incremento de peso de la probetas en estos casos

- Morfología de la película del producto depositado sobre la piedra.

El primer paso en la evaluación de los tratamientos, propiamente dicha, sería

determinar cómo se modifican algunas características intrínsecas del material. Las

propiedades que se estudian en un primer momento son el color y el aspecto

superficial (normalmente oscurecimiento y aparición de brillo) de la piedra pueden

verse modificados al cambiar la forma en que se refleja la luz.

La eficacia de cualquier tipo de tratamiento se determinará a través de la

medida de alguna característica que sea significativa del objetivo que se quiere

conseguir.

2.- CARACTERÍSTICAS DE ESTUDIO DE LOS...

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