Gómez, L. et al. Nanopartículas consolidación mat. pétreos. 2011

8/3/2019 Gmez, L. et al. Nanopartculas consolidacin mat. ptreos. 2011

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La Ciencia y el Arte III

Ciencias experimentales y conservacin del patrimonio

Ministeriode Cultura


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Aplicacin de nanopartculas a la consolidacindel patrimonio ptreoLuz Stella Gmez -VillalbaGrupo de Petrologa Aplicada a la Conservacin de Patrimonio, Instituto de Geociencias (CSIC-UCM)

[email protected]

Paula Lpez-ArceGrupo de Petrologa Aplicada a la Conservacin de Patrimonio, Instituto de Geociencias (CSIC-UCM)[email protected]

Rafael FortCoordinador del Grupo de Petrologa Aplicada a la Conservacin del Patrimonio

del Instituto de Geociencias (CSIC-UCM)

[email protected]

Mnica lvarez de BuergoGrupo de Petrologa Aplicada a la Conservacin de Patrimonio

Directora Tcnica del Laboratorio de Petrofsica, Instituto de Geociencias (CSIC-UCM)

[email protected]

Ainara ZornozaGrupo de Petrologa aplicada a la Conservacin del Patrimonio, Instituto de Geociencias (CSIC-UCM)

[email protected]

ResumenLa nanociencia ocupa una gran variedad de campos deinvestigacin y aplicaciones debido a que en los nano-materiales muchas de sus propiedades son modificadas omejoradas por efecto de la reduccin en el tamao. Unode los principales aspectos en conservacin de bienesdel patrimonio cultural es el de minimizar o repararel deterioro de los materiales ptreos, como resultado

de su exposicin ante diferentes agentes agresivos y alpaso del tiempo. En el presente trabajo se resumen losresultados de las principales aplicaciones de nanomate-

riales a la conservacin del patrimonio ptreo. Se realizauna descripcin de los diferentes mtodos de sntesis denanopartculas, especialmente enfocado a los tratamientosbasados en nanopartculas de hidrxido de calcio sobrerocas carbonticas (dolomas) y de las diferentes tcnicasde caracterizacin de los consolidantes y del sustratoptreo. Adems, se describen las nuevas tcnicas emplea-das para evaluar la efectividad de los tratamientos, entrelas cuales se mencionan las relacionadas con la rugosidad,

la resonancia magntica nuclear, la tomografa de rayosX computerizada, la espectroscopa raman- confocal yla resistencia a la perforacin (midrodrilling).


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Palabras claveNanotecnologa, patrimonio ptreo, conservacin, conso-lidacin, nanopartculas, piedra.

Abstract

Nanoscience deals with a large diversity of research fieldsand applications due to in the nanomaterials most oftheir properties are modified or improved by the effectof the reduction in size. One of the main aspects in

conservation of cultural heritage properties is to minimizeor repair the decay of stone materials as a result of theirexposure to different destructive agents and the courseof time. In this work the results of the main applicationsof nanomaterials to the conservation of the stone heritageare summarized. A description of different methods ofsynthesis of nanoparticles is achieved, mainly focusedon the treatments based on nanoparticles of calciumhydroxide on carbonate rocks (dolostones) and the

different characterization techniques for consolidatingproducts and stone materials. Furthermore, newtechniques used to assess the effectiveness of treatmentsare described, such as roughness, nuclear magneticresonance, computed x-ray tomography, Confocal Ramanmicroscopy and drilling resistance.

Keywords

Nanotechnology, stone Heritage, conservation, consoli-dation, nanoparticles, stone.

Introduccin

El principal material constituyente del patrimonio arqui-tectnico y escultrico es la piedra, y dentro de la inmensavariedad de materiales ptreos, las rocas carbonticas

como las dolomas y las calizas tienen una gran represen-tacin. Este tipo de materiales ptreos est sometido a dife-rentes procesos de deterioro, tanto por las caractersticasintrnsecas de los mismos, principalmente su mineralogay textura, como por agentes extrnsecos (fig. 1).

Dentro de los agentes extrnsecos, existen una serie decontaminantes de origen atmosfrico procedentes tantode fuentes de contaminacin natural como antrpica.Los contaminantes atmosfricos (SO

2, NOx, COx, CFC,

CH4), partculas en suspensin, etc (Fort, 2007a), juntocon el agua, constituyen uno de los agentes de deterioroms agresivos para los materiales ptreos, provocando

la degradacin y alteracin de los minerales por fen-menos fsicos de ruptura y desagregacin, afectando alsistema poroso.

Los procesos resultantes de esta interaccin entre

agentes extrnsecos e intrnsecos deriva en mecanismosde degradacin como disolucin, precipitacin, recrista-lizacin, hidrlisis, etc., que implican cambios mineral-gicos y texturales de los materiales, y una prdida fsicade material y por tanto del valor histrico y cultural delos elementos patrimoniales. Para remediar este hecho,se utilizan productos consolidantes, cuya misin es lade restablecer la cohesin perdida. Los productos quese han venido utilizando hasta la fecha han sido de

naturaleza orgnica (bien naturales o sintticos), inorg-nica o mixtos (organo-minerales). La eficacia de dichosproductos depende de las caractersticas del substratosobre los que se aplique, de las propiedades del productoen s, de la compatibilidad producto-substrato, y de lastcnicas, mtodos y condiciones de aplicacin, entre otrasmuchas variables.

Respecto a los productos orgnicos y organo-minerales(tambin conocidos como organosilcicos), stos pueden

resultar eficaces a corto y medio plazo. El principal proble-ma que presentan es su durabilidad en el tiempo (Fort,2007b) ya que al poseer una naturaleza distinta a la delsubstrato mineral, sus propiedades son distintas y sucomportamiento en el tiempo tambin diferente, es decir,evolucionan de forma desigual. Es conocido el hecho dela necesidad de reaplicacin peridica de este tipo deproductos para conseguir una efectividad y durabilidada largo plazo. Por todo ello parece razonable emplear

productos que sean ms idneos y compatibles con lanaturaleza mineralgica del substrato ptreo deterioradoque se quiere consolidar. As, uno de los consolidantes

Figura 1. Prdida de cohesin en rocas carbonticas del claustro de la

Catedral de Cuenca.


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Aplicacin de nanopartculas a la consolidacin del patrimonio ptreo

inorgnicos ms conocidos desde tiempos histricos esel hidrxido clcico (Ashurst y Dimes, 1990; Rodrguez-Navarro et al. 2005). El mtodo se basa en el hecho de quecuando el hidrxido clcico se expone al CO

2atmosfrico

en condiciones de humedad, se produce su carbonatacin,reaccionando y transformndose en carbonato clcico.Sin embargo, este mtodo ha resultado en muchos casosinsatisfactorio por la escasa penetracin de la disolucinen el interior del material ptreo y su imposibilidad portanto para conseguir una consolidacin completa de laparte deteriorada del material (Price et al. 1988).

El desarrollo en los ltimos aos de la nanociencia yla nanotecnologa ha abierto la posibilidad a diferentes

reas cientficas. Esta nueva ciencia posibilita nuevasaplicaciones de los materiales que anteriormente eraninviables, ya que a escala nanomtrica el comportamientode los materiales se ve modificado como resultado de lareduccin del tamao de partcula. La nanotecnologaaporta a la ciencia de la conservacin del patrimoniocultural nuevos productos que mejoran las propiedadesde proteccin y consolidacin de los materiales, con

ventajas muy superiores a otros tratamientos tradicionales.

La sntesis de nanopartculas de Ca(OH)2y su utili-zacin como producto consolidante de rocas carbon-ticas resuelve algunos de los problemas que presentael hidrxido clcico de tamao micromtrico, como suincompleta conversin a carbonato clcico, alteracionescromticas tras el tratamiento o la escasa profundidad depenetracin en el sustrato poroso (Danielle et al. 2008).

De todos los posibles sectores y campos de aplicacin,resulta por tanto oportuna la utilizacin de la nanocien-

cia y la nanotecnologa en el proceso de conservacinde bienes del patrimonio ptreo y que constituyen elprincipal objetivo de este artculo.

Los nanomateriales

Un nanomaterial se define como aquel material que poseeunas caractersticas estructurales donde al menos una desus dimensiones est en el intervalo de 1-100 nanme-tros. Su dimensin es inferior al tamao de una clula,e incluso su tamao est por debajo de una partcula devirus, de una protena o del ADN (fig. 2). A escala nano-mtrica, hay un mayor confinamiento en los tomos, detal manera que el nmero de tomos es mucho mayoren relacin con el volumen que ocupa, lo que facilita el

disponer de un rea especfica superficial mayor parala interaccin molecular y por tanto pudindose llegar aincrementar su velocidad de reaccin.

Esta distincin fsica permite obtener propiedades ycaractersticas nuevas, singulares, que nunca antes hansido vistas en los materiales comunes (Gmez, 2008).Lo interesante a nivel nanomtrico es que gran parte delos fenmenos fsicos suceden en intervalos de longitu-des de onda a esa escala, afectando a propiedades tan

diversas como el magnetismo (Hernando et al.,2006),el color, o la conductividad de los materiales (Miranda,2006). Por ejemplo, un cubo de oro de 1 cm de ladonormalmente es amarillo; sin embargo, al disminuirsu tamao hasta el orden nanomtrico se observararojo (Hernando et al.,2006) Existen muchos ejemplosde nuevos materiales nanofsicos (tambin llamadosnano estructurados) y entre ellos puede mencionarse losnanotubos de carbono, un material con una estructura

de tipo grafito enrollado, cuyas propiedades mecnicas,elctricas y trmicas excepcionales lo convierten en unode los ms prometedores para ser aplicado en diferentescampos de la investigacin. El nano-TiO2 que al teneruna mayor proporcin de tomos superficiales presentamejores propiedades catalizadoras que el meso-TiO2.Otros ejemplos son el nano-ZrO2 y la nano-Al2O3 olos nanometales que son sensiblemente ms duros quelos meso-metales (Gmez, 2008).

Se han documentado casos muy antiguos de la utili-zacin de materiales nanoestructurados obtenidos emp-ricamente con pruebas ensayo-error, an en la poca delos romanos, quienes fabricaban vidrios de nanopartculasmetlicas ya en el siglo IVantes de Cristo. La copa de Licur-go es un claro ejemplo de ello; dicha copa se encuentraen el Museo Britnico de Londres y contiene partculasde oro y plata de unos 50-70 nanmetros de dimetro,distribuidas en el interior del vidrio. Estas nanopartculas

hacen que la copa sea verde al ser iluminada con luzreflejada y roja al iluminarse con luz transmitida. Estatcnica tambin fue utilizada posteriormente en vidrieras

Figura 2. Escala microscpica y nanoscpica en diferentes partculas y su

relacin con el tamao.


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de catedrales y en fotografa, donde las nanopartculasde plata han sido fundamentales como elemento sensiblea la luz (Miranda, 2006).

Procesos de sntesis de nanopartculas

Uno de los principales retos de la nanotecnologa est enla obtencin de nanopartculas o materiales nanoestruc-turados que sean adecuados para su utilizacin segn eltipo de aplicacin. Los mtodos de sntesis se basan en dosconceptos: tcnicas Break down (de arriba hacia abajo y

tcnicas Bottom up (de abajo hacia arriba). En el mtodoBreak down las nanopartculas son obtenidas medianteprocesos de miniaturizacin aplicando diferentes tcni-cas como la molienda mecnica, o la descomposicintrmica. En los procesos bottom up se trata de sintetizarnanopartculas mediante el depsito y crecimiento decristales a partir de soluciones en fase lquida o vapor,como son los mtodos de sol-gel, el mtodo de spraypirlisis (Milosevic et al. 2010; Gmez, 2008) o mediante

mtodos de precipitacin qumica. Actualmente tanto elsol-gel como la precipitacin qumica han sido aplicadoscon xito en la obtencin de xidos de magnesio (Derczet al. 2007) y calcio y nanoslice (Mosquera et al. 2008)para ser aplicados en restauracin y conservacin debienes del patrimonio cultural. Dependiendo de las condi-ciones de sntesis, las partculas pueden llegar a estaragregadas o no agregadas siendo comn la formacin dedefectos producidos por la liberacin de tensiones dentro

de los materiales y por tanto la presencia de materialamorfo. Este material amorfo se transforma posteriormen-te en fases ms estables cristalinas mediante la aplicacinde tratamientos adicionales. Otras tcnicas de sntesiscomo el mtodo lser para obtencin de nanopartculas(Schaaf, 2007) o los mtodos de spray pirlisis puedenigualmente ser utilizadas en tratamientos de conservacin.

Tcnicas de caracterizacin de los

nanomateriales

El vertiginoso avance de la nanotecnologa est directa-mente relacionado con el desarrollo de equipos de carac-terizacin, gran parte de ellos con el perfeccionamientode las diversas tcnicas de microscopa desde la llegadade la microscopa de tnel en los aos ochenta del siglopasado hasta el perfeccionamiento de la microscopaelectrnica de transmisin y barrido de alta resolucin

donde hoy en da la visualizacin de partculas atmicasse ha convertido en una rutina de trabajo. La utilizacinde otras tcnicas como la microscopa Raman-confocal y

espectrometra micro-Raman, la microscopa de Fuerzaatmica (AFM), la difraccin de rayos-X, la difraccin deneutrones o de electrones, la microscopa electrnica debarrido convencional y ambiental y su progresivo avanceen cuanto a poder de resolucin han permitido detectarel tamao y forma de las nanopartculas, su composicinqumica y los cambios de fase cristalina, el estado de susuperficie o de los defectos estructurales a nivel atmico.

Nanopartculas en la restauracin delmaterial ptreo

La petrologa se ha convertido en una disciplina bsicapara el avance en la investigacin y conservacin delpatrimonio arquitectnico y monumental, en las causasque generan su deterioro, as como en las tcnicas deconservacin y proteccin ms adecuadas en funcinde las caractersticas petrofsicas y del entorno en quese encuentran los materiales ptreos (Fort et al. 2008).

Para frenar o ralentizar su deterioro, la restauraciny consolidacin de estos materiales se hace en estoscasos necesaria.

Durante la dcada de 1960 se aplicaron diversosconsolidantes orgnicos sintticos como resinas poli-mricas, basndose en la idea de que los tratamientosde consolidacin ms apropiados deben ser reversibles,los productos deben proporcionar mxima durabilidade inercia qumica y a su vez deben ser lo ms compatible

posible con los materiales a tratar. Numerosas expe-riencias a lo largo de estos aos han mostrado que unagran mayora de los polmeros pueden producir daosadicionales a medio y largo plazo acelerando su deterioro(Ashurst y Dimes, 1990; Feller, 1994; Carreti y Dei, 2004;Varas et al. 2007).

Uno de los consolidantes inorgnicos ms conocidosdesde tiempos histricos, utilizado para restablecer lacohesin perdida de los materiales ptreos del patri-

monio arquitectnico es el hidrxido de calcio. Cuandoste se expone al CO2

atmosfrico en condiciones dehumedad, se produce la carbonatacin, reaccionando ytransformndose en carbonato clcico.

Con el fin de solucionar o prevenir los problemas rela-cionados con el deterioro de las superficies en bienes delpatrimonio, se ha optado por la utilizacin de solucionesy emulsiones basadas en nanopartculas. Las nanopart-culas presentan caractersticas qumicas y estructurales

especficas que al estar en contacto con las superficiesde diferentes materiales pueden producir reacciones conlos constituyentes propios del material modificando la


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superficie de los mismos. Dentro de los factores funda-mentales en el proceso de tratamiento deben tenerse encuenta tanto el control del efecto del tamao, como dela estructura atmica y de la composicin qumica. Lamodificacin de alguno o de todos estos factores influyedeterminantemente en la modificacin de las caracters-

ticas del material a tratar.La utilizacin de nanopartculas de hidrxidos de dife-

rentes elementos qumicos se ha convertido en la principalherramienta para tratar los materiales en restauracin yconservacin debido a la estructura cristalina de redestpicas de estos materiales. Dentro de las nanopartculas,son bastante comunes los hidrxidos de calcio (Ca(OH)

2)

y de magnesio (Mg(OH)2)utilizados en restauracin de

piedra (Danielle et al. 2008; Lpez-arce et al. 2010), en

pinturas murales, lienzos, en papel y en madera (Gmez-Villalba et al. 2010; Giorgi et al. 2005; Baglioni y Giorgi2006). Los hidrxidos de estroncio (Sr(OH)

2), son utilizados

para la eliminacin de sales en piedra, pinturas muraleso enlucidos (Ciliberto et al. 2008). Debido a su carcterbsico, estos materiales al entrar en contacto con super-ficies que han sufrido procesos de acidificacin, comoson los producidos por agentes de deterioro en piedra detipo carbonatada (caliza, doloma, mrmol), en morteros,

cermicos, etc. (Giorgi et al. 2009), pueden modificarel pH y conducir a su des-acidificacin. La atomizacindirecta de suspensiones alcohlicas de nanopartculas y

la posterior monitorizacin del proceso de degradacincon base en los cambios en el pH permiten neutralizar oinhibir la acidez. La utilizacin de soluciones alcohlicasdebido a su carcter voltil, a su baja tensin superficial,a su fcil capacidad de penetracin y al respeto al medioambiente, aseguran la homogeneidad y profundidad depenetracin neutralizando la acidez y reduciendo la cin-tica del proceso de degradacin (Giorgi et al. 2005).

La utilizacin de nanopartculas de Ca(OH)2para la

consolidacin de materiales ptreos carbonatados vienemarcado por una serie de mejoras en sus propiedades

para garantizar el xito del proceso como son la morfo-loga y el tamao de los cristales, la tasa y el efecto dela carbonatacin en el crecimiento cristalino y en elgrado de cristalinidad, el control de la profundidad depenetracin, la concentracin de la solucin, aditivosy disolventes, y las cuestiones de solubilidad de losproductos (Hansen et al. 2004).

En el caso de rocas silceas, granitos y algunos tiposde areniscas, se han empleado nanopartculas de slice

mezcladas con compuestos orgnicos tipo silanos los cualesmediante procesos de sol-gel polimerizan in situ dentrode la piedra incrementando su cohesin(Kim et al. 2008).Igualmente se han aplicado recubrimientos basados ennanopartculas de slice y polmeros sobre superficies demrmoles que a la vez que protegen de la accin hdricamodifican la rugosidad del material deteriorado (Manoudiset al. 2007). Sin embargo, no todos los tratamientos concompuestos orgnicos utilizados como hidrfobos han

resultado exitosos. La mezcla de productos comercialesorgnicos tipo siloxanos tales como el Rhodorsil o el Porosilcon nanopartculas de SiO

2, Al

2O

3, SnO

2y TiO

2producen

modificaciones en el color y por tanto daos estticos enla superficie de mrmoles (Manoudis et al. 2009). Recien-temente, se han realizado ensayos en morteros de cal ypuzolanas agregando nanopartculas de slice con el finde evaluar cambios en la capilaridad (Stefanidou, 2010). Laaccin de las nanopartculas proporciona una proteccin

superficial, con lo que se consigue mejorar las propieda-des hidrofugantes de los materiales (Malaga et al. 2006).

Las nanopartculas de hidrxido de calcio

y su efectividad en la consolidacin de

materiales ptreos

Actualmente en el mercado se dispone de diversosproductos comerciales basados principalmente en produc-

tos de sntesis a partir de mtodos coloidales. La mayorade los estudios han estado encaminados a evaluar laestabilidad de los productos ante diferentes factores tales

Figura 3. Imgenes de TEM de consolidantes basados en soluciones coloi-

dales de nanopartculas de Ca(OH)2 a 5g/l (a) y a 1,5g/l (b). Imgenes deESEM de los mismos productos pasados 14 das a 75% de humedad relativa,

a 5g/l (c ) y a 1,5g/l(d).


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como la humedad relativa, el tiempo, el tipo de solvente

utilizados y su concentracin. Todos estos factores enconjunto actan de manera diferente sobre el sustratoptreo al cual se ha aplicado.

Dentro de ellos, el Nanorestore ha sido desarrolladoen la Universidad de Florencia (CSGI Consortium) (Dei ySalvadori, 2006) y aplicado con xito para consolidar rocascarbonticas. Su efectividad como producto consolidantetambin ha sido evaluada mediante tcnicas no destruc-tivas, demostrando las mejoras en las propiedades fsicas

e hdricas de los materiales tratados(Lpez-Arce et al.2010). Se ha comprobado que atmsferas ms hmedasdan lugar a una mayor y ms rpida carbonatacin concristales de mayor tamao que atmsferas ms secas(fig. 4) (Lpez-Arce et al. 2011). CaLosil es otro productoque ofrece similares resultados y que ha sido desarrolladopor el Instituto Alemn IBZ-Freiberg (Ziegenbald, 2008).

Factores que afectan la estabilidad de los consolidantes

basados en nanopartculas de hidrxido de calcio

Como todos los productos utilizados en tratamientos deconsolidacin, los consolidantes basados en nanopart-culas son susceptibles a diferentes agentes extrnsecos eintrnsecos que influyen en su estabilidad y que puedenllegar en un momento dado a alterar sus propiedadesespecficas. Es por ello que los mismos factores que afec-tan a la superficie ptrea como son la humedad relativa,

el tiempo de exposicin, los cambios de temperatura,son algunos de los factores que pueden influir en sueficacia y rendimiento.

Dentro de los estudios que se vienen realizando enel grupo de Petrologa Aplicada a la Conservacin delPatrimonio del Instituto de Geociencias, se ha procedidoa evaluar la estabilidad de los consolidantes basados ensoluciones coloidales alcohlicas de nanopartculas dehidrxido de calcio frente a diferentes aspectos comoson: la humedad relativa, el tiempo de exposicin, eltipo de disolvente y la concentracin.

El objetivo es evaluar los diferentes parmetros conel fin de establecer las condiciones ms idneas paraobtener una consolidacin estable, duradera, sin efectos

dainos sobre el sustrato ptreo al cual ha de ser aplicado.Mediante microscopa electrnica de transmisin

(TEM) (fig. 3a y 3b) se ha podido identificar el tamaode las nanopartculas (40-120nm), teniendo en cuentaque los dos productos disueltos en alcohol isoproplicopresentan una concentracin diferente. Uno de elloscon mayor concentracin (5g/l) que el otro (1,5g/l).Aunque en los dos materiales de partida se ha confir-mado mediante difraccin de electrones la presen-

cia de la portlandita (Ca(OH)2), se deduce que a unaconcentracin mayor se haya producido una mayoraglomeracin. Por otro lado, el material ms concentrado(fig. 3a) adems de estar aglomerado ha desarrolladocierta orientacin preferencial. En la solucin ms diluida(fig. 3b) los cristales no estn agregados y se distribu-yen aleatoriamente sin desarrollar ninguna direccinde crecimiento.

Al exponer las dos soluciones a una humedad rela-

tiva del 75% durante 14 das, el proceso de carbonata-cin es diferente y se manifiesta en la nucleacin dediferentes polimorfos de carbonato de calcio, siendolos ms comunes en estas condiciones de humedad lacalcita, el aragonito, la vaterita y la monohidrocalcita.Esta ltima, un carbonato de calcio hidratado con unamolcula de agua en su estructura. Cada uno de ellosdesarrolla diferente hbito cristalino y presenta una

velocidad de crecimiento diferente dependiendo de las

condiciones de humedad y el tiempo de exposicin.Con la tcnica de microscopa electrnica de barridoen modo de operacin ambiental (ESEM), se ha conse-guido identificar los diferentes polimorfos de carbonatode calcio a la vez que mediante el detector de energadispersiva de rayos X (EDX) se ha conseguido cuantifi-car los elementos qumicos presentes para confirmar laformacin de carbonato de calcio tanto del producto conmayor concentracin (fig. 3c) como del otro producto

en concentracin menor (fig. 3d).Diversos estudios se han realizado para obtenerun control estructural de las fases cristalinas formadas

Figura 4. Patrones de difraccin de rayos X de un producto de nanopar-

tculas de Ca(OH)2 disuelto a 20g/l y a 1,5g/l expuesto a humedades del

90% y 54% durante 14 das.


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(Lpez-Arce et al. 2010b; Gmez-Villalba et al. 2010;Lpez-Arce et al. 2011). Mediante la tcnica de difraccinde rayos X (DRX) (figura 4) se han identificado variacio-nes en el proceso de carbonatacin teniendo en cuentaparmetros como la concentracin de las soluciones, lahumedad relativa y el tiempo de exposicin. En la figura 4se muestran los patrones de DRX de un producto conso-lidante basado en nanopartculas de Ca(OH)

2expuesto a

humedades relativas del 90% y del 54%. En este caso sevari adems de la humedad relativa su concentracin,siendo de 20g/l y de 1,5g/l. El proceso de carbonatacin

es diferente y en una humedad del 54%, el productocon una concentracin de 20g/l, pasados 14 das de suexposicin, an no ha conseguido su transformacin acarbonatos y slo se identifican los mximos de difraccintpicos de la portlandita. Diferente situacin se presenta siel producto ha sido diluido al 1,5g/l donde la carbonata-cin se confirma por la formacin de la vaterita, aunquean no ha alcanzado su estabilidad, como lo supondrala nucleacin de la calcita, la ms estable de los tres

polimorfos anhdros de carbonato de calcio.En el caso de una humedad relativa ms alta al 90%, la

nucleacin de la calcita se ha conseguido ms rpido en elconsolidante con una concentracin de 1,5g/l respecto ala del consolidante a 20g/l, donde escasamente empiezaa aparecer el pico ms intenso de la calcita.

Las diferencias en el proceso de carbonatacin delas nanopartculas vienen asociadas a varios factoresentre los cuales son fundamentales la presencia de CO

2

en el ambiente y la presencia de agua (en fase lquida ovapor) como acelerador del proceso. Es por ello que hayuna diferenciacin en la nucleacin y crecimiento de lasdiferentes fases minerales. Adems, la misma forma delos patrones de difraccin manifiesta que el grado decristalinidad es diferente, bien sea por la formacin depicos bien definidos y estrechos o por la presencia depicos anchos y de baja intensidad ms tpicos de muestrascon bajo grado de cristalinidad.

Valoracin de los tratamientos conconsolidantes basados en nanopartculas

Para evitar los problemas de incompatibilidad de lostratamientos sobre los diferentes tipos de sustrato ptreose han aplicado tcnicas de valoracin de la efectividade idoneidad de los tratamientos de proteccin en los

monumentos, por medio de una metodologa sencillay rpida que permite realizar una valoracin del trata-miento ms adecuado a las caractersticas petrofsicas

de los materiales a observar (lvarez de Buergo y Fort,2001; Fort et al. 2008) destacando trabajos especficos de

utilizacin de tcnicas microscpicas y nuevas tecnologasentre las cuales se encuentran la espectroscopa Raman,la tomografa de rayos X computerizada, la evaluacinde la rugosidad, la resonancia magntica nuclear y laresistencia a la perforacin (microdriling).

Anlisis petrogrfico: Microscopa ptica

y microscopa electrnica

Un aspecto fundamental para valorar el efecto de los trata-mientos de consolidacin consiste en tener una caracteri-zacin muy completa del material ptreo al cual va a ser

Figura 5. Aspecto de la doloma sin tratamiento en microscopio petrgr-

fico (luz transmitida -polarizadores cruzados) (a), en microscopio ESEM (b).


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aplicado. El estudio petrolgico incluye una metodologaque va desde la utilizacin de microscopios petrogrficoshasta la utilizacin del microscopio electrnico de barridopara poder complementar la informacin.

Dentro de las tcnicas microscpicas utilizadasactualmente en ciencia de la conservacin, la micros-

copa ptica de polarizacin con luz transmitida (MOP)o microscopa petrogrfica supone una tcnica de granutilidad y que presenta considerables ventajas. As,requiere una mnima cantidad de muestra, presenta unrelativo bajo coste y aporta mucha informacin (Villegasy Sebastin 2003), tanto de la mineraloga del materialcomo del grado de alteracin, informacin sobre susistema poroso y otros datos texturales.

Para la caracterizacin petrogrfica de los materiales

mediante su observacin e interpretacin al MOP serequiere de la elaboracin de lminas delgadas (mues-tras con una superficie variable, aunque suelen ser de

aproximadamente 3x2 cm2

y un espesor de 30 micr-metros) a partir de las muestras del material a estu-diar. Es posible analizar muestras de menor tamao, omuestras que presenten cierta descohesin y/o grado dedeterioro, mediante su previa consolidacin con resinaepoxy (embutido). La identificacin de las fases mine-rales puede facilitarse mediante tinciones especficasy diferentes para cada variedad ptrea, siendo las msutilizadas la de cobaltonitrito sdico, para diferenciar

el feldespato potsico de los feldespatos calcosdicos(en el caso de rocas silicatadas), y la tincin de rojo dealizarn, para distinguir los constituyentes carbonticos(dolomita y calcita) en el caso de rocas carbonatadas.Igualmente se recurre a la impregnacin del materialcon azul de metileno para la mejor visualizacin delsistema poroso o de cromforos, como la fluorescena,para ser analizado el sistema poroso por medio de unMicroscopio de fluorescencia.

Un ejemplo de una imagen de MOP se presenta enla figura 5a, correspondiente a la doloma de Reduea,donde se identifican tanto los cristales de calcita, de

Figura 7. Imgenes en microscopio Raman- Confocal de la doloma tratada

con nanopartculas de Ca(OH)2 (5g/l), (lser= 532 nm, 50x). Espectros

Raman a un da y a un mes con el tratamiento de consolidacin.

Figura 6. Doloma antes del tratamiento (a), la lnea indica la regin del

perfil ptico (b). Despus de 14 das de tratamiento con nanopartculas de

Ca(OH)2 (c), con el perfil ptico correspondiente (d). Micrografas de ESEM.


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dolomita, como la presencia de poros. La porosidad esfundamentalmente inter-cristalina (20%) y se identifi-can poros de formas sub-redondeadas y alargadas loscuales a menudo sufren coalescencia llegando a alcanzardimetros superiores a 1mm de dimetro (Fort et al.2008b; Lpez-Arce et al. 2010b).

Como complemento al estudio petrogrfico de luzpolarizada, se utiliza la microscopa electrnica de barri-do (SEM). Con esta tcnica se pueden alcanzar resolu-ciones que van en torno a los 3,5 nanmetros. Para elcaso de los anlisis de materiales ptreos y tratamientos

de consolidacin se recomienda utilizar el SEM, preferi-blemente en modo de operacin ambiental (ESEM) conel cual es posible identificar aspectos composicionales

y texturales a mayores aumentos que los obtenidos conMOP. En modo ambiental, el anlisis no es destructivo,permitiendo que el material ptreo una vez analizadopueda ser sometido a procesos de consolidacin conlas nanopartculas.

En la figura 5b se muestra la imagen en ESEM de la

misma muestra de doloma analizada por microscopiopetrogrfico. En ella se identifican por contraste la dolo-mita y la calcita, adems de diferenciar los contactosentre granos y la disposicin y morfologa de los poros.

Sin embargo, una vez caracterizado el material ptreoantes del tratamiento de consolidacin con nanopart-culas, mediante tcnicas microscpicas adems de porDRX, es necesario proceder a contrastar dichos resul-tados con los producidos por efecto del tratamiento.

En la figura 6 se ensean dos imgenes obtenidaspor ESEM de la doloma antes (fig. 6a) y despus deltratamiento con nanopartculas (fig. 6c). La herramientapermite visualizar las variaciones mineralgicas sobreel sustrato ptreo como resultado del tratamiento, suefecto sobre la porosidad o el contacto entre granospara poder establecer si el tratamiento ha mejorado oha causado un deterioro mayor.

En la doloma analizada, antes del tratamiento (fig. 6a)

se aprecian los cristales rombodricos de dolomita,en agregados cristalino-granulares con superficies alta-mente porosas asociados a cristales tabulares de calcitaespartica generados por procesos de de-dolomitizacinde la matriz dolomtica. El efecto del tratamiento despusde 28 das de aplicacin y expuesto a una humedadrelativa del 75% (fig. 6c) ha demostrado cmo el productodisuelto a 1,5g/l ha penetrado en los planos de clivajeasociados a la calcita y en los espacios porosos entre

la calcita y la dolomita. Los perfiles obtenidos a partirde las imgenes de ESEM antes y despus de 28 dascon el tratamiento (fig. 6b y fig. 6d) demuestran cmo

el efecto del producto ha conseguido un suavizado dela superficie despus del tratamiento.

Espectroscopa Raman

La espectroscopa Raman es una poderosa tcnica anal-tica vibracional no destructiva que puede ser fcilmen-te utilizada para una rpida determinacin cualitativay cuantitativa con mnima preparacin de la muestra,proporcionando espectros caractersticos de las estruc-turas cristalinas identificadas (Agulln-Rueda, 2010;

Domingo, 2011). Su aplicacin en la identificacin decompuestos presentes en materiales ptreos, que puedencausar su deterioro, como las sales, o aumentar su cohe-sin, como los productos consolidantes, puede llevarsea cabo in-situ mediante equipos Raman porttiles, o enel laboratorio, mediante el anlisis de muestras en lasque puede aplicarse la microscopa Raman confocal deimagen, que proporciona una mayor informacin compo-sicional mediante la adquisicin de mapas espectrales

obtenidos en diferentes reas superficiales y a diferentesprofundidades. La espectroscopa Micro-Raman permitela deteccin de fases amorfas y cristalinas de tamaonano y micromtrico de productos consolidantes basadosen nanopartculas (Lpez-Arce et al. 2010a), as como laidentificacin de diferentes fases polimrficas de carbo-nato clcico presentes en este tipo de consolidantes,como en morteros de cal (Martnez-Ramirez et al. 2003),cementos (Ibaez et al. 2007) o en materiales ptreos

(Martnez-Azkarazo et al. 2008), pudiendo incluso ofrecerinformacin sobre antiguas tecnologas de fabricacin ymetodologas de aplicacin relevantes para la conserva-cin de monumentos histricos (Edwards y Farwell, 2008).

Un ejemplo de la utilizacin de la tcnica Raman-confocal se observa en la figura 7 en la que se muestraun mapa espectral de la superficie de la doloma deReduea. En este caso se ha util izado una muestra dela misma doloma tratada con la solucin de nanopar-

tculas de Ca(OH)2 con una concentracin de 5g/l. Seha empleado un lser de =532 nm y un objetivo 50x.El tono verde corresponde al promedio de espectrosRaman de CaCO

3(calcita) producido por carbonata-

cin de las nanopartculas, el tono azul corresponde alpromedio de espectros Raman de MgCa(CO

3)2(dolomita)

del sustrato ptreo, y el tono prpura corresponde auna mezcla de ambos. Se observa la diferencia de ruidoen los espectros caracterst icos de la calcita y dolomi-

ta cuando las nanopartculas estn recin aplicadas yal cabo de 1 mes de ser aplicadas en condiciones delaboratorio (20C y 5010% HR).


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Propiedades fsicas

La durabilidad de un material es la capacidad de resistir y

mantener su tamao y forma original, aspecto esttico ypropiedades mecnicas a lo largo del tiempo (Bell, 1993).Por tanto, la determinacin de las propiedades fsicas(sistema poroso, rugosidad superficial, color, comporta-miento hdrico y propiedades mecnicas) de un materialptreo se hace necesaria para cuantificar su grado dedeterioro o cohesin, as como para evaluar la eficaciade productos aplicados para incrementar su durabilidad.

El sistema poroso de las rocas es la va de conexinentre los diferentes ambientes que existen en el entornode la piedra. Por este motivo su conocimiento es de graninters para entender las causas de su deterioro y losefectos que pueden generar los tratamientos de conso-lidacin e hidrofugacin para su conservacin.

En materiales ptreos, los parmetros porosimtricosnormalmente son calculados mediante porosmetros deintrusin de mercurio con lo que es posible determinardimetros de poros de entre 0.005 m a 400 m, esta-bleciendo el lmite entre el volumen de microporos y

macroporos en 5 m.

Velocidad de propagacin de ultrasonidos

Es una tcnica no destructiva que proporciona infor-macin sobre el grado de deterioro de los materiales ynos permite determinar la efectividad y durabilidad delos tratamientos de consolidacin (Fort, 2008). Con ellase determina la velocidad de propagacin de las ondas

de ultrasonidos longitudinales (Vp) en probetas antesy despus de ser tratadas con nanopartculas utilizan-do equipos cuya precisin es de 0,1 s, con el mtodode transmisin/recepcin directa y transductores de 54kHz y 1 Mhz de frecuencia, sobre diferentes superficiesde dimetro dependiendo del tamao de las muestras.Mediante esta tcnica tambin se obtiene informacinsobre la anisotropa del material.

Figura 9. Anlisis de RMI y relaxometra. Imagen obtenida mediante RMI de doloma saturada con agua (a) y curvas de distribucin de los tiempos de T2

antes y despus de consolidar la muestra con nanopartculas de Ca(OH)2 (b).

Figura 8. Equipo de resonancia magntica nuclear del CAI de RMN de la

UCM. Muestras de dolomas para analizar e introducir dentro de la sonda (a)

y equipo de RMN (b).


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Resonancia Magntica Nuclear (RMN)- Imagen (RMI)

y Relaxometra

Tambin es una tcnica no destructiva que proporcio-na informacin del sistema poroso de los materiales.

Mediante esta tcnica es posible determinar medianteresonancia de imagen (RMI) y relaxometra la loca-lizacin y profundidad de penetracin de productosconsolidantes en materiales ptreos (Lpez-Arce et al.2010). Para llevar a cabo estos anlisis es necesariosaturar las muestras previamente con agua, por lo quese aprovecha el ensayo de saturacin de agua a vacopara introducir el agua en el interior de la porosidadconectada del material ptreo a estudiar, cubriendo

ste posteriormente con parafilm para evitar la evapo-racin del agua durante la ejecucin de los anlisis deresonancia. Mediante la adquisicin de imgenes puedeobtenerse informacin espacialmente resuelta o distri-bucin localizada, de la estructura en 3D o imgenesbidimensionales, de las seales obtenidas en diferentessecciones de la muestra. La seal de la densidad prot-nica del agua, as como las seales de los tiempos derelajacin tras la magnetizacin de las muestras, tiempo

de relajacin longitudinal o red-spin protn del agua (T1)y tiempo de relajacin transversal o spin-spin (T2), quepueden relacionarse con la abundancia y el tamao delos poros y las modificaciones sufridas por el deterioroo por la consolidacin del material ptreo. Altos valoresde tiempos de relajacin T1 y T2 obtenidos por RMIestn relacionados con la presencia de grandes poros(Fantazzini et al. 2003; Viola et al. 2006), mientras que undecrecimiento de estos tiempos significa la disminucindel tamao de los poros o la generacin de poros mspequeos, lo que resulta de gran utilidad a la hora dedeterminar el efecto que causan los productos conso-

lidantes en la modificacin de la estructura porosa demateriales ptreos.

Por otro lado, los anlisis de relaxometra se realizana continuacin de los anlisis de imagen sin ningunamanipulacin de las muestras. La relaxometra permite

obtener curvas de distribucin de tiempos de relajacinT1 y T2 del conjunto de las muestras mediante el proce-sado de datos con programas especficos (Borgia et al.2000). Las curvas de T1 y T2 suelen ser monomodales obimodales. Si una curva que representa la distribucinde T1 muestra grandes diferencias antes y despus dela modificacin del sistema poroso de una material, yasea por causa de su deterioro o por su consolidacin,en la que se pasa de una distribucin monomodal a otra

bimodal, dando lugar a una curva ms estrecha y a laaparicin de una curva ms ancha a menores tiemposde relajacin, dnde T1 decrece, puede interpretarsepor una porosidad ms interconectada y en poros mspequeos (Viola et al. 2006). Desplazamientos de lascurvas hacia tiempos ms largos se han podido interpre-tar como la formacin de microfracturas y el incremen-to de las relaciones locales superficie-volumen; cuantomayor es la relacin entre el volumen de poro y su

superficie especfica, mayor es el valor de T1 (Alesianiet al. 2003) Curvas de T1 con un pico ancho a tiemposmayores de 1000 ms se interpretan como menores rela-ciones superficie-volumen (Borgia et al. 2001). La figura8 muestra el equipo de resonancia magntica nuclear delCAI de RMN de la UCM, las muestras de dolomas paraanalizar e introducir dentro de la sonda (a) y equipo deRMN (b). En la figura 9 se observan los resultados de unanlisis de RMI y relaxometra realizado en una dolomasaturada con agua (fig. 9a) y las curvas de distribucinde los tiempos de T2 antes y despus de consolidar lamuestra con nanopartculas de Ca(OH)

2(fig. 9b).

Figura 10. Equipo de micro-CT Scan de la universidad de Gante (Blgica)(a), imgenes CT-SCAN de granito mostrando la biotita (en ocre) (b), fisura provo-

cada por el ensayo de cristalizacin de sales (c).


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Tomografa de rayos-X computerizada

Los anlisis mediante tomografa y micro-tomografacomputerizada de rayos-X (CT-scan) son cada vez msutilizados en la conservacin y restauracin del patri-monio cultural a nivel mundial, como tcnica de anli-sis no destructiva, para la evaluacin de la estructuraporosa de los materiales, proporcionando imgenes del

interior de los mismos por contraste de densidades desus distintos componentes y permitiendo la realizacinde reconstrucciones y modelos 3D. Esta tcnica ofreceuna gran cantidad de informacin, necesaria y no visi-ble mediante otras tcnicas, con la ventaja de seguirconservando la integridad de los materiales analizados,de especial importancia en piezas patrimoniales.

Esta tcnica resulta de gran utilidad para poder opti-mizar los mtodos tanto de consolidacin como dedesalinizacin de materiales ptreos. La modificacinde la estructura porosa causada por el deterioro de losmateriales ptreos (Lpez-Arce et al. 2009), as como

por la aplicacin de productos consolidantes (Cnuddeet al. 2009) puede ser fcilmente evaluada por estatcnica, pudiendo determinar el grado de penetracinen los diferentes materiales, definiendo los productos,los mtodos y las condiciones de aplicacin de consoli-dantes ms adecuados para preservar a un mayor largoplazo nuestro patrimonio arquitectnico y escultrico.La figura 10, muestra el equipo de micro-CT scan de la

universidad de Gante (Blgica) (fig. 10a) y dos imgenesobtenidas con esta tcnica en una muestra de granitoen las que se observan los minerales de biotita (aisladosy coloreados en ocre en el tratamiento de imgenes)(fig. 10b) y una fisura provocada por el ensayo de cris-talizacin de sales (fig. 10c).

Rugosidad superficial

La rugosidad de la superficie de los materiales es unacaracterstica de su textura superficial que puede afectaren gran medida a su durabilidad por la capacidad de

Figura 11. Mapa topogrfico 3D de rugosidad ptica superficial obtenida en doloma tratada con nanopartculas de Ca(OH)2, perfiles de rugosidad obte-

nidos antes y despus del t ratamiento. (Tomado de Lpez-Arceet al. 2010b).


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adhesin y retencin de partculas que pueden provocarsu deterioro, materia orgnica o partculas contaminan-tes que pueden general sales, o aumentar su resisten-cia mecnica facilitando la adhesin de productos deproteccin consolidantes.

Los primeros rugosmetros aparecieron en la dcadade 1930, para medir la textura superficial de los materiales

con perfilmetros en 2D mediante calibres de contacto.Actualmente tambin se utilizan rugosmetros pticoso lseres que permiten obtener mapas topogrficos en3D de la rugosidad superficial de los materiales. La normaISO 4287:1984 define los principales parmetros de rugo-sidad: Ra, como la media aritmtica de los valores abso-lutos de las desviaciones de la media del perfil; Rq, querepresenta la desviacin de la raz cuadrada del total delperfil de medida y Rz, como la suma de las distancias

verticales entre los cinco picos ms altos y los cinco vallesms profundos de cada tramo de medida dentro del perfil.Las medidas de rugosidad de materiales ptreos resul-

tan muy tiles en la determinacin de la eficacia deproductos de limpieza de superficie o en la evaluacinde la variacin de la rugosidad superficial de materialesque han sido tratados con productos consolidantes. Elcambio de textura, la mejora de la microrugosidad de lasuperficie e incluso el espesor de la capa del producto

depositado sobre la superficie del sustrato a tratar, sepuede determinar fcilmente con esta tcnica.Normalmente se utilizan rugosmetros pticos cuyo

campo de medida es de 5x5 mm, con una resolucinde 2,5 m. Para calcular los parmetros de rugosidadse utiliza un software que viene integrado al equiposiguiendo la norma DIN EN ISO 3274:1996.

La figura 11 muestra el mapa topogrfico 3D de rugo-sidad ptica superficial obtenida en una doloma tratadacon nanopartculas de Ca(OH)

2as como los perfiles de

rugosidad obtenidos a partir de estas imgenes antes ydespus del tratamiento.

Color

Los parmetros cromticos definen cuantitativamente elcolor de los materiales, incluyen las coordenadas crom-ticas e ndices cromticos (Fort 1996a, Esbert et al. 1997).Se pueden utilizar varias escalas, siendo una de las msutilizadas la CIE 1976 (L*, a*, b*), en la que se definen

parmetros como la Luminosidad (L*), que cuantifica lacantidad de estmulo luminoso que recibe el observador;las Coordenadas cromticas a* y b* que representan elgrado de saturacin hacia color el verde (-a*) y hacia elrojo (+a*), hacia el azul (-b*), y hacia el amarillo (+b*); elndice de blanco (IB) que expresa el grado de blancoque presenta una superficie, e ndice de amarillo (IA)que indica el grado en el cual la superficie de la muestraes diferente del blanco ideal en la direccin del amarillo

y la Croma (C*) que hace referencia a la saturacin delcolor. En trminos de conservacin del patrimonio, lamedida del color se utiliza para verificar cambios delos parmetros durante procesos de ensuciamiento ylimpieza, y cuando se aplican productos consolidantese hidrofugantes a los materiales ptreos.

Propiedades hdricas

La determinacin de las propiedades hdricas proporcionainformacin sobre el comportamiento de los materiales antela presencia de agua. Nos indican cmo penetra el aguaen el sistema poroso de la roca y cmo los tratamientosde consolidacin y de hidrofugacin hace a los materialesms resistentes a la accin del agua, aumentando su dura-bilidad. Por lo tanto es una tcnica esencial para evaluar laeficacia e idoneidad de los tratamientos de conservacin.

El mtodo de absorcin de agua continua permite unacaracterizacin precisa de materiales de construccin conaltas tasas de absorcin (C > 10 kg/m2 h0.5) y con reasde contacto pequeas en comparacin con el mtodo

Figura 12. Equipo de medida de la resistencia a la perforacin (DRMS) (a y b), curvas obtenidas con el DRMX en diferentes condiciones (c).


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tradicional no continuo (Benavente et al. 2007; Cueto etal. 2009). Existen equipos de medida de registro continuo

que permiten realizar diferentes ensayos hdricos comola permeabilidad al vapor de agua, inmersin total oabsorcin y desorcin de agua capilar, entre los cualesest el Aquasor. El ensayo de absorcin de agua bajo vacose realiza para determinar la densidad real y aparente,la porosidad abierta y para cuantificar la cantidad deagua absorbida por las muestras una vez alcanzada lasaturacin, segn la norma UNE-EN 1936:2007.

Propiedades mecnicas: resistencia a laperforacin (microdriling, DRMS)

El microdrilling (microperforador) es una tcnica deanlisis micro-destructiva porttil que determina la resis-tencia a la perforacin de los materiales midiendo suresistencia en la superficie y en profundidad (fig. 12). Seutiliza para la caracterizacin de piedra u otros materia-les en profundidad, para detectar formas de deterioro

o intervenciones antiguas y para evaluar acciones deconservacin adecuadas. Como resultado de un proyectoeuropeo (EC Hardrock SMT4-CT96-2056), en 2001 secomercializ el Drilling Resistance Measurements System,DRMS producido por Sint Technology (Italia) siendo lamquina ms usada hoy en da, aunque, en 2005 otramquina taladradora llamada Tersis fue producida porGeotron-Electronic (Alemania). Est tcnica es de inte-rs para evaluar la mejora de la dureza superficial de la

piedra tratada y conocer la profundidad de penetracindel producto aplicado (Pinto y Delgado Rodrigues 2008;Delgado-Rodrigues et al. 2002; Tiano et al. 2000).

El sistema de medida de resistencia a la perforacin(DRMS) se compone de un taladro equipado con dosmotores de precisin (uno para mantener la velocidad derotacin predefinida y otro para mantener la velocidadde rotacin constante) (fig. 12a). Toda la operacin secontrola con una unidad electrnica o directamente con

un ordenador (fig. 12b) donde se registra la posicindel taladro con un intervalo de 0,1mm y la correspon-diente fuerza necesaria de perforacin (Fratini et al.2006). Este sistema mide la fuerza necesaria para lograruna determinada penetracin mientras la velocidad derotacin y la velocidad de penetracin son constantesobteniendo un grfico de fuerza (N) versus penetracin(mm). Los resultados pueden ser graficados dependiendode la resistencia a la penetracin utilizando diferentes

velocidades de rotacin y de penetracin. La figura 12crepresenta las diferentes curvas obtenidas de ensayosrealizados sobre una muestra de doloma. Algunas de

las variables que hay que tener en cuenta al trabajarcon esta tcnica son:

a) Condiciones de medida: dependiendo del materialcuya resistencia se quiere medir se han de determi-nar la profundidad (hasta 50mm), la velocidad depenetracin y la velocidad de rotacin.

b) Variabilidad de las brocas: Existen diferentes tipos dediseo y materiales de brocas (de acero, tungsteno odiamante) que tienen como consecuencia diferentesvalores de resistencia a la perforacin (Delgado etal. 2002).

c) Tamao de la broca: Para medir la resistencia a laperforacin normalmente se utilizan brocas de 5mm dedimetro. Sin embargo, usando brocas con diferentesdimetros se puede optimizar la respuesta del DRMS.

d) Acumulacin de polvo: El polvo que queda alma-cenado alrededor de la broca y el agujero produceun efecto de empaque en las zonas ms profundasque incrementa artificialmente la resistencia a laperforacin (Delgado et al. 2002).

e) Desgaste de la broca: la resistencia a la perforacinincrementa durante la vida til de la broca inclusocuando se perfora un material ms o menos homo-gneo. Por ello, al comienzo y a intervalos regularesdurante la vida til de las brocas se han de utilizarmateriales de calibracin (muestras de referenciaartificial compuestas por porcelana, vidrio cermi-co Macor, halita natural o halita cristalina) parapoder aplicar frmulas de correccin a las fuerzas

de penetracin medidas basadas en la duracin yresistencia del primer agujero (Pamplona et al. 2010).f) Dureza del material: La fuerza mxima est limitada

a 100N, excluyendo su uso en algunas aplicacioneshaciendo necesario el desarrollo de otras tcnicasbasadas en el uso de brocas de diamante (Mimosoet al. 2005). Adems, en el caso de rocas constituidaspor granos gruesos se han de escoger las variablesadecuadas para medir la dureza del conjunto del

material y no la dureza de cada constituyente deforma singular.

Conclusin

La nanotecnologa abre nuevas posibilidades de poderaplicar tratamientos que sean especficos a las actua-ciones a realizar y en base a las propiedades de losmateriales que constituyen el bien cultural a preservar.Las tcnicas de consolidacin y de proteccin de lasuperficie de los materiales ptreos, al ser realizados


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con productos naturales favorecen una mayor compa-tibilidad entre los nuevos materiales y los originales.

Pero hay que tener presente que las intervencionesque se realizan sobre el patrimonio ptreo tienen queestar muy contrastadas y validadas para disminuir elriesgo de llevar a cabo intervenciones que aceleren losprocesos de deterioro de los materiales a proteger. Lasnanopartculas pueden mejorar la penetracin de lostratamientos en el sustrato ptreo, pueden aumentar lacohesin de sus componentes, evitar la colonizacin demicroorganismos, adems de evitar o retrasar el uso de

nuevas aplicaciones y en definitiva, proporcionar a losbienes culturales una mayor durabilidad o capacidadde resistencia ante los agentes de deterioro. A pesar deestas ventajas, es necesario investigar sobre los dife-rentes mtodos y ambientes de aplicacin y sobre lostratamientos ms adecuados considerando las propie-dades fsicas y qumicas de los materiales a conservar.La irreversibilidad de los tratamientos, la idoneidad ycompatibilidad entre materiales y su durabilidad son

aspectos a tener presentes. Se debe contemplar queante cualquier nueva tecnologa que se va a utilizar parala conservacin de nuestro patrimonio cultural, tieneque haber sido investigado y contrastado previamentedesde diferentes visiones; no solo por los investigadoresdel mbito de las Ciencias del Patrimonio desde suslaboratorios, sino tambin por los que desarrollan suactividad a pie de obra, siendo necesario esa colabo-racin conjunta de trabajo de laboratorio y trabajo de

campo para poder analizar las necesidades especficasy buscar el mtodo adecuado para su problemtica.Pero ante estas problemticas se aade la investigacin

en la sntesis y aplicacin de estos nanomateriales deconservacin en la obra, facilitando la ejecucin del trabajodel restaurador-conservador y a unos costes adecuados.

Aunque la base qumica de muchos tratamientos denanopartculas es la misma que tratamientos tradiciona-les que no siempre han funcionado adecuadamente, la

posibilidad de modificar el tamao de las partculas quese generan durante su proceso de consolidacin en elinterior o en la superficie de los materiales pueden evitarlos efectos secundarios de muchos de esos tratamientos.

El desarrollo de nuevas tecnologas aplicadas a la valo-racin del efecto consolidante de las nanopartculas talescomo la resonancia magntica nuclear, el microdrilling,el rugosmetro, la tomografa de rayos X computerizadao la microscopa Raman-Confocal son ejemplos de laoportunidad de aplicar tcnicas de ltima generacinen el campo de la nanotecnologa y en la consolidacindel patrimonio ptreo.

Agradecimientos: A los programas Geomateriales(S2009/MAT-1629, www.geomateriales.es) y CONSO-

LIDER-TCP (CSD2007-0058), a la financiacin de grupode investigacin de la UCM: Alteracin y Conservacinde los materiales ptreos del Patrimonio (ref. 921349,

www.conservacionpatrimonio.es) y al CAI de Resonan-cia Magntica Nuclear (RMN) de la Universidad Complu-tense de Madrid.

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