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016 PH CUADERNOS Programa de normalización de estudios previos aplicado a bienes inmuebles La Ley 1/1991, de 3 de julio, de Patrimonio Histórico de Andalucía actúa como marco jurídico regulador de las actuaciones sobre el patrimonio de nuestra comunidad; en ella se establecen los principios, procedimientos y ámbitos que determinan la protección del Patrimonio Histórico de Andalucía. En la última década ha surgido una clara conciencia de la importancia que tiene mejorar la calidad de los recur- sos patrimoniales. En base a esta idea, en la actualidad se llevan a cabo un gran número de intervenciones sobre bienes inmuebles; que la legislación no esté suficiente- mente definida provoca, aún hoy en día, que gran parte de ellas se realicen sin los conocimientos previos y el debido control. Una fase muy importante en la intervención de bienes culturales, de carácter inmueble, son los Estudios Previos para la caracterización tanto de los materiales originales como de los que se vayan a utilizar en las intervenciones. Durante muchos años el estudio de los materiales se encontraba disperso en distintas disciplinas que abor- daban algún grupo o aspecto de ellos. El advenimiento de nuevas tecnologías en diversos campos comenzó a desdibujar los límites entre distintos especialistas y emergió así la Ciencia de los materiales, disciplina que unifica el estudio de los materiales desde múltiples perspectivas. Dentro de éstas se encuentra el estudio de materiales históricos, área ampliamente tratada en los últimos tiem- pos con un objetivo claro: su conocimiento como punto de partida para intervenir adecuadamente este tipo de construcciones. Los técnicos especialistas en esta materia están deman- dando, como se ha puesto de manifiesto en las jornadas celebradas por el Instituto de Patrimonio Histórico Español (IPHE) (Esbert, 2002), la necesidad de crear comisiones técnicas que se ocupen de analizar y revisar la terminología y de elaborar recomendaciones sobre normalización de análisis y ensayos para aplicar en el estudio de materiales históricos. En esta misma línea surge en el año 1996 el Programa de Normalización de Estudios Previos y Control de Calidad en las Intervencio- nes sobre Bienes Inmuebles, dentro de las actuaciones que viene desempeñando en los últimos tiempos el IAPH. Su objetivo prioritario estaba orientado hacia el establecimiento normalizado de una metodología para la caracterización de materiales de construcción, que sir- viese para esclarecer problemas de tipo histórico-arqueo- lógico y contribuir a dar solución a problemas de conser- vación, ya sea poniendo de manifiesto su estado de alte- ración o aspectos técnicos y constructivos. Este proyecto perseguía los siguientes objetivos: * Fijar la metodología que debe seguirse para llevar a cabo los estudios previos a las intervenciones, centrado La ciencia de los materiales Esther Ontiveros Ortega Centro de Intervención del IAPH
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La Ley 1/1991, de 3 de julio, de Patrimonio Histórico deAndalucía actúa como marco jurídico regulador de lasactuaciones sobre el patrimonio de nuestra comunidad;en ella se establecen los principios, procedimientos yámbitos que determinan la protección del PatrimonioHistórico de Andalucía.
En la última década ha surgido una clara conciencia dela importancia que tiene mejorar la calidad de los recur-sos patrimoniales. En base a esta idea, en la actualidadse llevan a cabo un gran número de intervenciones sobrebienes inmuebles; que la legislación no esté suficiente-mente definida provoca, aún hoy en día, que gran partede ellas se realicen sin los conocimientos previos y eldebido control.
Una fase muy importante en la intervención de bienesculturales, de carácter inmueble, son los EstudiosPrevios para la caracterización tanto de los materialesoriginales como de los que se vayan a utilizar en lasintervenciones.
Durante muchos años el estudio de los materiales seencontraba disperso en distintas disciplinas que abor-daban algún grupo o aspecto de ellos. El advenimientode nuevas tecnologías en diversos campos comenzó adesdibujar los límites entre distintos especialistas yemergió así la Ciencia de los materiales, disciplina queunifica el estudio de los materiales desde múltiplesperspectivas.
Dentro de éstas se encuentra el estudio de materialeshistóricos, área ampliamente tratada en los últimos tiem-pos con un objetivo claro: su conocimiento como puntode partida para intervenir adecuadamente este tipo deconstrucciones.
Los técnicos especialistas en esta materia están deman-dando, como se ha puesto de manifiesto en las jornadascelebradas por el Instituto de Patrimonio HistóricoEspañol (IPHE) (Esbert, 2002), la necesidad de crearcomisiones técnicas que se ocupen de analizar y revisarla terminología y de elaborar recomendaciones sobrenormalización de análisis y ensayos para aplicar en elestudio de materiales históricos. En esta misma líneasurge en el año 1996 el Programa de Normalización deEstudios Previos y Control de Calidad en las Intervencio-nes sobre Bienes Inmuebles, dentro de las actuacionesque viene desempeñando en los últimos tiempos elIAPH. Su objetivo prioritario estaba orientado hacia elestablecimiento normalizado de una metodología para lacaracterización de materiales de construcción, que sir-viese para esclarecer problemas de tipo histórico-arqueo-lógico y contribuir a dar solución a problemas de conser-vación, ya sea poniendo de manifiesto su estado de alte-ración o aspectos técnicos y constructivos.
Este proyecto perseguía los siguientes objetivos:
* Fijar la metodología que debe seguirse para llevar acabo los estudios previos a las intervenciones, centrado
La ciencia de los materialesEsther Ontiveros OrtegaCentro de Intervención del IAPH
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en el conocimiento de los materiales, definiendo lospasos a seguir y la finalidad de cada uno de ellos, lo másampliamente posible, dejando abierta la posibilidad deque en cada caso concreto se apliquen los aspectos quesean necesarios, sin que pierda rigor la investigación perotambién sin complicarla ni alargarla innecesariamente.
* Definir los estudios previos mínimos que debenincluirse en los proyectos de intervención, con objetode realizar el diagnóstico del estado de conservacióndel bien a tratar y la propuesta de intervención, tenien-do en cuenta: la caracterización de materiales, origina-les o añadidos; determinación de su estado de conser-vación; identificación de los factores, mecanismos yprocesos de alteración; evaluación de propuestas deconservación.
* Puesta a punto de las distintas técnicas y ensayosempleados en la caracterización de materiales y la viabi-lidad de sus resultados de cara a las exigencias que lasintervenciones nos están demandando.
* Recopilación de información referente a los materialesy tecnología de elaboración asociada al edificio, épocade construcción y lugar geográfico.
El primer reto que tenía programado dicho proyecto eraelaborar un Cuaderno Técnico, donde quedase recogidala metodología de estudio a aplicar sobre los diferentesmateriales de construcción que habitualmente aparecen
en este tipo de edificios, actualmente dispersos en labibliografía. Para cubrir este objetivo surge este manual,donde se aborda la metodología en función de los distin-tos materiales (piedra, mortero, ladrillo y tapial).
La ciencia de los materiales cuenta actualmente conuna variabilidad de métodos y técnicas cuyo campo deaplicación varía en función de las características delmaterial y objetivos de estudio, aspecto que se ha pre-tendido reflejar en este documento.
Se ha intentado que este manual tenga una doble fun-cionalidad. Por una parte, que sea una guía orientativapara profesionales más alejados del ámbito científico,interesados por una metodología en sentido más amplio,donde quedasen reflejados los objetivos y aplicabilidad,tanto del estudio de los distintos materiales como de lasdiferentes técnicas propuestas; y por otra parte, quefuese un manual de consulta para profesionales másespecializados (ámbito científico) con la definición de losfundamentos de las técnicas de análisis y procedimien-tos de los ensayos.
Este documento permitirá a los distintos profesionalesrelacionados con la conservación de edificios históricosadentrarse en las distintas disciplinas científicas queactualmente están involucradas en el tema, lo que per-mitirá ampliar en todo lo posible el entendimiento entrelos responsables del proyecto arquitectónico y los técni-cos especialistas en materiales.
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Piedra Natural
Recomendaciones para el estudio de la piedra naturalLa piedra natural constituye un material de construcción de amplio uso en la arquitectura histórica. Losproblemas de conservación, en algunos casos alarmantes, que presenta este tipo de material, han pro-piciado el desarrollo de un campo de investigación científica encaminada a conocer las causas y proce-sos que han generado estas alteraciones. Esto ha requerido el establecimiento de una metodología conun importante desarrollo y puesta a punto de instrumental en laboratorio.
Definición de las condiciones que deben cumplir los estudios previos aplicados a la piedra naturalEl conocimiento de los materiales cubre parte de la etapa de los estudios previos al proyecto de inter-vención, que abraca la identificación composicional y textual del material junto con la determinación delas causas y mecanismos de alteración. La metodología aplicada se desarrolla a través de dos fases cla-ramente diferenciadas: fase de campo y de laboratorio, que de forma conjunta permiten la correcta inter-pretación del problema y la selección de las soluciones más favorables. La fase de laboratorio incluye eldesarrollo de una metodología con el empleo de una serie de técnicas instrumentales y ensayos cuyoobjetivo es la identificación de los distintos litotipos así como la determinación de las propiedades intrín-secas de los materiales y su comportamiento frente a las condiciones ambientales (factores extrínsecos).Al estudiar los materiales, los aspectos fundamentales que nos aportarán información de su naturalezay que condicionarán su comportamiento son: composición mineralógico-química, parámetros que permi-tirán establecer la constitución química y mineralógica y, de igual modo, por comparación con muestrasinalteradas, se pueden determinar compuestos no presentes en el material original; textura y estructu-ra, propiedades que aportarán una valiosa información en cuanto a la constitución espacial, organiza-ción e interrelación; y propiedades físicas y mecánicas, cuya determinación supone una aplicación másdirecta a la conservación de materiales, ya que lo que se valora fundamentalmente es el comportamien-to de los materiales ante estímulos externos.
Detalle de fábrica de piedra localizada en la Alcazaba de Málaga. Imagen: Jesús Espinosa (IAPH)
Recommendations for the study of natural stone Natural stone is a building material widely used in historical architecture. The problems - alarming in some cases - relating to the conservationof this type of material have prompted the development of a field of scientific research aimed at determining the causes and processes respon-sible for these alterations. This has required the establishment of a methodology with the development and fine-tuning of laboratory instruments.
Definition of the conditions governing preliminary studies applied to natural stone Part of the preliminary study phase of the project in question consists in acquiring knowledge of the materials. This encompasses the compo-sitional and textural identification of the material together with the determination of the causes and mechanisms responsible for its alteration.This methodology is developed through two clearly differentiated phases - a field phase and a laboratory phase - which, together, enable theproblem to be interpreted correctly and the most favourable solutions to be selected. The laboratory phase includes the development of a metho-dology using a series of instrumental techniques and tests to identify the different petrographic constituents, as well as the intrinsic propertiesof the materials and their behaviour in environmental conditions (extrinsic factors). When studying the materials, the key aspects that wouldcontribute information on their nature and condition their behaviour are: mineralogical-chemical composition (these parameters will be used toidentify their chemical and mineralogical constitution and comparison with unaltered samples will enable the identification of compounds notpresent in the original material, texture and structure (these properties will contribute valuable information on spatial constitution, organisationand inter-relationships) and physical and mechanical properties (the determination of these types of properties is more directly applicable to theconservation of materials, since what is mainly evaluated is the behaviour of the materials in the presence of external stimuli).
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La piedra natural constituye un elemento fundamentalen la construcción de nuestro legado monumental; laarquitectura romana, románica, gótica y renacentistaconstituyen un ejemplo de la importancia de este mate-rial en nuestro patrimonio arquitectónico.
El estudio de la piedra como material de construcciónen edificios de carácter monumental va ligado a los pro-blemas de alteración que sufre con el paso del tiempo.Estos efectos ya fueron puestos de manifiesto desdehace bastantes décadas por numerosos autores.Aunque en el siglo XIX se comienza a cuestionar esteproblema, al tiempo que se inician intervenciones deconservación de numerosas catedrales europeas, noserá hasta principios del siglo XX cuando este tema seaborde de forma más científica, poniendo de manifiestolas características de durabilidad y alterabilidad de losmateriales pétreos con el empleo de diferentes técnicasy ensayos en laboratorio.
Las rocas son agregados de uno o varios minerales uni-dos, que constituyen una fábrica más o menos compac-ta, con unas propiedades físico-químicas que vienendefinidas por su textura, color, resistencia mecánica ydurabilidad.
La investigación sobre este tema se fundamenta en larelación directa que existe entre las características intrín-secas del material (dureza, porosidad, composición, tex-tura, anisotropía, etc.) y su comportamiento y durabili-dad frente a los agentes externos (factores extrínsecos),planteándose las hipótesis sobre las causas que provo-can estos daños.
En este sentido, la naturaleza de los distintos litotipos depiedra es un factor decisivo. En la construcción monu-mental existente en nuestra comunidad podemos encon-trar fundamentalmente tres tipos de materiales rocosos:granitos, mármoles y sobre todo rocas sedimentarias denaturaleza calcárea (calizas, areniscas y calcarenitas).
En el proceso de deterioro, los factores actúan a travésde mecanismos de alteración; se entiende por mecanis-
mo de alteración la secuencia de cambios químicos y/ofísicos que conducen a modificaciones, generalmenteperjudiciales, en las propiedades del material. Estastransformaciones se ponen de manifiesto a través demodificaciones macroscópicas (indicadores de la altera-ción) que reflejan la naturaleza del material y los facto-res y mecanismos que han intervenido.
En los fenómenos de degradación de la piedra juega unpapel fundamental el medio físico (lluvia, viento, varia-ciones de temperatura, insolación, humedad, contami-nación, etc.) cuyos efectos se pueden conocer a priori através de ensayos simulados en laboratorio.
La alteración química está relacionada con los procesosde disolución-precipitación que tienen lugar en el seno deeste material, procesos que vienen controlados por elaporte hídrico, variables medioambientales, contenido enCO2, CO3
-2, CO3H- en solución, etc. La contaminaciónambiental supone un aporte importante de SO2, NOx ypartículas de naturaleza metálica o carbonosa que llegana la piedra a través de la lluvia ácida o como depósitos deresiduos sólidos que interaccionan con el material pétreo.La formación de sulfatos de calcio, magnesio (yeso,hexaédrica, epsomita) y nitratos (nitro, trona, etc.) generalas llamadas costras negras o de yeso, cuya formación seve favorecida por la presencia de partículas sólidas.
La alteración físico-mecánica generalmente está directa-mente relacionada con el volumen de huecos accesiblesal agua que presenta dicho material. La cristalización desales y los fenómenos de hielo-deshielo, junto con la dila-tación térmica, son los principales causantes de lamicrofisuración y descohesión que normalmente pode-mos encontrar en este material. La acción de otros agen-tes como el viento puede favorecer la arenización delmaterial por abrasión y, el agua de lluvia, la disoluciónde la matriz y el cemento que da cohesión al material.
En los casos en que este material contenga partículasarcillosas, pueden producirse fenómenos de expansióncomo consecuencia de la capacidad de retener aguaque tienen estos componentes mineralógicos.
Recomendaciones para el estudio de la piedra naturalI
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La alteración biológica es otro factor a tener en cuenta.Ésta se manifiesta de forma diferente en función de losagentes que actúan. Las plantas superiores tienden aintroducir sus raíces en el interior y crear deterioro mecá-nico y con el paso del tiempo una degradación química.Las algas, líquenes y hongos pueden corroer la superfi-cie de la piedra originando ácido oxálico. Algunas bacte-rias, sobretodo las del ciclo del azufre, pueden atacar alos carbonatos y generar yeso u otras sales.
Aunque el efecto de estos agentes se estudia de mane-ra individual, a la hora de plantear las soluciones hayque tener en cuenta que la mayoría de las veces actúande forma conjunta, lo que de alguna manera debe con-dicionar la interpretación de los resultados.
Objetivos
El presente capítulo pretende desarrollar una metodolo-gía de estudio a aplicar sobre este material para la diag-nosis sobre su estado de conservación. Este objetivo secentra en dos aspectos fundamentalmente: caracteriza-ción del material e identificación de los agentes de alte-ración (figura 1), lo que contribuirá a la elaboración dela fase diagnóstico. Previo al proyecto de intervención esnecesario un estudio técnico de diversos aspectos delproblema como son las características del entorno (cli-mático, geológico, hidrogeológico, antropológico, etc.) eincidencias de éste sobre el monumento (naturaleza yestudio de los materiales), así como los problemas cons-tructivos, estructurales e historiográficos.
Campo de aplicación
La piedra natural se ha utilizado ampliamente en eltranscurso de la historia como material básico para laconstrucción. La importancia que se le ha dado a la pie-dra, sobre todo en determinadas épocas históricas, serefleja en el gran número de edificios de gran valormonumental que nos han llegado. La piedra natural,dada su variedad en cuanto a litotipos y texturas, se haempleado como material base para levantar muros depiedra (calcareitas), para decoración de fachadas (cali-zas y mármoles), para cimentar edificios (travertinos) ydecoración de interiores y pavimentos (mármoles).
A la degradación que de forma natural experimenta estematerial con el paso de tiempo, hay que añadirle otros
agentes que proliferan en los ambientes urbanos. Esto jus-tifica el estudio de la piedra de cara a su conservación.
El correcto análisis de las piedras de construcción com-prende tres dominios independientes de investigación(ZEZZA, 1993):
* La cantera, lugar de aprovisionamiento del materiallapídeo explotado en un contexto geológico-petrográfico.
* El laboratorio, para el análisis científico-técnico referi-do a los sectores químico-geoquímico, mineralógico-petrográfico y petrofísico-petromecánico.
* El monumento o cualquier construcción en piedra,considerado en un ambiente microclimático, lugar devaloración de la durabilidad y cambios de las caracterís-ticas originales y objeto de protección.
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Análisis dela piedra
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Caracterizacióndel material
Identificaciónde los agentesde alteración
Determinaciónde los factores
intrínsecos
Determinaciónde los factores
extrínsecos
Diagnosisdel estado deconservación
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Inspección Visual t Toma de
muestras
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1. Objetivos de la metodología de estudio sobre la piedra natural
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La necesidad de intervenir sobre este tipo de edificioshace necesario definir aspectos que puedan resultar fun-damentales para desarrollar una metodología que permi-ta garantizar su adecuada conservación. Dentro de estametodología general, se incluye la fase de estudios pre-vios a la intervención, que en principio serán orientati-vos, ya que su realización dependerá tanto del grado deconocimiento que se tenga del monumento como de laproblemática intrínseca que presente.
El estudio de las causas y mecanismos de alteración delos diferentes materiales pétreos así como las formas dealteración requiere una serie técnicas y ensayos propiosde las ciencias geológicas y de otras ramas del saber(química, física, ingeniería, arquitectura, etc.).
La metodología aquí expuesta se ha utilizado como refe-rencia para el estudio de los materiales pétreos en gene-ral, incluyéndose en este grupo el ladrillo, mortero ytapial. En este sentido, las técnicas y ensayos que a con-tinuación se exponen pueden ser aplicados de formagenérica al resto de los materiales (con connotacionessegún el caso), presentándose como punto de partidapara la definición de las distintas técnicas de análisis yensayos habitualmente utilizados para la caracterizaciónde los materiales de construcción en edificios históricos.
Al estudiar los materiales, los aspectos fundamentalesque nos aportarán información de su naturaleza y quecondicionarán su comportamiento son:
* Composición mineralógica-química. Estos parámetrospermitirán establecer la composición química, concen-tración y naturaleza cristalina de cada una de las fasesconstituyentes. La estabilidad de los materiales con elmedio dependerá de la mineralogía y su potencial reac-tividad química.
* Textura y estructura (petrografía). Estas propiedadesaportarán una valiosa información en cuanto a la cons-titución espacial, organización e interrelación de todoslos elementos que constituyen el material, incluyendotanto minerales como espacios vacíos. Las característi-
cas del sistema poroso son quizás los factores intrínse-cos más influyentes en la durabilidad de los materialesy su comportamiento frente agentes externos de altera-ción, ya que de ellos dependerá en gran medida el restode propiedades físicas.
* Propiedades físicas y mecánicas. La determinación deeste tipo de propiedades es de una aplicación más direc-ta en la conservación de materiales, ya que lo que sevalora fundamentalmente es el comportamiento de losmateriales ante estímulos externos.
La metodología de estudio sobre este material siemprelleva implícita la aplicación de una fase de campo y otrade laboratorio.
Fase de campo
Engloba los pasos previos a seguir para el conocimientode los materiales de construcción antes de abordar suestudio en laboratorio. En esta fase se debe incluir unacontextualización del inmueble (incluyendo los materia-les adyacentes) en la que hay que adjuntar un análisisde la documentación histórica, planimetría y datos de lainspección visual del mismo (tabla 1). El análisis de ladocumentación no debe quedar restringido a las etapasiniciales de la intervención.
Dentro de las distintas etapas que incluyen la fase decampo cabe destacar por su importancia la inspecciónvisual y posterior toma de muestras.
1) Inspección visual
El aspecto exterior de una roca en el monumento mues-tra la totalidad de las características observables a sim-ple vista. Dada la subjetividad del método, la inspecciónvisual no puede precisarse con total exactitud. Consistebásicamente en analizar los siguientes aspectos: color,textura, mineralogía de la roca y cambios en sus propie-dades; alteración y degradación superficial; alterabilidady degradación probable en la roca, tanto al aire libre
Definición de las condiciones que deben cumplir los estudiosprevios aplicados a la piedra natural
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Contextualización delobjeto de estudio
Inspección visual
Toma de muestras
> Revisión histórica del inmueble> Datos técnicos del edificio> Cronología de las intervenciones> Técnica de elaboración> Identificación visual de los distintos litotipos existentes y localización geográfica de la cantera de extracción delmaterial
> Observación del estado de conservaciónMorfologías de alteración y patologíasAgentes de alteraciónMecanismos de alteración
> Condiciones medioambientalesLluvias, dirección e intensidad del viento, contaminación, estado termo-higrométrico, etc.
> Sobre el edificio y en la cantera de extracción para llevar a cabo un estudio comparativo y simultáneamente unacaracterización del afloramiento geológico
FASE DE CAMPO
Edificio
Cantera
> Características de las muestras (disgregada, cohesio-nada, color, tamaño de grano, etc.)
> Disposición del material en obra en función de sutextura y estructura (anisotropías)
> Materiales adyacentes
> Grado de alteración de las muestras
> Profundidad de la toma de muestras (costras, trozos,en bloque)
> Criterios petrográficos
> Composición química (elementos mayoritarios ytraza) y microquímica
> Edad geológica
TOMA DE MUESTRAS OBSERVACIONES INDENTIFICACIÓN
Tabla 2. Características de la toma de muestras
> Representatividad de las muestras. Extraer muestrasque representen al máximo la globalidad del edificio ola zona de estudio dentro de la dispersión propia delmaterial
> Reproductividad de los ensayos. Hay que conocer elgrado de reproductividad de los ensayos y el númerode medidas a realizar
> La cantidad de material a tomar va a estar en fun-ción de las determinaciones o el número de ensayos arealizar
> Investigación geológica para la localización de la can-tera. Estudio de los litotipos asociados a la misma for-mación geológica
> Es importante dada la necesidad de disponer dematerial original para la realización de ciertos ensayos(físico-mecánicos, alteración simulada en laboratorio)
Registro fotográficoFotografía simple o macro, con iluminación tan-
gencial o rasante, fotogravimetría
Espectro colorímetro(Identificación cromática)
Permeabilidad al agua a bajapresión(Rilem,1980, Normal 44//93)
Ultrasonidos(Normal 22/86)
Termografía de infrarrojo
> Permite un registro de las condiciones en las que se encuentra el objeto, las irregularidades de la superfi-cie, así como la reconstrucción con precisión de la forma dimensional y posición del objeto en el espacio
> Modificaciones del color que experimenta el material con el paso del tiempo
> Medir la cantidad de agua absorbida por la superficie de la piedra en función del tiempo y estimar el gradode deterioro del substrato
> Identificar aspectos relacionados con el deterioro del material (zonas frágiles o de calidad diferente), lostipos de porosidad u obtener el módulo elástico del material
> A través del análisis de imágenes que permite relacionar las heterogeneidades térmicas con algún factorde degradación, características del material y disposición de la estructura del edificio
ENSAYOS IN SITU OBJETIVOS
Tabla 1. Fase de campo
Tabla 3. Ensayos in situ
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como en ambiente protegido; existencia de organismoso de materias extrañas en la superficie.
2) Toma de muestras
El muestreo es una fracción de un conjunto (monumen-to) que sirve para evaluar ciertos parámetros y obtenerel máximo de información con el menor coste y la míni-ma perturbación posible en el edificio.
Por regla general el destino de la muestra tiene unainfluencia decisiva en la técnica de muestreo, donde hayque tener en cuenta el tipo de monumento, el problemaque se quiere estudiar o si sólo se quiere determinaralgún tipo de parámetro.
La toma de muestras debe realizarse de acuerdo con lascaracterísticas indicadas en la tabla 2.
En muchas ocasiones la toma de muestras va precedidade una serie de ensayos in situ que de alguna manera lacondicionan y que en otros casos complementan los resul-tados obtenidos en la fase de laboratorio (tabla 3). Estosensayos nos indican a priori el grado de deterioro que pre-senta el material; aunque muchas técnicas han sido pues-tas a punto de cara a su aplicación en este campo, otrasestán todavía en periodo de experimentación.
Indicadores de alteración de losmateriales pétreos. Propuesta de unaterminologíaII
Para poder establecer la durabilidad de la piedra en unmonumento, es necesario su caracterización en funciónde ciertas propiedades que sirven como indicadores dealteración y del intervalo y tipo de factores de alteración,que son aquellos parámetros capaces de inducir cam-bios en las citadas propiedades a través de determina-dos mecanismos de alteración.
Dicha evaluación puede consistir en la apreciación cua-litativa o semicuantitativa de ciertos cambios observa-bles, a veces a simple vista, en diversas propiedades,como pueden ser la aparición de eflorescencias, la for-mación de ampollas, cromatizaciones, etc. Se trata deuna estimación subjetiva que, sin embargo, puede orien-tar sobre el “grado” de alteración.
La alteración de las piedras de los monumentos concier-ne a muchos especialistas: petrógrafo-mineralogistas,químicos, físicos, biólogos, arquitectos, ingenieros, res-tauradores, etc. Todos estos especialistas tienen sus pro-pias ideas acerca de la alteración de la piedra y su pre-servación, e incluso podría decirse que cada científicoha desarrollado su propia terminología. Esto ha introdu-cido una gran confusión que dificulta el entendimientoentre las personas y disciplinas implicadas en la conser-vación de obras monumentales de piedra. En la biblio-grafía aparecen muchos términos con gran cantidad deambigüedades, confusiones y generalizaciones, lo quehacía necesaria una sistematización y definición de losmismos que permitiese el uso de un mismo lenguaje.Aquí se propone una terminología descriptiva, ordenadaen grupos de morfología similar, que puede ayudar a sudefinitiva normalización, una vez discutida y aceptadapor los diferentes expertos interesados en la conserva-ción de monumentos. Además de los términos en caste-llano, se incluyen las traducciones al inglés, italiano yfrancés.
Términos genéricos
Se utilizan términos genéricos para designar modifica-ciones o cambios en el estado de la piedra que, general-mente, implican una reducción o pérdida de aquellascaracterísticas inherentes a la piedra recién extraída dela cantera, como consecuencia de su empleo en la cons-trucción de obras arquitectónicas y escultóricas, y quelleva a un peor desempeño de las funciones que en lasmismas tiene encomendadas.
Endoscopia
Higrómetro o protímetro
Determinación del contenido ensales solubles
Ensayos de cohesión
> Mediante el endoscopio se puede inspeccionar zonas del material que no son observables al ojo humano eidentificar patologías o tipologías constructivas
> Medida de la humedad del material in situ
> Mediante el empleo de ciertos aparatos que permiten identificar aniones dando una idea preliminar de lassales existentes en solución en el medio
> Ensayos mecánicos superficiales que permiten observar el grado de cohesión del material
ENSAYOS IN SITU OBJETIVOS
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El término más general, alteración, deterioro odeterioración, recibe otras denominaciones en función delgrado progresivo de inhabilitación, degradación y ruina, yde que los agentes implicados en los mecanismos dealteración sean atmosféricos (alteración atmosférica ymeteorización), antropogénicos (alteración antropogénica)o biológicos (bioalteración). La alteración, por otra parte,puede afectar a toda una pared o a un elementoarquitectónico completo (alteración de conjuntos). Otrostérminos menos genéricos propuestos en la bibliografía soncorrosión, descomposición y decohesión, que atiendenespecíficamente a las consecuencias de la actuación deciertos tipos de mecanismos más determinados.
* Alteración (alteration; alterazione; altération): indica unamodificación o cambio en el estado normal de la piedra,que no implica necesariamente una reducción, debilita-ción o empeoramiento de aquellas propiedades relaciona-das con las funciones encomendadas a la misma. Es eltérmino que suele utilizarse de modo más general.
Los términos deterioración o deterioro suelen considerar-se sinónimos de alteración.
* Alteración diferencial (differential alteration; alterazionedifferenziale; altération différentielle): se produce como
consecuencia de la heterogeneidad en la composición oen la estructura de la piedra.
* Degradación (degradation; deterioramento; dégrada-tion): modificación o cambio en el estado normal de lapiedra, que implica siempre una reducción, debilitacióno empeoramiento de aquellas propiedades relacionadascon las funciones encomendadas. Se trata, pues, deuna alteración grave.
* Ruina (ruin; rovina, disfacimento; ruine, délabrement):degradación muy grave que supone la inutilización delelemento para las funciones encomendadas al mismo.
* Alteración antropogénica (antropogenic alteration; alte-razione antropogenica; altération anthropogénique): alte-ración debida a procesos de diversa naturaleza que impli-can necesariamente la intervención del hombre. Lasmodificaciones de las características de la piedra puedenser importantes, pudiendo requerirse, por ello, el empleode los términos degradación y ruina antropogénica.
* Alteración atmosférica (weathering; alterazione atmos-ferica, altération atmosphérique): alteración natural dela piedra debida a procesos químicos o mecánicos enlos que intervienen los agentes de la atmósfera. A través
2. Alteración diferencial. Imagen: Manuel Alcalde
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de la alteración atmosférica se modifican más o menosprofundamente las características de las rocas, que pue-den llegar a degradarse y finalmente a desmoronarse.Incluye, pues, los conceptos de degradación y ruinaatmosférica.
* Meteorización (meteorisation; meteorizzazione; actionclimatique): normalmente se utiliza como sinónimo dealteración atmosférica, aunque para otros autores sólocorresponde “en cierta medida” a dicho término y debeutilizarse en los casos en que no se produce un despla-zamiento notable de materia.
* Alteración de conjuntos de piedra (alteration of stoneassemblages; alterazioni di complessi di pietra; altérationdes ouvrages en pierre): la alteración se presenta a unaescala que excede a la piedra misma, sobre paredes o ele-mentos arquitectónicos. Así, la decohesión de conjuntosde piedra es una manifestación habitual de este tipo dealteración que se observa con frecuencia sobre paredesno protegidas por un techo (por ejemplo, en torres).
* Corrosión (corrosion; corrosione; corrosion): alteraciónquímica que implica un cambio o modificación sustan-cial en la naturaleza química de la piedra como conse-cuencia de un proceso químico.
* Descomposición (decomposition; scomposizione;décomposition): alteración fisicoquímica superficial en losconstituyentes originarios; se han transformado en nuevoscomponentes mejor adaptados a las nuevas condiciones.
* Decohesión (decohesion; decoesione; decohésion):alteración que se manifiesta en una disminución de launión y de la adhesión entre los componentes estructu-rales de la piedra, con un debilitamiento de sus caracte-rísticas mecánicas originales. Generalmente se produceun agrandamiento de los poros y microfisuración, sinque la piedra cambie de forma.
Indicadores visuales de alteración
Se han clasificado en cuatro apartados: modificacionessuperficiales, eliminación de materia; deformaciones;rupturas y disyunciones.
Modificaciones superficiales
Se trata de una serie de manifestaciones superficiales dealteración que afectan, esencialmente, al aspecto exterior
de la piedra, sin provocar generalmente modificacionesimportantes del material subyacente. Son esencialmentede tres tipos: variaciones cromáticas (cromatización,moteado y pátina), costras y depósitos (depósitos super-ficiales, concreciones y depósitos de sales).
* Cromatización (chromatic alteration; cromatizzazione;altération chromatique): alteración que se manifiesta através de una variación de color o del lustre de la piedra.
* Moteado (spotting; spotting, macchiettatura; mouche-té): alteración consistente en la presencia de pequeñasáreas, fundamentalmente de origen biológico, pigmenta-das de manera diferente.
* Pátina (patina; patina; patine): representa el estadoenvejecido de un material y participa a la vez de laalteración cromática y de una modificación superficialmás significativa. En el caso de que esta misma alte-ración se produzca por medios artificiales se llamapatinatura.
* Costra (crust; crosta; croûte): esta alteración se mani-fiesta por la formación en la piedra de una cubierta o cor-teza exterior endurecida, fruto de la transformaciónsuperficial del propio material, visiblemente distinguible,de la parte que está debajo, por sus características mor-fológicas y, especialmente, por su color. También la natu-raleza química y mineralógica, así como sus característi-cas físicas, pueden ser total o parcialmente diferentes.
* Depósito superficial (surface deposit; deposito superfi-ciale; depôt superficiel): alteración que se manifiesta enforma de una acumulación de material extraño de diver-sa naturaleza (polvo, mantillo, guano de palomino, etc.).Tiene espesor variable, generalmente con escasa cohe-rencia y adherencia al material que está debajo.
* Concreción (concretion; concrezione; concrétion): alte-ración que implica la presencia en la superficie de la pie-dra de una masa más o menos compacta, dura y adhe-rente, formada por depósito o desecación. Cuandodicho depósito aparece como embutido en la superficierecibe el nombre de incrustación (incrustation; incrosta-zione; incrustation).
* Eflorescencias (efflorescence; efflorescenze; efflores-cence): alteración en forma de depósito cristalino, blan-co, poco coherente, de sales solubles, originado pormigración y evaporación de soluciones.
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* Subflorescencias (subflorescence; subflorescenze;subflorescence): las sales que se mueven hacia la super-ficie de la piedra cristalizan inmediatamente debajo dela superficie original de la misma, manifestándose comouna delgada y endurecida costra de material alterado.
* Criptoflorescencias (criptoflorescence; criptoflorescen-ze; cryptoflorescenze): es el resultado de la cristalizaciónde sales en el interior de la piedra en materiales pétreoscon grandes poros.
Eliminación o pérdida de materia
Bajo este epígrafe se incluyen todos aquellos indicado-res de alteración que suponen eliminación de materiapor parte de la piedra, estructurados en dos apartados,según se dé con formación o no de huecos.
La pérdida de materia, tanto con formación como sinformación de huecos, puede ser consecuencia de accio-nes mecánicas o de acciones fisicoquímicas; éstas, enel segundo de los casos, sin formación de huecos, semanifiestan en forma de una pérdida de cohesión inter-granular. En casos extremos de formación de huecos(cancerización) pueden actuar simultáneamente facto-res de diversa naturaleza.
1) Con formación de huecos
a) Acciones mecánicas externas
La separación o eliminación de materia de la superfi-cie de la piedra por una acción mecánica externapuede manifestarse mediante la formación de rayas,rozaduras, acanaladuras, estrías, etc. Las manifesta-ciones más importantes de estas acciones mecánicasexternas son:
* Excoriación (excoriation; escoriazione; écorchure): alte-ración que implica una eliminación de materia de la capamás superficial o piel de la piedra por acción mecánicaexterna, generalmente por frotamiento (violento), que semanifiesta en forma de desolladuras o rasguños.
* Estriado (striction; striatura; striure, pelade): alteracióncon eliminación de materia que se manifiesta por la for-mación de surcos horizontales o inclinados (estrías) enlas zonas de menor adherencia del cemento natural.Las estrías pueden ser ligeras y superficiales, o profun-das, y más o menos paralelas. Esta forma de alteración
se observa en paramentos sometidos a una fuerteacción eólica o a fuerte humedad interna. Pueden utili-zarse dos acepciones: acanalación, para surcos grandesy estrías vermiculares, y vermiculación, para surcos con-torneados y sinuosos, similares a las trazas que dejanlos gusanos.
b) Acciones fisicoquímicas
Los huecos resultantes de acciones fisicoquímicas pue-den ser de tamaño más o menos grande (cavernas) o dedimensiones más modestas (alvéolos, vacuolas, picadu-ras). Entre estos indicadores de alteración los máscaracterísticos son:
* Formación de cavernas (crater formations; formazionedi caverne; cratère formation): alteración que se mani-fiesta por la formación de concavidades profundascomo resultado de la eliminación de materia.
* Alveolización (alveolar erosion; alveolizzazione; alvéoli-sation): alteración con eliminación de materia que suelemanifestarse en materiales de alta porosidad con la for-mación de pequeñas cavidades o depresiones, semejan-te a las celdillas de las abejas, generalmente profundase interconectadas, cuyas paredes están cubiertas delmismo material, de eflorescencias y/o de colonias demicroorganismos.
* Picado (pitting; vaiolatura; piqueté): alteración puntifor-me con eliminación de materia que se manifiesta a tra-vés de la formación de pequeñas cavidades o picaduras,más localizadas que en la alveolización y no interconec-tadas.
* Excavación (excavation; scavo; fouille): alteracióncon eliminación de materia que da lugar a la forma-ción de grandes depresiones como resultado de unaremoción localizada de materia por acción de chorreode agua.
c) Varias actuaciones simultáneas
La actuación de varios factores de alteraciónsimultáneamente sobre la piedra puede provocar unestado muy generalizado de degradación, que ha sidollamado chancre por Henau (HENAU, 1980-81).
* Cancerización (chancre; cancerizzazione; chancre):estado muy generalizado de degradación con elimina-
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2) Sin formación de huecos
Eliminación de materia sin que tenga lugar, al menos deforma significativa, la formación de huecos. Puede tenersu origen en acciones mecánicas, generalmente promo-vidas por agentes atmosféricos, y en acciones fisicoquí-micas, que normalmente se traducen en una pérdida decohesión intergranular.
a) Acciones mecánicas
La remoción gradual de materia por un proceso esen-cialmente de tipo mecánico, aunque no puede descar-tarse la acción química, puede dar lugar a una reduc-ción del relieve o redondeamiento de formas en lasmanifestaciones denominadas erosión y corrasión.
* Erosión (erosion; erosione; érosion): alteración atmos-férica que produce remoción y transporte de materiales,debida a procesos tanto físicos como químicos, con laconsiguiente reducción del relieve.
* Corrasión (corrasion; corrasione; corrasion): erosiónque implica eliminación de materia como resultado dela acción mecánica de partículas sólidas transportadaspor el viento y que se manifiesta en un redondeamientode las formas.
b) Pérdida de cohesión intergranular (ver decohesión)
Cuando la eliminación de materia en la piedra esconsecuencia de una pérdida de cohesión intergranular,por microfisuración del constituyente o por pérdida deadhesión, se produce un ablandamiento de formas,relieves y aristas. La piedra se vuelve friable, granulosa,arenizada o pulverulenta. Las partículas pueden soltarsefácilmente al tocar el material, por la acción de la lluvia,el viento o simplemente por acción de la gravedad.
Las principales manifestaciones de la decohesión, enfases sucesivas del proceso degradativo, son:
* Desagregación (disaggregation; disaggregazione; désa-grégation): decohesión superficial que se manifiesta por
la caída o no de fragmentos con la misma composiciónde la roca madre.
* Disgregación (disgregation; disaggregazione; disgréga-tion): estado avanzado de decohesión interna que semanifiesta por la caída o desprendimiento de gránulos ocristales por acción de los más mínimos estímulosmecánicos; supone un sensible debilitamiento de lascaracterísticas mecánicas originales y un notableaumento de la porosidad. La disgregación puede darlugar a la formación y separación de fragmentos (veralteración por ruptura).
* Arenización (grain disgregation; arenizzazione; des-agrégation sableuse): estado muy avanzado de decohe-sión interna caracterizado por la caída, generalmenteinducida, de materia de la piedra en forma de granos detamaño de arena.
* Pulverización (pulverization; pulverizzazione; poudroie-ment): estado último de decohesión interna que semanifiesta en la caída de material de la piedra en formade polvo, simplemente al tocarla e incluso de maneraespontánea.
Deformaciones
La deformación de la capa externa de la piedra puedemanifestarse en la formación de una zona convexacomo consecuencia de una separación interna, de unhinchamiento, cuando la curvatura es continua, o de uncombamiento, si hay cambio de curvatura.
Cuando la deformación afecta a todo el espesor de lapiedra, se habla de deformación plástica o deformaciónpenetrativa de la piedra.
Por otra parte, la deformación puede manifestarse comoun hecho aislado o, por el contrario, puede aparecer enla superficie de la piedra un conjunto más o menosnumeroso de deformaciones.
1) La deformación es un hecho aislado
* Hinchamiento (swelling; rigonfiamento; bouffeinent,boursouflure): alteración por deformación mecánica quese manifiesta como un levantamiento de la superficie dela piedra en forma de curva continua, de color y consis-tencia variable, que puede llevar consigo el despeña-miento de partes.
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3. Arenización. Imagen: Manuel Alcalde 4. Disyunciones. Imagen: Manuel Alcalde
5. Fragmentación/fisuraciones. Pináculo de la Real Chancillería de Granada. Imagen: JesúsEspinosa (IAPH)
6. Santa María. Baeza. Imagen: Jesús Espinosa (IAPH)
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* Combamiento o alabeamiento (warping; curvatura; gau-chissement): deformación permanente que se manifiestaen forma de pandeo de losas, generalmente de mármol.
2) Formación conjunta de varias deformaciones
En ocasiones, la deformación de la superficie de la pie-dra no se traduce en una manifestación más o menosaislada sino en una serie de abolladuras o hinchazones; lasuperficie puede tomar así un aspecto ondulante más omenos exagerado (mamelonado, noduloso, granuloso) enfunción de las dimensiones de esas hinchazones. En gene-ral, pueden denominarse a estos abultamientos ampollas.
* Ampollas (blistering; bolle; ampoules): alteración pordeformación de la superficie de la piedra que se caracteri-za por la formación de numerosos abultamientos.
Rupturas y disyunciones
Las alteraciones de la piedra que implican separaciónde partes pueden producirse perpendicularmente (rup-turas) o paralelamente (disyunciones) a la superficie dela piedra.
1) Rupturas
Las rupturas pueden considerarse como accidentesmecánicos en la piedra que crean discontinuidades enla misma y no entrañan pérdidas de material; son máso menos perpendiculares a la superficie. Estas disconti-nuidades en la piedra pueden producir una mayor omenor separación de partes. Mientras que la fractura noimplica separación de las partes, en la fisura la separa-ción es ya más o menos completa.
Algunas de estas rupturas son inherentes a la propiaestructura del material, como las exfoliaciones, diacla-sas y esquistosidades, que permiten caracterizar diferen-tes tipos de rupturas.
Cuando la ruptura se produce a lo largo de una arista ode una esquina con pérdida de materia, según el caso ytipo de piedra, se origina un fragmento. En ocasiones, laformación y separación de fragmentos es el resultado dela decohesión interna (ver alteraciones por eliminaciónde materia).
* Fracturación (cracking; frattura; fracture): alteraciónpor ruptura que se manifiesta en la formación de solu-
ciones de continuidad en la piedra, generalmente sindesplazamiento relativo de las dos partes; es el acci-dente de ruptura de mayor extensión aunque, por otraparte, es aquél que crea soluciones de continuidadmenos evidentes.
* Fisuración (fissuring; fessurazione; fissurement): alte-ración por ruptura que se manifiesta en la formación desoluciones de continuidad en la piedra con desplaza-miento o separación macroscópica de las dos partes.
* Fragmentación (spalling; frammentazione; effrite-ment): alteración por ruptura con pérdida de materia,que se manifiesta por la formación de trozos más omenos compactos.
2) Disyunciones
Los accidentes de disyunción implican la separaciónabierta entre partes de la piedra originariamente juntas.Son paralelos a la superficie de la piedra y producenporciones de distinta forma y tamaño.
* Placas: láminas extensas y de varios milímetros deespesor, generalmente rígidas.
* Hojas de exfoliación: varias láminas delgadas, super-puestas, de espesor uniforme, generalmente del ordendel milímetro.
* Películas: pequeñas láminas muy delgadas.
* Escamas: láminas análogas a las escamas de un pes-cado. Tienen formas y espesor irregulares y dimensionesvariables, con apariencia del material inalterado.
La acción de la separación seguida del desprendimien-to de láminas independientes de la estructura de lapiedra recibe distintas denominaciones particulares enla bibliografía, en función de su forma y tamaño. El tér-mino francés delitage designa también dicha acciónpero cuando está ligada a estructuras en lechos desedimentación. Cuando una superficie presenta variasláminas y hojas superpuestas se dice que es laminar ofoliácea y su separación o desprendimiento produceuna exfoliación.
* Separación de placas (contour scaling; separazione dilastre, séparation des plaques): alteración por disyun-ción que implica la separación o levantamiento de pla-
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cas paralelas a la superficie de la piedra e independien-tes de la estructura de la misma.
* Exfoliación (exfoliation; peeling; esfoliazione; exfolia-tion): degradación por disyunción que se manifiesta porun levantamiento seguido de la separación de una omás láminas u hojas de exfoliación paralelas entre sí. Engeneral, se produce en capas paralelas a la esquistosidad.
* Separación de películas (film separation; separazionedi pellicole; séparation des pellicules): alteración por dis-yunción que se manifiesta en la separación de láminasmuy delgadas o películas.
* Descamación (chipping; desquamazione; desquama-tion): alteración por disyunción que se manifiesta pordespegamiento total o parcial de escamas de la superfi-cie de la piedra, independientemente de su estructura.Las escamas están formadas generalmente de materialen apariencia inalterado. Pueden ir acompañadas deeflorescencias y/o microorganismos.
Cuando la causa de la alteración es de origen biológico,se suele utilizar el prefijo bio-, tanto en los términosgenéricos (bioalteración, biodeterioro, biocorrosión, bio-decohesión) como en los indicadores de alteración (bio-costra, biodepósito, bioeflorescencia, bioalveolización,biofisuración, bioexfoliación, biodescamación).
Fase de laboratorio
Incluye la aplicación de un conjunto de técnicas y ensa-yos orientados a esclarecer las fuerzas destructivas queprovocan las alteraciones de la piedra, aspectos queresultan de gran interés para seleccionar las mejoresactuaciones sobre dicho material (aplicación de trata-mientos). Estos métodos, utilizados normalmente por lacomunidad científica, permiten la caracterización compo-sicional, mineralógica y textural del material, así como ladeterminación de sus propiedades físicas y las modifica-ciones que experimenta con el paso del tiempo (tabla 4).
Análisis químicoIII
Fundamentos
El análisis de los componentes principales de un mate-rial pétreo (tabla 5) consiste en la determinación de diez
parámetros que se expresan como porcentajes en pesode la muestra original seca a 105 °C. La suma de losporcentajes obtenidos debe quedar, para materiales típi-cos, entre el 99,50 y el 100,50%, asegurándose de estaforma el correcto análisis del material.
Se parte de material seco a 105 °C y molido hasta unnivel suficiente que permita un fácil ataque y cuyasmanipulaciones no hayan provocado contaminacionesaccidentales de la muestra.
Los reactivos empleados deben ser de calidad “para aná-lisis” y en todo caso se debe garantizar que su empleono provoque alteraciones en la composición de la mues-tra analizada que afecten al resultado del análisis.
En lo que respecta al material volumétrico a usar, debeser de una adecuada calidad y los instrumentos demedida deben estar perfectamente calibrados, empleán-dose para las pesadas una balanza analítica.
En el caso de que se proponga más de un procedimien-to de determinación para algún parámetro, la elecciónvendrá dada por la cantidad presente.
Objetivos y campo de aplicación
La composición química de los materiales pétreos, desus productos de alteración o de los materiales relacio-nados con la conservación de obras monumentales es,en la mayor parte de los casos, un dato de gran interéspara realizar una correcta caracterización de los mis-mos. En general, el análisis de componentes mayorita-rios de tipo inorgánico se realiza mediante métodos quí-micos, empleándose métodos instrumentales para loscomponentes minoritarios y traza de tipo inorgánico, asícomo para los compuestos orgánicos.
La aplicación de ciertas técnicas fisicoquímicas tambiénpermite obtener datos morfológicos y de composiciónquímica puntual de gran interés, por ejemplo, en elseguimiento de experiencias de alteración acelerada.
La composición química de los materiales pétreospuede proporcionar una información esencial en muydiversos campos de actuación relacionados con la alte-ración y conservación de materiales pétreos:
* Variación de la composición química de muestras alte-radas e inalteradas, dependiendo de la profundidad.
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* Comparación entre muestras alteradas para valorar eltipo e intensidad de la alteración.
* Conocer cuáles son los factores y mecanismos de alte-ración implicados.
* Localización e identificación de las canteras de proce-dencia de los materiales empleados en el monumento.
* Datación de ciertas estructuras y partes del monumen-to en función de los tipos de materiales empleados.
* Investigaciones relacionadas con productos de con-servación.
Métodos de análisis
Determinación de la pérdida por calcinación
1) Fundamentos
La pérdida por calcinación corresponde, fundamentalmen-te, al dióxido de carbono que se desprende como conse-cuencia de la descomposición de los carbonatos; tambiénse pierde el agua de hidratación de aquellas sales que lapierdan por encima de 105 °C. Se ha de prestar especialatención a muestras superficiales que pudieran contenermateria orgánica o partículas carbonosas, que resultaríandestruidas y volatilizadas en el proceso de calcinación.
Aparatos:
* Horno mufla (950 °C).
* Balanza analítica.
Análisis químico
Análisis mineralógico-petrográfico
Análisis físico-mecánico
Ensayos de alteración en laboratorio
Biodeterioro
> Absorción atómica (A.A)> Fluorescencia de rayos X (FRX> Espectrometría de infrarrojo (IRFT)> Microanálisis EDX> Otras
> Difracción de rayos X> Microscopía óptica de luz polarizada> Microscopía electrónica (SEM y TEM)
> Porometrías: porosimetría de intrusión de mercurio eisotermas de adsorción de gases> Propiedades hídricas (absorción y saturación deagua al vacío)> Colorimetría> Ultrasonidos> Ensayos de resistencia mecánica
> Ensayos de envejecimiento acelerado
> Lupa binocular, microscopio óptico y electrónico
LÍNEAS INVESTIGACIÓN OBJETIVOS TÉCNICAS DE ANÁLISIS Y ENSAYO
> Identificación de componentes mayoritarios yelementos traza > Identificación de componentes de alteración(sales)
> Identificación y evaluación de los componentesmineralógicos y la relación existente entre ellos(textura), componentes vacíos (poros) y observa-ción morfológica de las sales
> Aspectos relacionados con la dinámica de losprocesos de alteración, así como los factores detipo físico que los controlan relacionados con elcomportamiento hídrico y mecánico
> Ensayos orientados hacia el conocimientosobre el comportamiento del material ante losagentes de alteración ambientales (efectos delhielo-deshielo, cambios térmicos, atmósferascontaminantes, etc.)
> Identificación de microorganismos
SiO2
Al2O3
Fe2O3
TiO2
PÉRDIDA POR CALCINACIÓN CaO
MgONa2OK2OSO3
Tabla 4. Metodología de laboratorio
Tabla 5. Componentes químicos
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2) Procedimiento
Tarar a 950 °C una navecilla de porcelana de fondo bajohasta peso constante; pesar en la navecilla ya tarada0,7 gramos de muestra finamente pulverizada y deseca-da a 105 °C; calcinar a 950 °C durante dos horas,enfriar en desecador y pesar; repetir la operación hastapesada constante.
3) Resultados
Calcular la pérdida de peso que se ha producido y expre-sarla como porcentaje.
Determinación de sílice
1) Fundamentos
Se basa en la precipitación cuantitativa de la sílice congelatina de la solución procedente de la disgregación dela muestra empleando como fundente una mezclaNaKCO3-bórax y extrayendo con una solución de HCl.
Reactivos y aparatos:
* Ácido clorhídrico concentrado.
* Ácido nítrico concentrado.
* Solución de gelatina al 2,5% (p/v). Disolver gelatinapura (sin residuo de calcinación) en la cantidad necesa-ria de agua, calentando en baño-maría. La solución esestable durante una semana.
* Solución de lavado. Añadir 2 ml de HCl concentrado y2 ml de solución de gelatina al 2,5% a cada litro de solu-ción de lavado.
* Mezcla de carbonato sódico-potásico y boráx: mezclar íntima-mente 34 g de NaKCO3 y 23 g de Na2B4O7•10H2O.
* Horno mufla.
2) Procedimiento
Pesar 0,7 g de muestra finamente pulverizada en mor-tero de ágata y desecada a 105 °C en un crisol de pla-tino con tapadera; mezclar íntimamente con 3,1 g demezcla NaKCO3-bórax; fundir a 950 °C; disolver el fun-dido, introduciendo crisol y tapadera en un vaso de 400
ml y agregando unos 150 ml de agua destilada y 50 mlde HCl 1:1; sacar la tapadera y el crisol lavándolos conagua destilada; evaporar a sequedad en baño de arena;añadir 17,5 ml de HCl concentrado haciéndolo resbalarsobre las paredes del vaso a fin de arrastrar las sales alfondo; hervir durante unos 6 minutos, cubriendo el vasocon un vidrio de reloj; agregar, a continuación, 1 ml deHCl concentrado y 10 ml de agua; calentar a 70 °C(± 5 °C); agregar, gota a gota y agitando, 6,5 ml de lasolución de gelatina previamente calentada a igual tem-peratura; dejar en reposo durante unos 25 minutos; fil-trar sobre papel Albet 242 o similar, recogiendo el filtra-do sobre un matraz aforado de 250 ml; lavar con unos30 ml de solución de lavado caliente recogiéndolossobre el mismo matraz; enrasar el matraz, una vez frío,con agua destilada, y esta solución se reservará y serotula como solución A; trasladar el papel con el precipi-tado a un crisol previamente tarado y secar en la estufaa 105 °C; calcinar a 1000 °C con las precauciones nor-males; enfriar en un desecador y pesar.
3) Resultados
Calcular el contenido de SiO2 expresado como porcenta-je en la muestra original.
Determinación de calcio
1) Fundamentos
Se basa en la determinación volumétrica mediante comple-xometría con AEDT en una solución en la que se han elimi-nado, mediante su separación como hidróxidos, aquellosiones metálicos que pudieran interferir en la determinación.
Reactivos:
* Ácido nítrico concentrado.
* Hidróxido amónico (1:1).
* Solución de nitrato amónico al 2% (p/v).
* Solución de hidróxido sódico 2 M.
* Indicador de ácido calconcarboxílico. Solución al 0,4%en metanol o trituración con sulfato sódico anhidro al 1%.
* Indicador de calceína. Pulverizar en mortero de ágatay mezclar íntimamente 0,004 g de calceína y 1 g de clo-
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ruro sódico. El indicador así preparado tiene una dura-ción de unos 10 días.
* Solución AEDT 0,01 M. Disolver 3.7225 g de la sal enagua destilada y llevar a 1 litro en matraz aforado.Valorar con una solución patrón de calcio.
* Solución patrón de calcio: pasar 1.000 g de CaCO3 decalidad reactivo análisis y previamente desecado a 105°C a un matraz aforado de 1 litro, con ayuda de unembudo. Lavar el polvo del embudo y el cuello delmatraz con agua destilada. Añadir 250 ml de HCl 0,1 Ny agitar hasta disolución total. Añadir 40 ml de NaOH0,1 N. Enfriar a temperatura ambiente y enrasar conagua destilada.
* Cianuro potásico.
* Clorhidrato de hidroxilamina.
2) Procedimiento
Tomar 100 ml de la solución anterior (solución A) en unvaso de 250 ml; agregar unas gotas de HNO3 concentra-do; calentar a ebullición y añadir NH4OH (1:1), gota agota y agitando, hasta débil olor permanente a amonía-co; hervir durante 1-2 minutos; filtrar por papel de filtrode tamaño de poro medio (Albet 238 ó 240), recogien-do el filtrado en un matraz aforado de 250 ml; lavar elprecipitado con solución caliente de NH4NO3 al 2%hasta total eliminación de cloruros y añadir las aguas delavado al matraz aforado; disolver el precipitado con HCldiluido caliente, lavando el papel con agua caliente;reprecipitar los hidróxidos, filtrar y lavar como se expusoanteriormente llevando los lavados al matraz aforado de250 ml; enrasar con agua destilada. Esta solución (solu-ción B) se usará para la determinación de calcio y mag-nesio; pipetear, en un matraz erlenmeyer de 250 ml,una alícuota de la solución procedente de precipitar loshidróxidos (solución B). Dicha alícuota no debe conte-ner más de 50 mg de ión calcio e ión magnesio.Normalmente se emplearán 50 ml; hervir con dos len-tejas de KOH o NaOH para eliminar el exceso de amo-níaco; enfriar y diluir a unos 50 ml; mezclar perfecta-mente con unos 10 ml de solución de NaOH a fin deque precipite todo el magnesio y la solución tenga unpH no inferior a 12. Comprobar con papel indicador;dejar reposar durante 3-5 minutos, agitando de vez encuando; añadir un poco de KCN y de clorhidrato dehidroxilamina para evitar posibles interferencias de
pequeñas cantidades de cobre, manganeso, cinc,cobalto o níquel; añadir 5-10 gotas de solución de indi-cador de ácido calconcarboxílico, 0,2-0,4 g de la mez-cla sólida del mismo ó 0,10 g de indicador de calceína;valorar con solución de AEDT 0,01 M previamente con-trastada, agitando vigorosamente hasta que el colorcambie de rojo vino a azul puro, o de verde fluorescen-te a azul-violeta y desaparezca la fluorescencia, segúnse utilice como indicador ácido calconcarboxílico o cal-ceína, respectivamente.
En el caso de utilizar calceína, la adición de 1-2 mg deazul de timol hace el viraje más perceptible. En el casode una concentración de magnesio relativamente eleva-da es aconsejable valorar el calcio por retroceso.
3) Resultados
Calcular el porcentaje de CaO en la muestra originalteniendo en cuenta que 1 ml de AEDT 0,01 M equivalea 0,56 mg de CaO.
Determinación volumétrica de magnesio
1) Fundamentos
Se basa en la determinación volumétrica conjunta decalcio y magnesio mediante complexometría con AEDTempleando negro de eriocromo T como indicador en lasolución procedente de separar los sesquióxidos. A lacantidad obtenida se ha de restar la correspondiente alcalcio determinada anteriormente.
Reactivos:
* Solución tampón. Disolver 54 g de NH4Cl en 300 mlde agua destilada, añadir 444 ml de NH4OH 12 N yenrasar a 1 litro con agua destilada.
* Indicador de negro de eriocromo T. Mezclar íntima-mente en un mortero de ágata 3 partes de negro de erio-cromo T y 997 partes de cloruro sódico.
* Solución de AEDT 0,05 M. Disolver 18,6127 g de la salen agua y enrasar a 1 litro en matraz aforado.
* Solución patrón de magnesio. Disolver 2,03 g deMgCl2•6H2O de calidad reactivo análisis y desecado a60 °C en un pequeño volumen de agua y llevar a 1 litroen matraz aforado.
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2) Procedimiento
Tomar una alícuota de 50 ml de la solución procedentede precipitar los hidróxidos (solución B) en un matrazerlenmeyer de 250 ml. Dicha alícuota no debe contenermás de 50 mg de iones calcio y magnesio; añadir 10 mlde solución tampón a fin de llevar la solución a pH 10;diluir unos 100 ml con agua destilada; calentar a unos40-50 °C; añadir un poco de KCN y de clorhidrato dehidroxilamina para evitar posibles interferencias depequeñas cantidades de cobre, manganeso, cinc, cobal-to o níquel; agregar unos 0,3 g de indicador; valorar consolución de AEDT 0,05 M mediante una microbureta.
3) Resultados
Calcular el porcentaje de MgO teniendo en cuenta que1 ml de AEDT 0,05M equivale a 2.016 mg de MgO y queen esta valoración se determinan el calcio y el magnesioconjuntamente, por lo que se habrá de restar a la canti-dad de AEDT consumida la requerida para la valoracióndel calcio, teniendo presente las correspondientes mola-ridades del AEDT.
Determinación de magnesio por espectrofotometría de absorción atómica
1) Fundamentos
Determinación directa por espectrofotometría deabsorción atómica en la solución procedente de sepa-rar los sesquióxidos. Será la determinación de elec-ción en el caso de materiales con muy bajo contenidoen magnesio.
Reactivos y aparatos:
* Espectrofotómetro de absorción atómica.
* Solución patrón de magnesio.
2) Procedimiento
Medir la absorción atómica a 202,6 nm con una llamaaire-acetileno de la solución procedente de separar lossesquióxidos (solución B); construir una recta de calibra-do medida en las mismas condiciones con solucionesconteniendo entre 2 y 10 mg• l-1 de magnesio.
3) Resultados
Determinar el contenido de magnesio en la solución porinterpolación en la recta de calibrado y expresar el con-tenido de magnesio como porcentaje de MgO en lamuestra original.
Determinación de aluminio y hierro
1) Fundamentos
Se basa en la determinación directa de aluminio e hie-rro en la solución procedente de la separación de la síli-ce mediante espectrofotometría de absorción atómica.
Reactivos y aparatos:
* Espectrofotómetro de absorción atómica.
* Solución patrón de hierro.
* Solución patrón de aluminio.
2) Procedimiento
Determinar el contenido de hierro en la solución A pormedida de la absorción atómica a 280,0 nm con unallama aire-acetileno y empleando como recta de calibra-do soluciones de hierro conteniendo entre 0,1 y 5,0mg•l-1 de hierro; Determinar el contenido de aluminioen la solución A por medida de la absorción atómica a309,3 nm con una llama nitroso-acetileno usando comorecta de calibrado soluciones de aluminio conteniendoentre 2,0 y 100,0 mg•l-1 de aluminio.
3) Resultados
Expresar las cantidades de aluminio e hierro obtenidascomo porcentajes de Al2O3 y de Fe2O3 en la muestra ori-ginal respectivamente.
Determinación de titanio
1) Fundamentos
En medio ácido, el Ti (IV) reacciona con peróxido de hidró-geno para dar un color naranja, o amarillo si la concen-tración de titanio es pequeña, que permite su determina-ción espectrofotométrica. El color se atribuye a la forma-ción de TiO(H2O2)
2+.La interferencia de Fe(III) se elimina
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con la adición de ácido fosfórico. Si se sospecha la inter-ferencia de Vanadio (V), se puede comprobar añadiendouna pequeña cantidad de fluoruro, que hace desaparecerel color debido al titanio por la formación de TiF6
2-.
Reactivos y aparatos:
* Peróxido de hidrógeno (20 volúmenes).
* Mezcla sulfúrico/fosfórica. Mezclar 300 ml de agua,200 ml de ácido sulfúrico concentrado y 500 ml deácido fosfórico concentrado.
* Solución patrón de titanio (40 mg•l-1 de TiO2).
* Espectrofotómetro visible.
2) Procedimiento
Añadir alícuotas de 50 ml de solución A sobre dos matra-ces aforados de 100 ml; añadir a cada uno 5 ml de mez-cla sulfúrico/fosfórico; agregar, únicamente a uno de losmatraces, 10 ml de peróxido de hidrógeno; mezclar bienmediante agitación; enrasar ambos matraces con aguadestilada; medir la absorbancia de la muestra que con-tiene peróxido de hidrógeno a 410 nm frente a la que nolo contiene; operando de igual forma, preparar una rectade calibrado entre 2 y 10 mg• l-1 de TiO2.
3) Resultados
Usando la recta de calibrado, relacionar la lectura obte-nida con mg•l-1 de TiO2 y expresar el resultado comoporcentaje de TiO2.
Determinación de sodio y potasio
1) Fundamentos
Ataque ácido de la muestra sólida con eliminación de lasílice por volatilización y determinación de sodio y pota-sio por espectrofotometría de emisión de llama.
Reactivos y aparatos:
* Ácido clorhídrico concentrado.
* Ácido nítrico concentrado.
* Ácido fluorhídrico concentrado.
* Solución patrón de cloruro sódico.
* Solución patrón de cloruro potásico.
* Espectrofotómetro de emisión de llama.
2) Procedimiento
Pesar exactamente, en una cápsula de teflón, 1 g demuestra, finamente pulverizada en mortero de ágata ydesecada a 105 °C; añadir lentamente 10 ml de HClconcentrado, 4 ml de HNO3 concentrado y 40 ml de HFconcentrado; llevar a sequedad en baño de arena; aña-dir 5 ml de HCl y 0,5 ml de HNO3 y llevar de nuevo asequedad; repetir una vez más el tratamiento del apar-tado anterior; extraer el residuo seco con 17,5 ml deácido clorhídrico concentrado y un poco de agua calien-te y pasar el líquido a un matraz aforado de 250 ml;enrasar con agua destilada; medir la emisión atómicadel sodio a 589,0 nm en una llama aire-acetileno; llevarel valor obtenido a la curva de calibración obtenida parasoluciones conteniendo entre 4 y 40 mg• l-1 de sodiomedidas en las mismas condiciones; medir la emisiónatómica del potasio a 766,5 nm en una llama aire-ace-tileno; llevar el valor obtenido a la curva de calibraciónobtenida para soluciones conteniendo entre 2 y 40 mg•l-1 de potasio medidas en las mismas condiciones.
3) Resultados
Expresar los resultados como porcentajes de Na2O y K2Oen la muestra original.
Determinación turbidimétrica de sulfatos
1) Fundamentos
Se basa en la formación de un precipitado de sulfato debario que se mantiene en suspensión por efecto de laadición de goma arábiga, lo que permite su determina-ción turbidimétrica. El procedimiento sólo es adecuadopara pequeñas cantidades de sulfato.
Reactivos y aparatos:
* Solución precipitante. Preparar una disolución con 20g de acetato de bario, 75 ml de ácido acético 10 N y 25ml de solución de goma arábiga al 5% en agua. Una vezmezclados y disueltos, se filtra. Esta solución es estableal menos durante un mes.
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* Solución patrón de sulfato de 480 mg•l-1.
* Espectrofotómetro visible.
2) Procedimiento
Tomar en matraces de 50 ml una cantidad adecuadade disolución procedente de la eliminación de la sílice(solución A) de tal manera que quede dentro de la rectade calibrado que se haya construido; añadir 1 ml desolución precipitante y enrasar con agua destilada; agi-tar durante 2 minutos y dejar en reposo durante 10minutos; medir en espectrofotómetro la absorbancia a425 nm, frente a un blanco preparado de igual formapero sin sulfato, como máximo en los 5 minutossiguientes.
3) Resultados
Los resultados se expresan como porcentaje de SO3 enla muestra original.
Determinación gravimétrica de sulfatos
1) Fundamentos
Se basa en la formación de sulfato de bario, que se fil-tra y calcina para su determinación gravimétrica. El pro-cedimiento no es adecuado si las cantidades de sulfatoson muy pequeñas.
Reactivos:
* Solución de cloruro de bario al 10%.
* Solución de ácido clorhídrico 1:5.
* Solución de nitrato de plata 0,1 M.
2) Procedimiento
Pesar entre 0,5 y 1 g de muestra finamente pulverizaday desecada a 105 °C; atacar con 50 ml de HCl 1:5 enun vaso de precipitado llevando a ebullición; añadir acontinuación 100 ml de agua hirviente y mantener enebullición durante otros 5 minutos; filtrar por papel Albet240 o similar lavando el precipitado con agua caliente;el filtrado obtenido se lleva a ebullición y se añaden,gota a gota, 20 ml de solución caliente de cloruro debario; dejar reposar el precipitado formado durante unos
5 minutos y comprobar que la precipitación ha sidocompleta; calentar de forma suave durante una hora yfiltrar en caliente a través de filtro Albet 240 o similar;lavar el precipitado con pequeñas porciones de aguacaliente hasta total eliminación de cloruros; colocar el fil-tro en un crisol de porcelana previamente tarado, secaren estufa y calcinar a 800 °C; enfriar en desecador ypesar; repetir el proceso de calcinación hasta pesadaconstante.
3) Resultados
Expresar el peso de sulfato de bario obtenido como por-centaje de SO3 en la muestra original.
Análisis mineralógico-petrográficoIV
Las técnicas experimentales utilizadas en el estudio delos diferentes materiales que se emplean en elPatrimonio Arquitectónico se suelen agrupar sobre labase de dos clases de métodos de estudio: métodosquímicos y métodos físicos. Las técnicas físicas de aná-lisis se basan en la medida de propiedades físicas de lamateria, que están íntimamente relacionadas con suestructura, simetría y composición; por lo tanto, a par-tir de estas medidas, es factible identificar el tipo desustancia o fase mineral. Los métodos físicos se pue-den usar también para análisis químico. Presentan, engeneral, ventajas frente a los químicos, ya que muchosno son destructivos, son capaces de analizar fasesindependientes sin tener que llevar a cabo una separa-ción previa u otro tipo de manipulación y suelen sermuy sensibles.
En consecuencia, los métodos físicos sirven para deter-minar la estructura, composición y propiedades de losminerales, y de esta forma conseguir su identificación,caracterización, e incluso su cuantificación. Estos méto-dos no se utilizan exclusivamente en el estudio de mine-rales y rocas, sino que se emplean también en el análi-sis de morteros, hormigones, materiales cerámicos, pig-mentos, vidrios, metales, etc. Se puede decir, entonces,que son los métodos fundamentales de investigación enciencias de los materiales.
Esto ha permitido que en los últimos años se haya pro-ducido un importante avance en los procedimientos fisi-coquímicos de análisis en el ámbito de la conservacióny restauración de obras de arte, y de forma particular de
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los bienes de interés cultural fabricados con materialespétreos y, en general, con cualquier producto.
De acuerdo con la metodología de las técnicas emplea-das, los principales métodos físicos se pueden clasificaren los siguientes grupos: métodos difractométricos,métodos ópticos, métodos espectroscópicos y métodostérmicos. Existen además otros métodos basados enprincipios específicos que no permiten agruparlos entresí ni en ninguno de los grupos anteriores.
En esta monografía se presentan aquellas técnicas ins-trumentales que habitualmente se emplean en los labo-ratorios y organismos que están más directamente impli-cados en la conservación y restauración de obras dearte y son de uso más general. Los métodos físicos demayor interés para la caracterización mineralógica petro-gráfica de los materiales de construcción y de sus pro-ductos de alteración son los ópticos y los difractométri-cos. Los métodos ópticos tratan del estudio de los fenó-menos de interferencias de la luz trasmitida o reflejadapor un cristal; constituyen el contenido de otro apartadode este manual.
Difracción de rayos X
Los métodos difractométricos, objetivo esencial de esteapartado, se basan en la difracción de radiaciones por lamateria cristalina. Mediante el estudio del diagrama opelícula, que resulta de dicho fenómeno de interferenciaentre las radiaciones y el material cristalino, se deducenlas características estructurales y los datos geométricosde la estructura cristalina, lo que permite identificar lafase mineral y, en su caso, cuantificar las proporciones enque se encuentran en una mezcla. Aunque existen variosmétodos (dependen del tipo de radiación que utilizan) elmás ampliamente empleado y el más versátil, tanto paraidentificación como para determinaciones estructuralescristalinas, es la difracción de rayos X (DRX).
Características y propiedades de los Rayos X
Las radiaciones X forman parte del espectro electromag-nético, por tanto tienen la misma naturaleza que la luz;son fuertemente energéticas debido a su pequeña longi-tud de onda (λ), sobre todo el tramo de λ más cortas(lo que se conoce como radiaciones “duras”) que den-tro del espectro electromagnético ocupan esta clase deradiaciones. El valor de su longitud de onda es compa-rable a los espaciados reticulares (distancias entre pla-
nos virtuales que “contienen” partículas constituyentes,átomos, iones, etc.) de las sustancias cristalinas y, enconsecuencia, un cristal puede actuar como una red dedifracción de rayos X. Esta pequeña longitud de onda leconfiere, por otra parte, la capacidad de atravesar mate-riales opacos a la luz, además de propagarse en línearecta a una velocidad análoga a la de la luz y ser capazde impresionar emulsiones sensibles de placas fotográ-ficas, debido a su reactividad fotoquímica.
En una primera aproximación, un cristal puede conside-rarse como una agrupación ordenada y periódica de áto-mos. Todos los cristales, al ser alcanzados por un haz derayos X, los difunden simultáneamente. En general, estasondas difundidas interfieren unas con otras anulándose,pero en ciertas direcciones se refuerzan para formar unnuevo frente de ondas. Este fenómeno de interferenciaconstructiva es el que se conoce como difracción. Estasdirecciones privilegiadas están condicionadas únicamen-te por la geometría y dimensiones de la red cristalina.
Difracción de los Rayos X. Métodos experimentales
El término difracción implica que la “reflexión“ de losrayos X tiene lugar al incidir en sólidos cristalinos; estoes, a un ángulo de incidencia (θ1) corresponde otroángulo de reflexión exactamente del mismo valor (θ2).Pero a diferencia con el fenómeno de reflexión de la luz,los rayos X se “reflejan” solamente en una mínima pro-porción y también se diferencian en que la “reflexión”tiene lugar únicamente a unos valores determinados deángulos de incidencia (θ1) que dependen de los siguien-tes parámetros:
* La longitud de onda (λ) utilizada.
* El tipo de cristal empleado (esto es, de sus constantescristalográficas).
* La orientación cristalográfica del cristal (por lo tantodel ángulo θ).
Estas condiciones necesarias para que se produzca ladifracción de radiaciones X fueron recogidas por Braggmediante una expresión matemática: λ= 2d sen θ. Portanto, la difracción de rayos X ocurre siempre que sesatisfaga la ecuación de Bragg. Evidentemente, para uncristal dado, esta ecuación pone de manifiesto que sóloocurrirá difracción para determinados valores de λ y θ.Si se utiliza radiación X monocromática (con un valor de
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λ prefijado), el único grado de libertad de que se dispo-ne es el ángulo θ, lo que obligará a modificar la posicióndel cristal respecto a la dirección del haz monocromáti-co de rayos X de alguna de las siguientes formas:
* Modificando la orientación del cristal, bien girándolo,bien forzándole a oscilar en torno a un eje.
* Empleando una masa de material cristalino formadapor multitud de pequeños cristales desorientados.
Si se utiliza radiación X heterocromática (radiacióncompuesta por un amplio margen de valores de λ),será suficiente un solo cristal en una posición especí-fica. Evidentemente siempre habrá alguna λ de rayosX que satisfaga la expresión de Bragg. A partir deestas premisas, se puede deducir que existen tres pro-cedimientos fundamentales para obtener la difrac-ción, que se pueden resumir en los siguientes: méto-do de Laue, método del cristal único y método depolvo desorientado.
Dentro de los diversos métodos experimentales dedifracción de rayos X, el de mayor utilidad en la identi-ficación de materiales sólidos cristalinos es el métodode polvo cristalino desorientado. Este método utiliza unmaterial policristalino formado por cristalitos minúscu-los que, en principio, consideramos distribuidos al azaren todas las direcciones posibles. Este polvo se irradiacon radiación monocromática e indudablemente habrácristalitos en la posición adecuada para reflejar losrayos X al satisfacer la ecuación de Bragg. En realidades como si un monocristal se rotase en todas las posi-ciones posibles.
Hay que tener en cuenta que en muchos casos no esposible disponer de cristales suficientemente grandescomo para estudiarlos aisladamente. En concreto, losminerales de la arcilla y una gran parte de materiales arti-ficiales de un enorme interés industrial (piedra natural,mortero, cerámicas, metales, pigmentos, etc.) difícilmen-te desarrollan monocristales de dimensiones adecuadaspara DRX, siendo, en general, agregados policristalinosde numerosos individuos, frecuentemente sin desarrollode hábito cristalino y de muy pequeño tamaño (diámetrode 0,1 a 5 micras). En estos casos es imprescindible lautilización del método del polvo cristalino. Se denominaasí este método de DRX porque el material a estudiar sereduce previamente a un polvo muy fino (50 micras) nor-malmente en un mortero de ágata.
Difractómetro de polvo. Sistema de registro
El difractómetro de polvo es en la actualidad la técnicade difracción de rayos X más ampliamente utilizada.Básicamente, consta de un porta muestras plano en elque se deposita la muestra a analizar que gira en tornoa un eje. El haz de rayos X es el foco de un tubo de pro-ducción de rayos X que es colimado mediante una rendi-ja con el fin de hacer que incida exactamente en la mues-tra problema. El haz de rayos X difractado va a parar auna rendija de recepción e incide en la ventana de uncontador de intensidad de radiaciones. La posición deesta rendija de recepción y el contador respecto al hazdirecto de rayos X puede leerse en una escala incorpora-da en el equipo. Para que rendija y contador estén encondiciones de recoger los haces reflejados/difractadospor la muestra problema deberán desplazarse a una velo-cidad angular constante. Esto es, hay que asegurar elgiro sincronizado de muestra y rendija-contador.
La muestra se suele preparar de dos formas diferentes.Una consiste en rellenar un portamuestras metálico (nor-malmente de aluminio) con un hueco rectangular (de tama-ño aproximado de 20 x 15 mm y una profundidad de 1,5mm) en el que se compacta la muestra pulverulenta conuna espátula o herramienta similar sin ejercer excesiva pre-sión para no forzar orientaciones preferenciales de los cris-tales constituyentes de la muestra. Es necesario aseguraruna superficie perfectamente lisa enfrentada a la radiación.Otro procedimiento de preparación muy utilizado consisteen depositar en un portaobjetos de vidrio unas gotas de unasuspensión del polvo a estudiar en agua, alcohol, etc. quese extienden por toda su superficie. Al secarse la suspensióndeja una fina película bien adherida a la superficie del portade vidrio. Esta modificación del procedimiento anterior sedenomina método del agregado orientado (A.O). Este último
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7. Difractograma de árido de construcción. Longitud de onda (λ) empleada 1.5405A. Escala en grados 2θ (Q siglas del cuarzo)
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procedimiento es muy utilizado en el estudio de los minera-les de las arcillas, debido a que presentan un marcado hábi-to laminar (una estructura cristalina laminar) y preparandolas muestras de esta forma se consigue una mayor seguri-dad y facilidad en su identificación.
El sistema de registro de datos permite obtener lo que seconoce como diagramas de difracción o diagramas depolvo de los sólidos cristalinos (figura 7), que consistenen una serie de líneas o “picos” de reflexión a unosángulos concretos y que, siendo, en definitiva, caracte-rísticos de cada tipo de material cristalino sólido, facili-tan su identificación de forma rápida y fiable.
La figura 7 corresponde a un difractograma en polvodesorientado de una muestra constituida exclusivamente porcuarzo -Q- (sílice). Todas las líneas de difracción que contieneel registro pertenecen a cuarzo; su línea más determinantesiempre aparece a 26,7 grados 2 θ, equivalente a unespaciado reticular de 3,34 A, de acuerdo con la ecuación deBragg. Es, además, su reflexión de mayor intensidad (esto es,de mayor área y/o altura de “pico”).
Identificación de fases minerales cristalinas
Cada sustancia cristalina presenta un diagrama dedifracción de rayos X característico constituyendo, portanto, las señas de identidad de la sustancia o mineralen cuestión. Esto ofrece la posibilidad de utilizar el méto-do de polvo como un procedimiento seguro de identifi-cación de sustancias sólidas sin más limitación, en prin-cipio, que la de poseer una estructura cristalina.
En la figura 8 se recoge un difractograma de rayos X deuna muestra de las yeserías ornamentales de La
Madraza (Granada). A partir de una primera inspecciónvisual se observa que la mayor parte de estos elementosdecorativos se encuentran muy dañados, sobre todo enlas partes altas del Oratorio, ya que existen pérdidas sig-nificativas de su geometría decorativa debido a la forma-ción de sales solubles. Se sabe que el hecho de generar-se estas fases minerales da lugar a problemas de dete-rioros importantes en los materiales de construcción enlos que llegan a cristalizar. Pero no todos los tipos desales solubles actúan con la misma virulencia sino queunas son mucho más agresivas que otras. Por otraparte, la identificación precisa de las fases salinas queaparecen en elementos constructivos con daños permi-te establecer las causas y los mecanismos por los quese han originado y, por tanto, realizar una intervenciónde conservación más eficaz.
En este caso concreto, mediante la técnica de difracciónde rayos, se deduce la presencia de hexaedrita (sulfatode magnesio hidratado) como fase más abundante,acompañada de yeso y otros sulfatos complejos de mag-nesio y otros cationes en pequeñas proporciones. Laexistencia de yeso en las yeserías de este edificio histó-rico es totalmente lógica, aunque no tanto si procede dela disolución del yeso de construcción utilizado en la ela-boración de estos elementos decorativos y posteriorrecristalización. Otra cuestión distinta es la existencia dehexaedrita (sal soluble) que es la fase que está originan-do los problemas de conservación de estos elementosconstructivos. Si se quiere actuar eficazmente sobre lascausas que ocasionan los daños, se tiene forzosamenteque determinar el origen del magnesio que, asociado alos iones sulfatos (para éstos es más fácil establecer suprocedencia si tenemos en cuenta que las sales se ubi-can en yeserías), constituyen la hexaedrita.
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Hexa
8. Difractograma de eflorescencias salinas en un edificio histórico (Hexa: hexaedrita)
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Existen numerosos ficheros de referencia y bases dedatos con diagramas tipo, confeccionados a partir desustancias puras, que sirven para la identificación desólidos por comparación con los diagramas problema.Uno de los más importantes lo ha elaborado laAmerican Society for Testing Materials (ASTM); su fiche-ro normalizado constituye el Powder data file (PDF), enel que se recogen todas las sustancias conocidas (orgá-nicas e inorgánicas). El método permite identificar sus-tancias aisladas o mezclas, y realizar análisis compara-tivos de minerales en rocas u otros materiales heterogé-neos (morteros, ladrillos, etc.). La suma de dos o mássustancias cristalinas producirá un registro que serámezcla a su vez de los diagramas de las sustanciaspuras. Esto llevará consigo un debilitamiento general delas intensidades de las dos o más fases presentes.
La identificación hoy en día de las fases minerales o deotras sustancias cristalinas presentes en los registros dedifracción de rayos X (DRX) se consigue de forma muyrápida y bastante fiable mediante programas de ordena-dor específicos, como por ejemplo, el programaXPowder (MARTÍN RAMOS, 2004).
Análisis cuantitativo de fases cristalinas
Una posibilidad analítica adicional que ofrece el estudiopor difracción de rayos X es calcular las proporciones en
que entran, en la composición de un material, sus dife-rentes componentes. Aunque es preciso reseñar que losresultados que se obtienen no son válidos de formaabsoluta sino de forma relativa, debido a que el error demedida con esta técnica es de ± 5% (incluso algo supe-rior según algunos investigadores). De ahí que la expre-sión más utilizada sea el de semicuantitativo.
El procedimiento se basa en que la intensidad de laslíneas de difracción de los diagramas están en funciónde la cantidad de cada sustancia presente en la mues-tra, aunque este postulado habría que matizarlo, puesentran en juego numerosos factores que pueden modifi-carlo: por ejemplo, el tamaño de las partículas, el gradode cristalinidad, la orientación preferencial de algunasfases minerales, la absorción de radiación por la mues-tra, etc. Para superar este problema se ha calculado enmuchas sustancias cristalinas su poder reflectante, querepresenta el factor corrector por el que hay que multi-plicar la intensidad de las líneas de difracción diagnósti-co de los minerales (usualmente el área o, en otroscasos, su altura) para corregir su verdadera concentra-ción en mezclas.
En la figura 9 se presentan los registros DRX correspon-dientes a dos muestras de cal comercial procedentes dedistintos fabricantes, recogidas en una intervención derestauración de un determinado edificio histórico. En B
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B
P
P
P
A Cc
Cc
Cc
P
9. Difractogramas de dos cales comerciales composicionalmente muy diferentes (Ccsiglas de calcita, P siglas de portlandita o cal apagada)
0 10 20 30 40 50 60º2q
III
Otz
Otz
Cal
Dol
Otz Otz
Cal
700 ºC
1100 ºC
An
An
AnWo+Di
GhWo
10. Difractogramas de dos ladrillos. La mineralogía es muy distinta ya que la tempe-ratura de fabricación de ambas piezas cerámicas lo es: 700 ºC y 1000 ºC
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la composición que se deduce es de portlandita -P-(hidróxido cálcico) casi exclusivamente, mientras que enel difractograma A se identifica, además de la portlandi-ta, otro componente que se encuentra en cantidades lla-mativas: es calcita -Cc- (carbonato cálcico). Este últimomineral procede de la reacción entre la portlandita y elCO2, debido a mal almacenaje, incorrecta manipulaciónde la cal o cualquier otra causa. En función del registrode DRX, las proporciones en que se encuentran estasdos fases en los sacos de cal suministrados a la obrason: 65-70% de hidróxido cálcico y 35-30% de calcita.Ello representa que un tercio de la cantidad de aglome-rante (la cal) del contenedor no va a ejercer la funciónconstructiva para la que se adquirió.
El análisis semicuantitativo permite obtener otro tipo deinformación respecto a este mismo ligante; así, a partir delcálculo de las intensidades con que aparecen las líneascaracterísticas de difracción de calcita (siglas: Cal) y por-tlandita (siglas: Po) en los difractogramas de la figura 11, esfactible evaluar la progresión del proceso de carbonataciónde la cal, utilizada como aglomerante en un mortero de res-tauración dosificado con cal y cuarzo como árido, en defi-nitiva, conocer la velocidad de fraguado (o endurecimiento)de dicho material de construcción. Adicionalmente, sepuede saber las proporciones utilizadas (o dosificación) deligante y árido en los morteros antiguos.
Objetivos y campo de aplicación
En el texto se han ido presentando aplicaciones concre-tas de esta técnica en el control y seguimiento de mate-
riales en intervenciones del patrimonio arquitectónico.Se pueden sumar otras muchas aplicaciones de ladifracción de rayos X no menos importantes. Las mássignificativas son las siguientes:
* Establecer de forma cualitativa y cuantitativa la com-posición de rocas, morteros, hormigones, ladrillos, estu-cos, etc.
* Identificar cualitativa y cuantitativamente los mineralesde la arcilla existentes en los materiales de construcción.Aspecto de gran importancia ya que pueden ser una delas causas más importantes en la degradación de edifi-cios; sobre todo, la presencia de arcillas expansivas delgrupo de las esmectitas.
* Conocer la composición y cantidades de las fases y de losproductos de alteración de los materiales de construcción.
* Caracterizar composicionalmente los pigmentos, fasesmetálicas y cerámicas.
Concretamente, en el ámbito de la conservación y res-tauración del patrimonio arquitectónico y, por amplia-ción, en construcción actual, algunas aplicaciones espe-cialmente útiles del estudio mediante difracción de rayosX son el control de la idoneidad y calidad de los mate-riales a emplear en los procesos de intervención. Comohemos visto, es factible evaluar la calidad de una cal(figura 9) controlando su carácter y grado de hidraulici-dad, la proporción de material inerte que contiene, laposible presencia de restos de cal viva, etc.
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11. Difractogramas de dos morteros de cal analizados a las 48 horas y al mes de su fabricación (Cal siglas de calcita, Po siglas de portlandita, Qtz siglas de cuarzo)
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Idénticos objetivos se pueden alcanzar para conocer lacalidad técnica de ladrillos o de otros tipos de cerámi-cas, o su idoneidad en determinados procesos de con-servación/restauración, así como la presencia de salessolubles, de granos de carbonatos que pueden originarsus roturas por caliches, datos de la temperatura de coc-ción en función de la mineralogía de la pieza cerámica,otros aspectos tecnológicos de su fabricación con laposibilidad de aplicación en estudios de arqueometría,etc. Asimismo, se puede verificar la idoneidad de los ári-dos adicionados a un mortero u hormigón, sobre todoen sus aspectos composicionales.
En la figura 10 se muestran los difractogramas pertene-cientes a dos ladrillos composicionalmente muy diferen-tes. En el registro inferior, la mineralogía nos permitededucir que la temperatura de cocción del ladrillo hasido la adecuada ya que las fases principales que seidentifican son anortita (An), wollastonita (W) y diopsido(D) (silicatos de calcio y magnesio que indican tempera-turas de cocción elevadas). Además se identifican otrasfases minerales que reafirman la misma hipótesis: geh-lenita (G), feldespatos, así como el desgrasante adicio-nado a la pasta, cuarzo (Q). En el diagrama superior seobserva la presencia de calcita, dolomita (D), mica (I),etc., que nos permiten concluir que la temperatura decocción del ladrillo no fue muy elevada (posiblementeinferior a 750 ºC), sobre todo por la persistencia des-pués de la cochura de dolomita. Es un argumento depeso para desechar cerámicas con esta composición enla recepción en obra.
En la figura 12 se expone un ejemplo de registro de DRXde un pigmento de coloración rojiza. La interpretación deldifractograma nos indica que la composición de la mues-tra se basa exclusivamente en hematites (Hem, mineralde hierro).
Es, por tanto, este producto el que comunicará la croma-ticidad rojiza a un mortero, estuco o a cualquier otromaterial de construcción que se le adicione.
Se han de conocer, sin embargo, las limitaciones quepresenta esta técnica tan asequible. La principal se refie-re a la imposibilidad de obtener datos acerca de la tex-tura de los materiales; el mismo procedimiento de pre-paración de las muestras lo impide, ya que la exigenciade desagregar la muestra problema mediante su molien-da y posterior tamizado hasta un tamaño de 50 micrasmodifica drásticamente la distribución y relaciones tridi-mensionales entre los granos o cristales que constituyenel material de construcción.
En este contexto se puede considerar como una técnicadestructiva. Otra limitación es la dificultad para la detec-ción de fases minerales en cantidades muy pequeñas(por debajo del 3-4% del total de la muestra). Una terce-ra limitación proviene del hecho de que la DRX suminis-tra escasa información sobre los materiales no cristali-nos presentes con bastante frecuencia entre los produc-tos de alteración generados en los procesos de deterio-ro. La complementariedad de la técnica anterior con lamicroscopía petrográfica y la microscopía electrónicaresuelve algunas de las limitaciones expuestas.
Finalmente, señalar que el análisis mediante DRX preci-sa cantidades muy pequeñas de muestra (menos de 0,5g) aunque, en contrapartida, obliga a que la fracciónescogida para su estudio tenga que ser totalmente repre-sentativa del conjunto. Por otra parte, indicar que es unatécnica rápida, totalmente fiable en cuanto concierne alos resultados y de coste económico relativamente bajo.
Estudio petrográficoV
Al realizar un estudio de caracterización de las rocasornamentales o de construcción en el patrimonio histó-rico, uno de los aspectos más significativos para cono-cer su naturaleza y obtener una primera aproximaciónde su durabilidad lo constituye la descripción petrográfi-ca de dichos materiales. Esta descripción consiste bási-camente en el estudio de los componentes de las rocas,
12. Difractograma de un pigmento utilizado en la intervención de la Portada delPerdón de la Catedral de Granada
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su textura y estructura; es decir, la constitución y organi-zación de los elementos que componen el materialpétreo, incluyendo tanto elementos sólidos como espa-cios vacíos.
Cuando se realiza una descripción petrográfica, los cri-terios a seguir y la terminología empleada pueden sermuy variables. Esto puede provocar que en ocasionessea difícil extrapolar los resultados obtenidos en estudiosdiferentes si no se ha seguido una misma metodologíadescriptiva, que dependerá en la mayoría de los casosdel autor y del objeto del estudio. De hecho, puede ocu-rrir que para un mismo tipo de piedra se realicen des-cripciones notoriamente distintas que provoquen confu-sión o resulten incompletas en determinados aspectos.
En base a esto surge la necesidad del empleo de unmétodo descriptivo común que, al menos, en el ámbitoque nos ocupa de los Bienes Culturales, utilice los mis-mos criterios descriptivos. Este método debe recoger, deforma esquemática, la mayor información posible sobrelas rocas, sin dejar de ser exhaustiva, y que a su vez per-mita una fácil comparación con otros litotipos.
Hasta fechas relativamente recientes habían sido esca-sos los intentos de realizar de forma normalizada losestudios petrográficos, y tan sólo algunas normasextranjeras o trabajos de varios autores tenían en cuen-ta los aspectos que de forma sistemática se deben con-siderar en una caracterización petrográfica para queésta sea lo más objetiva posible y permita comparacio-nes entre distintos materiales.
En enero de 2001 fue publicada la Norma EspañolaUNE-EN 12407 Métodos de Ensayo para Piedra Natural.Estudio Petrográfico que se va a tomar como referenciapara el desarrollo de este trabajo.
Objetivos y campo de aplicación
La descripción petrográfica de las piedras naturales esimportante no sólo para establecer su clasificación, sinotambién para resaltar aquellas características que influ-yen en su comportamiento químico, físico y mecánico.Del mismo modo, puede ser útil para establecer la pro-cedencia de la piedra en los procesos de restauraciónque necesiten sustituciones de material.
Para asegurar que la clasificación petrográfica sea lomás objetiva posible, la caracterización del material se
debería hacer, en la medida de lo posible, de formacuantitativa.
El campo de aplicación de la Norma UNE-EN 12407/01es muy amplio, pero los contenidos y criterios que sigueson válidos para el área de estudio de materiales pétreosde Bienes Culturales ya que se recogen tanto aspectosrelacionados con su naturaleza genética como otrosconcernientes con su resistencia y durabilidad, de granimportancia en el ámbito que nos ocupa.
Esta norma europea establece la metodología para rea-lizar la descripción petrográfica de la piedra natural, lasnormas de consulta necesarias, así como los equiposinstrumentales necesarios para su desarrollo.
Las normas que se toman como referencia son UNE-EN12670/03, Terminología de la Piedra Natural, y UNE-EN12440/01, Denominación de la Piedra Natural.
Los equipos básicos para la realización del estudio son:
* Lupa de mano y lupa binocular (si son necesarios).
* Microscopio petrográfico.
* Contador de puntos o análisis de imagen (si es necesario).
* Tabla de clasificación de colores distribuida por laSociedad Geológica de América u otra tabla de coloresde referencia (si es necesaria).
La metodología para el desarrollo de un estudio petro-gráfico comprende:
* Descripción macroscópica, que debe incluir los aspec-tos obtenidos de una inspección visual o con la ayudade lupa de mano o binocular.
* Descripción microscópica, que recogerá un estudiomediante microscopía petrográfica de una o más láminasdelgadas obtenidas de la muestra. En los casos que se esti-me necesario se preparará una probeta pulida o lámina del-gado-pulida para la determinación de minerales opacos.
* Clasificación petrográfica
En base a los aspectos de las descripciones anterioresse le asignará a la roca un nombre sistemático hacien-do uso de la norma UNE-EN 12670/03.
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Se debe mencionar que para la clasificación y la deter-minación precisa de la composición química-mineralógi-ca puede ser necesario el empleo de determinadosmétodos de ensayo físicos, como la difracción de rayosX o métodos de análisis químicos, cuya descripción noes objeto de este apartado.
En el campo de la conservación de piedra y evaluacióndel grado de deterioro de los materiales, será de espe-cial interés, además del establecimiento de los rasgospetrográficos y clasificación de los materiales, las obser-vaciones de tres aspectos:
* Estudio de las características y evolución del sistemaporoso: estimación del volumen de poros, tipos de poro-sidad (intragranular, intergranular, etc.), tamaño deporos, forma de los poros, y grado de conexión de losporos. Todos estos aspectos son de importancia decisi-va en el comportamiento químico y físico-mecánico dela roca y su alterabilidad, ya que su configuración condi-cionará los procesos de transporte de fluidos.
* El examen del grado de alteración de los granos mine-rales componentes, las uniones intergranulares, posiblesanisotropías texturales o granulométricas, presencia ynaturaleza de matriz y/o cementos, así como las carac-terísticas del contacto grano-cemento, ya que todosestos aspectos condicionarán mucho la resistenciamecánica de las rocas.
* La identificación y localización de fases salinas u óxidosque puedan formarse durante los procesos de alteración.Estas sales pueden ser de composición y orígenes diversos.
La aplicación del estudio petrográfico no se limita exclu-sivamente al estudio de materiales pétreos, sino quetambién es enormemente útil en el estudio de otrosmateriales presentes en arquitectura o arqueología,como morteros y cerámicas, entre otros. Esto hace queen el campo de la conservación y de la arqueometría seconsidere un eficaz método de caracterización de losmateriales, aportando además información sobre sugrado de deterioro e incluso ser una herramienta útil enel control de la ejecución de las operaciones que se rea-lizan durante las intervenciones.
Microscopía petrográfica
El microscopio óptico es una de las herramientas bási-cas para obtener descripción petrográfica rigurosa y
exhaustiva. Aunque existen otras técnicas de análisismás complejas para el estudio de materiales pétreos, elreconocimiento de minerales y rocas a través de sus pro-piedades ópticas, con el empleo del microscopio petro-gráfico, es sin lugar a dudas uno de los métodos máscomúnmente utilizados y de los más versátiles.
Las propiedades ópticas de los minerales derivan de suinteracción con la luz y dependen principalmente de lacomposición química y su estructura cristalina. Algunasde estas propiedades son visibles a escala macroscópi-ca, como el color, el brillo, la raya, etc. que, aunquesean fáciles de determinar, pueden tener validez relativaen muchos casos. En cambio, las propiedades micros-cópicas pueden ser más difíciles de determinar, peroson más seguras y permiten identificar fielmente losminerales.
La identificación de minerales mediante microscopíaóptica se fundamenta en la anisotropía que presentagran parte de los minerales cuando se propaga la luz através de ellos, es decir la propagación de la luz en loscristales puede variar fuertemente según las direccio-nes que se consideren. Concretamente la mayor partede las propiedades ópticas microscópicas que ayudan aidentificar minerales derivan del índice de refracción(n), que representa el cociente de la velocidad de la luzen el vacío (C) y la velocidad de la luz a través del mine-ral (Cn):
n= C/Cn
En base a esto se distinguen cristales ópticamenteisótropos (cúbicos), con el mismo valor de n en lastres direcciones del espacio, y cristales anisótropos,de los que se diferencian dos tipos: cristales uniáxi-cos, con dos valores de n perpendiculares, y cristalesbiáxicos, con tres valores distintos de n perpendicula-res entre sí.
Para poder aprovechar estas anisotropías ópticas en laidentificación de minerales, se debe dotar al microsco-pio de luz polarizada (luz que vibra en un solo plano),que se consigue mediante un filtro polarizador y una pla-tina giratoria que permita orientar los minerales. Éstasson las dos peculiaridades básicas del microscopio pola-rizante o microscopio petrográfico. Se debe resaltar laubicación del polarizador sobre el sistema de ilumina-ción de luz blanca y la existencia de un segundo polari-zador (analizador), dispuesto perpendicularmente al
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anterior, y de otra lente auxiliar (lente de Bertrand). Estadisposición permitirá analizar los efectos de interferenciade las dos ondas luminosas que se generan en el inte-rior de los cristales anisótropos a partir de la onda sim-ple incidente.
Para la observación de las rocas con esta técnica serequiere que las muestras sean lo suficientemente del-gadas para permitir el paso de la luz con un grado deabsorción mínimo, para lo que las rocas se cortan y sepreparan láminas delgadas mediante procedimientos deabrasión, con un espesor estándar de 30 μm, para elque casi todos los minerales son transparentes.
En estas condiciones y en base a las propiedadesópticas observadas, junto a criterios morfológicos yestructurales de los cristales (exfoliación, hábito,etc.), se podrán identificar las fases minerales pre-sentes en la roca, ya sean originarias o resultantes desu alteración.
Del mismo modo, con esta visión microscópica se podrárealizar un estudio de la textura y microestructura, anali-zando en detalle la naturaleza de los elementos que cons-tituyen las rocas (cristales, fósiles, clastos, matriz y cemen-to, poros, fisuras, etc.), las formas y tamaños (absolutos yrelativos) de dichos elementos, las relaciones mutuas entreellos y sus abundancias relativas, además de facilitar laclasificación de la roca y asignarle un nombre sistemático.
Se debe indicar que algunos minerales resultan opacosaún en secciones muy delgadas (sulfuros y óxidos prin-cipalmente) y para su identificación es necesario la uti-lización de la técnica microscopía de luz reflejada, en laque se estudian los fenómenos que se producen al inci-dir perpendicularmente la luz polarizada y reflejarsesobre la superficie de los minerales.
Procedimientos para la preparación de las láminas delgadas
Una lámina delgada es una porción de material monta-da sobre un portaobjetos y reducida mecánicamente auna lámina muy fina con un espesor de 0,030 ± 0,005mm, normalmente protegida por un cubre. Las mues-tras deberán tener la suficiente coherencia como paraque no se desmoronen cuando se corten. Por ello, si elmaterial es quebradizo o frágil, será necesario reforzarlopor impregnación, preferiblemente al vacío, con resinascon un índice de refracción de aproximadamente 1,54(por ejemplo, resinas epoxy).
El tamaño de la muestra debe ser lo suficientementegrande como para ser representativa de las característi-cas petrográficas de la roca a estudiar.
Las láminas delgadas suelen ser de una sección de33 mm x 20 mm, aunque para el caso de rocas contamaño de grano muy grueso se pueden utilizardimensiones mayores (por ejemplo, 75 mm x 50 mm),o se pueden preparar varias láminas delgadas dedimensiones normales para obtener un estudio real-mente representativo.
En el caso de rocas anisotrópicas se recomienda la pre-paración de al menos dos láminas delgadas con diferen-tes orientaciones de corte respecto a la anisotropía (porejemplo, paralela y perpendicular a los planos de estra-tificación, planos de esquistosidad).
En casos especiales, para la identificación de mineralesopacos mediante microscopía de luz reflejada, se prepa-rarán probetas pulidas o láminas delgadas pulidas. Éstaspresentarán un lado pulido con pasta de pulir de alúmi-na (de grado 5 μm a 12 μm) y pasta de diamante (de 6μm, 3 μm y 1 μm). La parte pulida se deja sin cubrir.
Descripción petrográfica
La descripción petrográfica de los materiales pétreosdebe ceñirse, en la medida de lo posible, a los guionesdescriptivos propuestos en las Normas UNE-EN 12407,UNE-EN 12440 y UNE-EN 12670, complementándosecon algunos aspectos que pueden ser de interés en elámbito de los Bienes Culturales.
Los contenidos que se deben tener en cuenta a la horade realizar la descripción se han estructurado en cua-tro bloques, que a su vez se dividen en diversos apar-tados. Estos apartados se proponen como el modelomás completo en su desarrollo, aunque en algunoscasos no será posible, bien porque se desconozcandeterminados aspectos o porque no impliquen a laroca en estudio.
El modelo que aquí se presenta es válido para todos lostipos de rocas, independientemente de su génesis (ígneas,metamórficas y sedimentarias). Para el caso de rocassedimentarias, que son las más frecuentes en el patrimonioarquitectónico de Andalucía, concretamente las rocascalcáreas, calcarenitas y algunas areniscas, existe untrabajo anterior (ESPINOSA, 1997) en el que se hace una
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propuesta de descripción petrográfica para este tipo derocas y se recogen de forma más detallada los contenidosa desarrollar para estos materiales. Esta propuesta está enconcordancia con el modelo que aquí se presenta.
Un estudio petrográfico recogerá los siguientes bloques:
1) Aspectos generales
a) Nombre tradicional o comercial de la roca. Nombrecon el que se comercializa dicha roca si la cantera aúnestá en explotación o nombre con el que comúnmentees conocida. Se deben evitar nombres geográficos queno estén relacionados con el verdadero lugar de origeny nombres de empresas.
b) Nombre y situación geográfica de la cantera. La situa-ción de la zona o de la cantera debe ser tan precisa comosea posible, incluyendo por lo menos la ciudad o pueblo,municipio o comunidad, condado, provincia y país.
c) Origen geológico de la roca. Se indicará la génesis dela roca y su contexto geológico original. Si existen, sedeberían proporcionar datos geológicos adicionales.
d) Edad geológica. Se debería indicar siempre que sepueda y de la forma más precisa posible.
e) Ejemplos de su empleo en patrimonio. Se menciona-rán los ejemplos conocidos, al menos los más represen-tativos, de su empleo en arquitectura o arqueología. Sise conocen distintas variedades de un mismo tipo depiedra se debe especificar.
f) Morfologías de alteración. Principales formas de alte-ración de la piedra en cantera o en los edificios que sehan empleado.
g) Información adicional. Se deben indicar, siempre quese tenga conocimiento, las características naturales quepuedan afectar al aspecto de la roca y su comportamien-to (venas, inclusiones, etc.) o si existen distintas varieda-des (textura, color, etc.) dentro de una misma cantera.
2) Descripción macroscópica
a) Color. Estimación visual del color de la roca en mues-tra de mano. El color se podrá determinar por impresiónvisual o por medio de una tabla de colores referencia (serecomienda la Tabla de Colores de Rocas).
13. Mármol constituido por calcita, con textura granoblástica isótropa
14. Calcarenita bioclástica constituida por restos de organismos, con escasa cementación
15. Caliza Arrecifal que presenta abundante porosidad cerrada intraclástica
16. Roca detrítica (arenisca) constituida por granos de cuarzo y cemento ferruginoso
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* Matriz. Se debe indicar el porcentaje fracción fina entreminerales o granos respecto al total de los componentestexturales: rocas volcánicas (la mesostasia puede servítrea, criptocristalina, microcristalina, devitrificada); rocassedimentarias, se debe distinguir entre matriz (microscris-talina, pelítica, carbonática o silícea, que incluye granos orellena intersticios) y cemento (materiales amorfos o cris-talinos que rellenan cavidades parcial o completamente);restos organogénicos, por ejemplo, restos organogénicosorgánicos o reemplazados (pirita, apatito, etc.).
c) Discontinuidades:
* Poros y microcavidades: abundancia relativa (indican-do método de cuantificación), tipos (intergranular, intra-granular, transgranular, móldica, etc.), tamaños y for-mas, material de relleno si existe.
* Grietas y fracturas abiertas: anchura (valor más fre-cuente, mínimo y máximo), longitud (valor más frecuen-te, mínimo y máximo), tipo (intergranular, intragranular,transgranular), orientación, distribución.
* Fracturas rellenas y venas: anchura (valor más fre-cuente, mínimo y máximo), longitud (valor más frecuen-te, mínimo y máximo), tipo (intergranular, intragranular,transgranular), orientación, distribución, rellenos (exten-sión, naturaleza, estructura), naturaleza (por ejemplo,estilolitos, venas).
4) Clasificación petrográfica
Sobre la base de los datos obtenidos del estudio macroy microscópico relativos al tamaño de grano, estructura,textura y composición mineralógica, se le debe asignara la roca una definición petrográfica utilizando para ellola norma UNE-EN 12670 (Piedra Natural. Terminología,2001) y se establecerá como mínimo la familia petroló-gica de la roca.
Si la descripción petrográfica no aporta suficiente infor-mación para asignar una definición petrográfica, seránnecesarios ensayos posteriores, fundamentalmente deanálisis químicos y mineralógicos (difracción de rayos X).
Microscopía electrónicaVI
Muchas de las propiedades de una roca ornamental,de un estuco o del pigmento de una pintura, depen-den en gran medida de sus características microscó-
b) Estructura de la roca: homogénea, heterogénea,masiva, laminada.
c) Textura global de la roca: clástica, blástica, cristalina.
d) Tamaño medio de grano: tamaño absoluto (muy grue-so, grueso, medio, fino) y relativo (equigranular, inequi-granular).
e) Grietas macroscópicas, abiertas y/o rellenas, poros ycavidades (cuando sean relevantes).
f) Evidencias de meteorización: teñido por alteración desulfuros, difusión de hidróxidos de hierro, alteración defeldespatos, etc. (cuando sean relevantes).
g) Presencia de macrofósiles (cuando sea relevante).
h) Presencia de xenolitos o intrusiones (cuando sea rele-vante).
i) Observaciones: aspectos que se deban resaltar noincluidos anteriormente.
3) Descripción microscópica
Se deben incluir los siguientes apartados en la descrip-ción microscópica:
a) Textura. Se utilizarán criterios de descripción específi-cos para cada tipo de roca según su génesis.
b) Constituyentes:
* Minerales/granos. Componentes minerales o granosidentificados, mayoritarios y minoritarios. Para cada tipode constituyente identificado se debe indicar (en casode que sea relevante): porcentaje (especificando elmétodo utilizado, como por ejemplo, estimación, conta-je, etc.), dimensiones (valores absolutos y valor mediode rango de variación), hábito (por ejemplo ideomorfo,anhedral, etc.), forma (por ejemplo, isométrico, aniso-métrico, planar, etc. Los granos detríticos en rocas sedi-menterias se describirán en función de su esfericidad oredondez), bordes (por ejemplo, rectos lobulados, denta-dos), distribución (homogénea, heterogénea, en capas,en manchas), orientación (por ejemplo, isotrópicos,orientación por formas o dimensiones, iso-orientacionesde granos laminares, etc.), evidencias de alteración delos constituyentes.
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picas. De hecho, si nos centramos en el análisis delproceso de alteración de una roca ornamental (porejemplo, una caliza), observaremos que si bien sudegradación se manifiesta de forma macroscópica poruna serie de fenómenos tales como la arenización, laformación de desplacados o el desarrollo de costrasnegras, es a escala microscópica donde tienen lugarlos procesos químicos y físicos que provocan dichaalteración (WINKLER, 1984; PRICE, 1996).
Fenómenos tales como la disolución y precipitaciónde fases minerales o la carbonatación de un morterode cal, por citar tan sólo un par de ejemplos, se pro-ducen a escalas que el ojo humano no puede detec-tar (su límite de resolución es de una décima de milí-metro, lo que equivale al grosor de un cabello). Paravisualizar las características microscópicas de unmaterial ornamental es necesario utilizar técnicas quenos permitan aumentar dicho poder de resolución.Estas son las llamadas técnicas de microscopía(MATTEINI & MOLES, 1984). Clásicamente, losmicroscopios han utilizado la luz visible como “sonda”electromagnética para indagar en el mundo de lomicroscópico; con tamaños cercanos a la micra (1μm = 10-6 m) o inferiores. Sin embargo, el poder deresolución δ de un microscopio, es decir, la capacidadde distinguir dos puntos contiguos, separados a unadistancia mínima (δ), es directamente proporcional ala longitud de onda empleada (λ). La relación entre δy λ viene dada por la siguiente ecuación:
δ = 0,61λ / (nsen θ)
Donde n es el índice de refracción del medio entre elobjeto observado y la lente del objetivo (típicamente elaire en el caso de un microscopio óptico), θ es ½ delángulo apical del cono de luz que va del objeto a la lentedel objetivo, y 0,61 es la constante de Abbé (AGAR et al.,1974; ARAI, 1996; BULCOCK, 2000).
Según la anterior ecuación, cuanto mayor sea la longi-tud de onda de la radiación electromagnética utilizadacomo fuente de iluminación en un microscopio, menorserá el poder de resolución. El poder de resolución deun microscopio óptico puede aumentarse ligeramentemediante la observación de un objeto inmerso en unlíquido de alto índice de refracción. Sin embargo, la granlimitación de este tipo de microscopios es que su poderde resolución para luz blanca (con λ de 300 nm a 700nm) es de 0,2 μm (200 nm) (ARAI, 1996). Tal valor deδ es bastante mayor que el tamaño de muchos de loselementos o características que interesa observar alestudiar materiales ornamentales. Por ejemplo, las par-tículas de Ca(OH)2 de una cal tradicional suelen presen-tar tamaños cercanos a 50 nm, mientras que los pig-mentos de una pintura, con características coloidales,presentan tamaños del orden de 100 nm. Obviamente,tales partículas no pueden ser observadas con elmicroscopio óptico (su tamaño es inferior al poder deresolución de éste).
En el año 1932, Knoll y Ruska construyeron la primeralente electromagnética capaz de focalizar un haz deelectrones (KNOLL & RUSKA, 1932; BULCOCK, 2000).Tal descubrimiento, así como el posterior desarrollo deun nuevo tipo de microscopios que utilizaban comofuente de iluminación un haz de electrones, vino a paliaren gran medida las limitaciones de la microscopía ópti-ca antes señaladas. Tales microscopios se denominaronelectrónicos.
La longitud de onda de un haz de electrones se relacio-na con el voltaje de aceleración (V) al que dicho haz seve sometido en la columna de un microscopio electróni-co mediante la siguiente ecuación:
λ = (1,5/V)1/2 (en nm)
Para un voltaje de aceleración de 100 kV, la longitud deonda de un haz de electrones será de 0,004 nm.Debido a errores de aberración (esférica) de las lentes
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17. Resultado de la interacción de un haz de electrones con una muestra
Haz incidentee-
secundarios
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catodolumi-niscencia
e- difractados e-transmitidos
e-difractados
Rayos-x defluorescencia
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electrónicas de este tipo de microscopios, el poder deresolución puede llegar típicamente a valores de 1 nm,aunque se pueden alcanzar valores cercanos a 1 Å(AGAR et al., 1974). Tal poder de resolución permiteincluso observar átomos. El extraordinario poder deresolución de los microscopios electrónicos, así comosu versatilidad, entre otras características que se verána continuación, han hecho de éstos una de las herra-mientas más útiles y de mayor aceptación en el mundode la conservación, donde es necesario efectuar análi-sis muy detallados de las características de un mate-rial ornamental antes (y después) de realizar un deter-minado tipo de tratamiento, utilizando un mínimo demuestra.
A continuación, se indicará cómo es la interacción delos electrones con la materia, para en apartados sucesi-vos describir las técnicas de microscopía electrónicamás usadas en conservación de materiales ornamenta-les, presentando ejemplos de sus aplicaciones.
Interacción de los electrones con la materia
Al impactar una haz de electrones (que viajan a veloci-dades cercanas a la de la luz y que dependen del volta-je de aceleración al que se vean sometidos) con un sóli-do, se produce una serie de fenómenos que de formagráfica se presenta en la figura 17 (LORETTO, 1984;ARAI, 1996). Entre éstos cabría destacar: electrones queal chocar con la capa más superficial del sólido provo-can la expulsión de otros electrones, llamados secunda-rios y, en segundo lugar, electrones que son capaces deatravesar el sólido y que se denominan electrones trans-mitidos.
La detección de los primeros (electrones secundarios)permite obtener información sobre la topografía delmaterial analizado. La técnica que detecta tales electro-nes y ofrece imágenes de dicha topografía es la llamadamicroscopía electrónica de barrido (con siglas en inglésSEM). La técnica que detecta los electrones transmitidoses la de microscopía electrónica de transmisión (consiglas en inglés TEM).
Además de electrones transmitidos y secundarios, segeneran fotones de luz visible (catodoluminiscencia) yde rayos-X. La detección de estos últimos permite efec-tuar análisis composicionales de una muestra(LORETTO, 1984).
Microscopía electrónica de transmisión (TEM)
Fundamentos y aplicaciones
En la figura 18 se muestra esquemáticamente cómo esun TEM y se compara la trayectoria de los electronescon la sufrida por la luz al atravesar las lentes del obje-tivo y ocular de un microscopio óptico convencional(ARAI, 1996). En el TEM, la función de las lentes de unmicroscopio óptico la desempeñan una serie de lenteselectromagnéticas. Tales lentes son electroimanes quecondensan el haz de electrones (en cierto modo lorefractan, tal y como ocurre con un haz de luz al atrave-sar una lente convencional) para así focalizarlo sobre lamuestra analizada, obteniendo una imagen magnificadade la misma, imagen que es formada por los electronesque logran atravesarla. Los electrones son generadospor un filamento incandescente: efecto termoeléctrico oEdison (AGAR et al., 1974). En aparatos más modernoslos electrones se generan mediante un sistema de emi-sión de campo (LORETTO, 1984). La diferencia depotencial entre el filamento (cátodo) y la columna delmicroscopio (que actúa como ánodo) provoca la acele-ración de dichos electrones. Para evitar que se desace-leren al chocar con las moléculas de gas del tubo delmicroscopio, éste se somete a un alto vacío. Mediantelas lentes electromagnéticas se focaliza el haz de e- y semodifica la magnificación variando la fuerza del campomagnético de las mismas.
18. Comparación entre la trayectoria de la luz en un microscopio convencional(izquierda) y la trayectoria de los electrones en un TEM (derecha)
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Una vez que los electrones atraviesan la muestra, la ima-gen se proyecta en una pantalla fluorescente. El TEMpermite obtener dos tipos de imágenes: imágenes decontraste de amplitud y de contraste de fase (LORETTO,1984). Las primeras, también llamadas imágenes debaja resolución, informan sobre características textura-les de una muestra, tales como morfología y tamaño. Lafigura 19 muestra un ejemplo de este tipo de imágenes.Las segundas informan además sobre aspectos estruc-turales (cristalográficos) de los sólidos cristalinos. Unejemplo de imagen de alta resolución de varios compo-nentes de un ladrillo (mica y mullita) se muestra en lafigura 20 (RODRÍGUEZ-NAVARRO et al., 2003).
Con el TEM se pueden observar muestras de distintotipo de materiales ornamentales y de sus productos dealteración (cerámicas, costras de alteración, rocas orna-mentales, pigmentos, cales y morteros, entre otros) amagnificaciones de hasta 400.000x (para microscopiosque trabajen con voltaje de aceleración de 200 kV). Enocasiones, y trabajando con microscopios de mayoresvoltajes de aceleración (de hasta 1.000 kV), es posibleobtener imágenes de los átomos de una muestra. Sinembargo, tales voltajes de aceleración no se suelen uti-lizar en el estudio de materiales ornamentales.
Una de las características más relevantes del TEM esque, además de generar imágenes “reales” de unamuestra, permite visualizar cortes bidimensionales de lared recíproca de un sólido cristalino (PUTNIS, 1992). Entérminos físicos, la red recíproca de un sólido cristalinoes la transformada de Fourier de la imagen real de suestructura atómica. Este tipo de imágenes se producepor la difracción de los electrones al atravesar un sólidocon estructura atómica ordenada y periódica (es decir,cristalina). Las imágenes de difracción de electrones(con siglas en inglés SAED) dan información muy preci-sa sobre la estructura de un cristal y, al igual que la téc-nica de difracción de rayos X, ayudan en su identificación(LORETTO, 1984). En la figura 21 se muestra una ima-gen de cristales de Ca(OH)2 de una cal hidratada y seincluye su imagen de SAED que presenta los valores hkl(índices de Miller) de los planos que generan difracción.
Tal y como se aprecia en la figura 17, la interacción delos e- con un sólido genera rayos X de fluorescencia.Dichos rayos X pueden ser detectados y su energía escaracterística para cada uno de los elementos que com-ponen dicho sólido. Así, su análisis permite deducir lacomposición de una muestra. Dicho tipo de análisis se
19. Imagen de baja resolución de una pieza cerámica (ladrillo). Se observa la trans-formación de una mica (Ms) en mullita (Mul). Los cristales de Mul están inmersosen un fundido (vidrio)
20. Imagen de alta resolución de los cristales de mica y mullita de la pieza cerámicade la figura 19. Se aprecian las imágenes de "lattice" tanto de un cristal como delotro. Entre éstos se dispone un material amorfo (casi transparente a los e-) quecorresponde al vidrio formado tras la fusión de los cristales de mica (a temperaturassuperiores a los 900°C)
21. Imagen de baja resolución de un agregado de cristales de hidróxido cálcico de unacal en polvo. Se incluye la imagen de difracción de electrones en la que se indican losvalores hkl de las reflexiones principales del Ca(OH)2. Se observa que tales cristales sonnanométricos y se disponen en agregados de tamaño micrométrico. Tales cristales seorientan al azar, lo que genera "anillos" de difracción en la imagen de SAED
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tanto en ciencia de materiales como en biología, medici-na, física, química y geología, han sido incontables.Además, en las últimas décadas, la microscopía electró-nica de barrido ha encontrado multitud de usos y aplica-ciones en el estudio de materiales ornamentales, tantoorgánicos como inorgánicos (BURNSTOCK & JONES,2000). De hecho, esta técnica ha sido profusamente uti-lizada para analizar pigmentos de pinturas (FURLAN etal., 1982; KUHN, 1985), para el estudio de la degrada-ción de mármoles y de diverso tipo de rocas ornamenta-les (GAURI et al., 1973), para el estudio de las caracterís-ticas texturales y sistema poroso de cerámicas, morterosy distinto tipo de piedras de uso en el patrimonio escul-tórico y arquitectónico (TITE & MANIATIS, 1975;RODRÍGUEZ-NAVARRO & SEBASTIÁN, 1992; CAZALLA etal., 2000; CULTRONE et al., 2001) y para el análisis delos procesos de corrosión de metales(NIEUWENHUYSEN, 1984). Con un SEM es posibleobservar la morfología de los distintos tipos de muestrasantes indicados, con aumentos de hasta 100.000x (paravoltajes de aceleración de 30 kV).
Si se compara con la técnica de microscopía de luz pola-rizada, el SEM presenta, entre otras, las siguientes ven-tajas: elevada resolución, excepcional profundidad defoco y compatibilidad con técnicas de análisis espectro-métrico (EDX). Sin embargo, al estudiar un problema deconservación de material ornamental y dado la natura-leza de los mismos, así como las características ambien-tales en las que la mayoría de los procesos de alteracióntienen lugar, en numerosas ocasiones un SEM conven-cional presenta enormes limitaciones. Entre otras,cabría señalar las siguientes: el SEM es un instrumentoque trabaja con alto vacío, por tanto, las muestras ana-lizadas deben ser estables a muy bajas presiones; estapremisa a priori descarta el análisis de toda clase demuestras húmedas, hidratadas o que puedan despren-der cualquier tipo de gases (ROBINSON, 1978). Por otrolado, para obtener imágenes de suficiente calidad, esnecesario cubrir (metalizar) la muestra con algún tipo desustancia conductora (C, Au, etc.); si no, la aparición decargas en zonas superficiales ocasiona distorsiones enlas imágenes obtenidas, impidiendo la correcta observa-ción de la muestra. Tales limitaciones han sido solventa-das mediante el desarrollo de una nueva gama demicroscopios de barrido, denominados ambientales(con siglas en inglés ESEM). De hecho, la aparición delESEM ha ampliado enormemente las posibilidades deanálisis por microscopía electrónica de muestras orna-mentales (RODRÍGUEZ-NAVARRO, 1996).
denomina análisis espectrométrico de energía de rayosx, con siglas EDS (o EDX) en inglés.
Preparación de muestras para su estudio mediante TEM
Hay que destacar que una de las características princi-pales del TEM es que ofrece la posibilidad de estudiarmuestras de tamaño micrométrico y nanométrico. Dehecho, las muestras analizadas suelen ser de dimensio-nes muy reducidas: en general menores de 1 mm. Talcaracterística hace que esta técnica sea mínimamentedestructiva, lo que es de suma importancia en el estu-dio de materiales ornamentales (BULCOCK, 2000).
Existen dos formas de preparar una muestra para suobservación al TEM: aros y rejillas. Los aros, general-mente de Cu (aunque pueden ser de otro tipo de metal,como Au o Pt), son circulares, de 3 mm de diámetro ycon un hueco en el centro de un tamaño cercano a 1mm de diámetro (figura 22). Los aros se emplean cuan-do la muestra a estudiar se ha preparado previamentecomo lámina delgada (sin cubrir). Dichos aros se pegansobre la zona a estudiar y, una vez seco el pegamentoque los une a la muestra, se arrancan (junto con lamuestra) y ésta se adelgaza mediante bombardeo ióni-co (GOODHEW, 1985). Si las muestras son pulverulen-tas (por ejemplo, un pigmento o una cal), se utilizan lasrejillas. Éstas son de Cu generalmente y, tal y como semuestra en la figura 22, tienen forma de disco con elinterior en forma de rejilla o tamiz. La muestra pulveru-lenta se deposita en dicha rejilla una vez dispersada enalcohol. Las partículas de la muestra se adhieren a lapelícula de carbón (o de Fombar) de dicha rejilla.
Microscopía electrónica de barrido
Fundamentos y aplicaciones
Los electrones que saltan de la muestra al chocar el hazincidente con ésta se denominan electrones secundarios(figura 17). Al salir desde los niveles más superficiales dedicha muestra, su detección permite obtener informaciónprecisa sobre la topografía de la misma. Basándose eneste fenómeno, Von Ardenne construyó en 1938 unmicroscopio electrónico al que añadió un sistema quepermitía variar periódicamente la dirección del haz deelectrones, por lo que se podía “rastrear” o “barrer” lasuperficie de una muestra y observar su topografía (VONARDENNE, 1938). Surgía así el primer microscopio elec-trónico de barrido (SEM). Las aplicaciones del mismo,
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La figura 23 muestra un esquema de la columna de unESEM. Al igual que en el TEM, el haz de electrones gene-rado por un filamento se condensa y focaliza medianteuna serie de lentes electromagnéticas. Sin embargo, enel SEM o el ESEM, el haz focalizado es desviadomediante una bobina. Tal haz oscila periódicamentesobre la superficie de la muestra, de tal forma que esposible “barrerla”, obteniendo información topográficade un área amplia de la misma.
En un ESEM, a diferencia del SEM convencional, sepuede variar la presión en la cámara portamuestrasintroduciendo un gas (generalmente vapor de agua). Así,es posible provocar fenómenos de condensación y eva-poración, por lo que se pueden simular in situ procesosde alteración a los que un material ornamental se veexpuesto. Estos procesos se estudian a gran magnifica-ción, lo que amplía enormemente las posibilidades deeste tipo de microscopios electrónicos en el campo de laconservación. Además, no es necesario cubrir la mues-tra con un material conductor, lo que hace que esta téc-nica no sea destructiva (por ejemplo, es posible estudiaruna pieza cerámica o una joya sin tener que tomar unamuestra de la misma: tan sólo hay que introducirlas talcual en la cámara portamuestras).
Con el ESEM es posible estudiar procesos dinámicos agran magnificación. Procesos tales como fenómenos decorrosión, ciclos de humedad-sequedad, acción de sol-ventes, problemas de succión y penetración capilar, cris-talización de sales, ciclos de fusión y solidificación, seca-do de capas pictóricas, ciclos de hielo-deshielo, forma-ción y propagación de fracturas, cambios en polímeros(consolidantes y/o hidrofugantes) debidos a su envejeci-miento, ataque en atmósferas contaminadas (SO2, NOx,etc.), ciclos térmicos, etc. Para una exhaustiva revisiónbibliográfica del tema ver Danilatos (1993).
Otra de las posibilidades del ESEM es la de efectuaranálisis químicos mediante EDX. Este tipo de técnica,similar a la usada en el SEM convencional, permite com-binar todas las posibilidades de un microscopio de barri-do con las de una microsonda electrónica, con la venta-ja de que los análisis se pueden efectuar en muestrassin metalizar (BOWER et al., 1994).
Como ejemplo de las posibilidades del ESEM en el estu-dio de materiales ornamentales, en la figura 24 semuestra una secuencia de imágenes de la hidrataciónde una roca caliza porosa que contiene sales (sulfato
3 mm
22. Aro (izqda.) y rejilla (dcha.) para muestras de TEM
23. Esquema de un ESEM. En este tipo de SEM es posible variar la presión en lacolumna del microscopio, de forma que ésta sea muy cercana a la atmosférica en lacámara portamuestras (tomado de Rodríguez-Navarro & Doehne, 1999)
24. Secuencia de imágenes de ESEM del proceso de hidratación (a-b) y secado (b-c)de una muestra de caliza oolítica contaminada por sales de sulfato sódico. La presióngenerada por la cristalización de estas sales provoca la rotura de parte de la muestra(c). Tomado de Rodríguez-Navarro et al. (2000)
25. Secuencia del proceso de disolución (a-b), precipitación (c), y deshidratación (d)de cristales de sulfato sódico en los poros de una roca caliza a medida que transcurreel tiempo (tomado de Rodríguez-Navarro & Doehne, 1999)
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sódico). Se aprecia que tal fenómeno ocasiona proce-sos de cristalización de sales que generan daños irrever-sibles en dicho material (RODRÍGUEZ-NAVARRO et al.,2000). En la figura 25 se muestran detalles de la cris-talización y deshidratación de cristales de mirabilita(sulfato sódico decahidratado) formados en los porosde dicha roca ornamental (RODRÍGUEZ-NAVARRO &DOEHNE, 1999).
Preparación de muestras para su estudio medianteSEM o ESEM
En términos generales, tanto el SEM como el ESEMrequieren una mínima cantidad de muestra para efec-tuar análisis texturales y/o composicionales. Unaspocas partículas de tamaño milimétrico son más quesuficientes para este tipo de análisis. Tales tamaños,además, aseguran que el método es mínimamente des-tructivo. Sin embargo, en algunos casos puntuales seránecesario preparar muestras de mayores dimensiones.
Por ejemplo, si se desea estudiar las características delsistema poroso de una roca ornamental, idealmente,será necesario utilizar muestras de unos 0,5 cm3. En estecaso, una muestra de mayores dimensiones asegura quelos datos obtenidos (al estudiar una superficie más repre-sentativa del conjunto de la roca ornamental) sean másprecisos. Otra posibilidad para obtener una adecuadarepresentatividad es estudiar muestras más pequeñas(de 1 mm), efectuando análisis en un número elevado delas mismas (generalmente, un mínimo de tres).
En un SEM convencional, las muestras, una vez pega-das al portamuestras (con forma de seta), se metalizancon Au o con C, antes de introducirlas en el SEM.Típicamente, una muestra se metaliza con Au para estu-diar en detalle aspectos texturales a elevada magnifica-ción. Por el contrario, si lo que se pretende es obtenerdatos composicionales (EDX), las muestras deben meta-lizarse con C.
En el caso del ESEM, el tamaño de las muestras vienelimitado por las dimensiones de la cámara portamues-tras. Con un ESEM se pueden observar objetos de hasta20 x 20 x 20 cm. Sin embargo, lo habitual es trabajarcon muestras de tamaño milimétrico. Por otro lado, lasmuestras que se estudian con el ESEM no necesitanningún tipo de metalizado previo a su observación, tal ycomo se ha indicado anteriormente. En ocasiones (aná-lisis dinámicos), se pueden estudiar muestras líquidas o
suspensiones, depositándolas en contenedores de aceroespeciales con forma de cubeta cilíndrica de unos pocosmm de diámetro. Si se efectúan análisis de los cambiossufridos por una muestra al calentarla (desde –50 °Chasta 1000 °C) o enfriarla, el portamuestras será detipo cerámico1.
Análisis físico-mecánicosVII
Las propiedades físico mecánicas de los materialespétreos naturales son parámetros intrínsecos del mate-rial, que permiten poner de manifiesto su grado de dura-bilidad, en un determinado ambiente, al ser sometidosa una serie de fenómenos de alteración conocidos apriori. Dentro de este grupo se incluyen laporosidad/distribución del tamaño de poro, propiedadeshídricas, propiedades mecánicas.
Porosidad
Las rocas naturales son agregados de minerales dis-puestos de tal manera que entre ellos se genera unaserie de espacios vacíos. Estos espacios constituyen laporosidad, que se define como el porcentaje en volumende espacios vacíos que presenta el material respecto asu volumen total. Pueden aparecer como poros y fisu-ras, constituyendo uno de los componentes más impor-tantes en las rocas desde el punto de vista de su com-portamiento físico, jugando un papel importante en elproceso de degradación química, cuando éstos estánintercomunicados. En este caso, más que la cantidad deporos, influye su forma, tamaño y distribución.
La porosidad total es un dato importante, pero no esdecisivo para establecer el comportamiento del materialfrente a los agentes de alteración; los aspectos que real-mente condicionan su comportamiento son el tamaño ygeometría.
En relación con el tamaño, en la bibliografía se encuen-tran clasificaciones en función del rango que viene defi-nido por la resolución que nos dan las distintas técnicasde análisis empleadas para su estudio (tabla 6).
En el caso de la geometría, la clasificación más extendi-da y utilizada es la de Choquette y Pray (1970) (tabla 7)que tiene en consideración los tipos básicos de porosi-dad, origen de la misma, tamaño, forma y abundanciade los poros.
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Objetivos
El estudio de la porosidad tiene como objetivo determi-nar cuántos poros son (volumen poroso) y cómo son(sistema poroso) (tabla 8). Al ser la roca un medio con-tinuo y tridimensional, el sistema poroso resulta comple-jo y difícil de observar, describir y cuantificar.
Su estudio incluye los modelos del sistema poroso(poros, accesos y medios figurados), elementos cuantifi-cables (volumen de espacios vacíos, tamaño, forma,grado de comunicación y distribución) y tipos de espa-cios vacíos (origen genético y connotación morfológica).
Campo de aplicación
El interés de estudio de la porosidad en la piedra natu-ral se centra en los siguientes aspectos según RodríguezNavarro (1996, 2003):
* La porosidad pone en contacto el interior de cadacomponente mineralógico y textural con el exterior.
* Actúa como vía de transporte de fluidos (agua con sales)controlando la dinámica de los procesos de alteracióntanto físicos como químicos (MONTOTO, 1983; ESBERT etal., 1984 y ALONSO, 1986) (WARDLAW, 1976).
* En gran medida condiciona otra serie de característi-cas petrofísicas en el material como son su dureza,
resistencia mecánica, permeabilidad, conductividad,etc. (TORRACA, 1988; STRAMBOLOV, 1976).
* Puede venir dada en forma de poros (intragranular,intergranular, matricial, intercristalina, móldica y vascu-lar) o fisuras (intragranular, borde de grano y transgranular).
La aplicación de las distintas técnicas de análisis permi-te determinar el volumen total de poros existentes en elmaterial y algunas de ellas permiten conocer el denomi-nado espectro de porosidad, que refleja la distribuciónpor tamaño de los poros. Ninguna técnica por sí solanos da toda la información, por lo que es interesante uti-lizar el máximo número de técnicas para obtener unainformación lo más completa posible.
Técnicas de análisis recomendadas
En la actualidad existe un amplio número de técnicas deestudio; las más útiles son las de tipo indirecto, que sebasan en la impregnación, succión capilar de agua, adsor-ción de gases e inyección de mercurio. Como complemen-to a estas técnicas se utilizan otras llamadas directas.
En la figura 26 se indican las técnicas habitualmentemás utilizadas en la caracterización del sistema poroso.
1) Métodos directos
Estos métodos se basan en la observación visual de laporosidad mediante el empleo de la microscopía ópticay electrónica.
Choquette & Pray (1970)
IUPAC (1976) Russell (1927)
Asthurst & Dimes (1977) yotros
Pellerín (1980), Ordaz &Esbert (1985) y otros
Prevosteau, Ragot y Sima(1970)
AUTORES TÉCNICA DE ANÁLISIS TAMAÑO (RADIO DE POROS)
Petrología sedimentaria
Quimiadsorción y catalisis
Microscopía óptica
Porosimetría de mercurio
Macroporos Mesoporos Microporos
Megaporos 262 mm-60 μm < 60-0,1 μm
> 5 nm
> 2,5 μm
> 7,5 μm
> 7,5 μm
2 nm < radio < 5 nm
-
-
-
< 2 nm
< 2,5 μm
< 7,5 μm
7,5-0,03 μm infraporosidad < 03 μm
Tabla 6. Clasificaciones de tamaño por rango según distintos autores
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IntergranularIntragranularIntercristalinaMóldicaMenestralShelterFramework
Porosidad superpuesta a los elementos de fábrica
FracturaChannetVugCavernaEstirolitos
Poros que se pueden o no superponer a los elementos de fábrica
BrecciaBoeingBurrowShinkage
Poros como elementos de fábrica Origen
Original o deposicionalDentro de un grano mineralEntre cristalesOriginada en la diagénesis por disolución de bioclastosDe pequeño tamaño originados por etapas o procesos de desecaciónCavidades formadas bajo grandes clastosCausada por crecimientos de organismos constructores
Asociadas a fenómenos téctónicosCanales de percolación ligados a fenómenos kársticos a pequeña escalaFormados por la percolación de aguas ricas en CO2 de tamaño > 1/16 mmDe origen kársticos de escala métricaFracturas a gran escala
Fractura a gran escalaDebida a actividad orgánicaDebida a actividad orgánicaDebida a procesos de desecación
Volumen
MODELOS POROSOS ELEMENTOS DEL SISTEMA POROSO TIPOS DE PORO
Tamaño Forma Grado comunicación
Sistema poroso
Sistema fisural
Poros
Accesos
Longitud
Espesor
< 60 μm microporo
60 μm-4 mm mesoporo
> 4 mm macroporo
< 0,75 microporo
> 0,75macroporo
< 100 μmmicro
> 100 μm
< 1 μm microfisuras
> 1μmfisuras
Equidimensional
Planares
Variable
Elevada
< 8% baja
8-16% media
> 16% < alta
< 1,5% baja
> 1,5% alta
IntergranularesIntragranularesMatricialesIntercristalinosMóldicosVasculares
IntragranularesBorde de granoTransgranulares
* Microscopía óptica y microscopía electrónica
La microscopía óptica permite, en una sección bidimen-sional, la observación del sistema poroso y la cuantifica-ción del área de cada tipo de poro para el rango detamaños comprendido entre 2,5-10.000 μm. Fue pues-ta a punto por Fitzner (1987), Fitzner & Kownatzki(1989), obteniendo resultados muy satisfactorios alcorrelacionar los datos con otras técnicas como porosi-
metría de mercurio, adsorción de nitrógeno y saturaciónde agua al vacío.
Presenta los siguientes limitaciones: no cuantifica porosde tamaño < 2 μm y se necesita realizar gran númerode medidas, sobre múltiples láminas delgadas, para quelos resultados puedan ser representativos a gran escala.
Tabla 7. Geometría de los poros según Choquette and Pray (1970)
Tabla 8. Análisis del sistema poroso
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La microscopía electrónica permite la observación direc-ta del sistema poroso, en secciones tridimensionales,para un rango de tamaño comprendido entre 0,1-500μm. La limitación de esta técnica está en la escala a laque se trabaja, mucho más pequeña que la anterior.
Ambas técnicas se auxilian del análisis digital deimágenes, que permite cuantificar con exactitud laforma y dimensión de los poros mediante la adquisiciónde imágenes digitalizadas. La impregnación con resinascoloreadas o fluorescentes (tabla 9) de la muestrapermite discriminar entre los poros y la matriz o cualquierotro componente petrográfico.
* Microscopía confocal laser
Permite observar de forma directa la estructura porosade distintos tipos de materiales mediante la impregna-ción en el sólido poroso de una resina (epoxídica) dopa-da con una sustancia fluorescente a la luz del láser. Sepuede tomar imágenes tridimensionales de materialhaciendo distintos cortes sobre la misma estructura, loque permite observar la geometría de los poros y su dis-tribución (RODRÍGUEZ NAVARRO, 2003).
2) Métodos indirectos
Estos métodos permiten obtener información indirectade la porosidad mediante la determinación de las pro-
piedades físico-químicas de un fluido (líquido o gas) ouna radiación al entrar en contacto con el material a tra-vés de sus poros. Entre estas técnicas destacan:
* Absorción forzada de agua a vacío. Densidad real yaparente
Este método permite conocer el contenido máximo de aguaque es capaz de retener una roca. A partir de la absorción deagua al vacío se determina la masa saturada (MS), conteni-do en agua en saturación (WS) y grado de saturación (Si).
Para su descripción se han tomado de referencia lassiguientes normas: UNE-EN 1936/99, Rilem: Comisión25-PEM. Este ensayo también se denomina absorciónde agua al vacío y contenido en agua en saturación.
Procedimiento. Se parte de 3 a 6 probetas de forma cilín-drica, cúbica o prismática, con un volumen mínimo de 25ml, que se sumergen en un tanque de inmersión en fun-ción de las condiciones del ensayo (inmersión en agua enebullición, inmersión al vacío e inmersión en agua a pre-sión elevada). Después de secarlas a 70 ºC ± 5, hastamasa constante, las probetas se pesan y se colocan enun recipiente de vacío durante 24 ± 2 horas para eliminarel aire en los poros abiertos. Pasado este tiempo se intro-duce lentamente agua desmineralizada, a 20 ºC de tem-peratura, de tal manera que pasados 15 minutos las pro-betas estén totalmente cubiertas, manteniendo la mismapresión hasta pasados 24 h ± 2 h. Después de este tiem-po, se restablece la presión atmosférica, se dejan las pro-betas bajo el agua otras 24 h ± 2 h y se pesa, determinan-do la pesada hidrostática y, por último, se seca la probe-ta con un paño húmedo y se determina la masa satura-da. Los parámetros que se determinan son los siguientes:
Porosidad abierta:
Densidad aparente:
Contenido de agua a saturación:
26. Técnicas de análisis aplicadas al estudio de la porosidad
( ) 100% 00 ×
−−
=hs
s
MMMM
n
( )30 / cmgMM
Md
hsap −
=
100
0
0 ×−
=MMM
W ss
Análisisdel siste-
ma poroso
> Microscopíaóptica> Microscopíaelectrónica> Microscopíaconfocal
Métodosdirectos
Métodosindirectos
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t> Saturación de agua alvacío> Métodos de succión> Absorción de Ni2: BET> Picnometría de He> Difracción de Rx de bajoángulo> Porosimetría de Hg
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Donde Mo corresponde al peso seco, Mh al peso satura-do sumergido (pesada hidrostática) y Ms al peso satura-do al aire.
* Método de succión
Este método permite determinar el diámetro, volumen ydistribución del tamaño de los poros en base a la deter-minación del agua retenida por el material bajo la apli-cación de diferentes presiones de succión (pF). La suc-ción se mide como altura y representa la presión nega-tiva que retiene el agua en los poros. A medida que laroca se seca, el agua se confina por succión capilar enporos cada vez de menor tamaño. Esta presión varía deforma continua con el grado de humedad de la muestradesde cero (para materiales saturados en agua) hastamiles de cm en agua (para materiales secos), por eso seutiliza escala logarítmica:
Donde h es:
Siendo ρ densidad, σ tensión superficial, θ ángulo decontacto, r radio y g gravedad
Donde R es la constante de gases, t temperatura, ϕhumedad relativa, M peso molecular de agua y h suc-ción expresada en cm3 de agua.
Existen tres métodos según la normativa Rilem 25 PEM(tabla 10). Estos métodos permiten determinar la distri-bución cuantitativa del volumen de poros para diámetrocomprendido entre 0,0003-3000 μm (amplio rango deaplicación). Además, aunque son métodos menos rápi-dos, necesitan aparatos relativamente sencillos y pocoscostosos.
Procedimiento. Se parte de un mínimo de dos muestraspara ensayar de forma discoidal 2 a 3 cm de diámetroy 0,3 a 0,5 cm de altura, para el método de la placa, y4-5 cm de diámetro para el resto de los métodos. Lasmuestras se secan en una estufa a 105 ºC ± 5 hastamasa constante y posteriormente se introducen en los
Exclusión cromatográfica (Halsiz, Vogtel, 1978)
Luminiscencia cinética (Zakharov, Grishaeva, Aleskovskic, 1975)
Impregnación con sustancias fluorescentes(Montoto, et al., 1987)
Inmersión en líquido de baja viscosidad(Kuz'min, Postnikov, 1969)
Análisis "pore cast". (Pittman & Duschatko, 1970)
Micro e infraporosidad (0,4-0,0001 μm)
Micro e infraporo
Analiza microporos
Analiza microporos
MÉTODOS DE IMPREGNACIÓN PROCEDIMIENTO RANGO DE ESTUDIO
Penetración forzada bajo presión de 10 Mpa de un líquido cromatográfico en la muestra y laobservación posterior con luz ultravioleta. Secorrelaciona con otros métodos, por ejemploporosimetría de mercurio
Penetración forzada de un líquido luminiscente(tryplaflavia), cuya luminiscencia se extingue porreacción con el oxígeno
Penetración forzada de sustancias luminiscentes,con posterior observación con el microscopio ytratamiento digital de imágenes
Utilizan diversos tipos de líquidos, tales comoxileno, tetracloruro de carbono, solo o mezcladocon hexadecano. Se cuantifica, por pesado, ellíquido penetrado
Con la impregnación de una resina plástica en elmaterial y posterior disolución de la roca, nosqueda la impronta del sistema poroso. Según dis-tintas secciones, nos permite obtener una infor-mación interesante (forma, tamaño y intercone-xión) del sistema poroso
Tabla 9. Métodos de impregnación
hLgpF 10=
grh
ρθσ cos2
=
100lg
ϕMgRth =
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distintos dispositivos, donde se les hace el vacío y se lessomete a las condiciones de presión indicadas en latabla 10.
Resultados. La curva de succión refleja la relación entreel valor del contenido en humedad y pF (presiones desucción). El tamaño de poro de máximo diámetro parauna succión determinada se calcula según la siguienteexpresión matemática:
Donde σ corresponde a la tensión superficial (N/m), ρes la densidad del agua, θ el ángulo de contacto, g lagravedad y h la succión.
Los resultados se representan gráficamente en un ejecartesiano; en abscisas, el tamaño de poro (a escalasemilogarítmica) y, en ordenadas, el tanto por ciento devolumen de poros.
La succión pF (en cm3 de agua) y el tamaño de poromáximo de acceso correlativo se pueden obtener usan-do unas tablas normalizadas cuyos valores varían enfunción del método de succión.
* Absorción de N2: Bet
Es una técnica que permite medir la cantidad de gas ovapor absorbida por un sólido poroso en función de lapresión a temperatura constante. A través de ella seobtiene la denominada isoterma de adsorción. Existendos técnicas fundamentales para su determinación: porgravimetría, que evalúa la masa del fluido adsorbido conuna balanza electromagnética, y por volumetría, quedetermina la adsorción de un gas conociendo el volu-men adsorbido a diferencias de presión.
Con esta técnica se puede emplear un número impor-tante de gases como adsorbato; sin embargo, es con elN2 con el que se obtienen resultados más satisfactorios.A partir de los datos de una isoterma de adsorción esposible obtener la distribución de tamaño de poro,mediante el uso de la ecuación de Kelvin (con ciertaslimitaciones según Everet, 1958).
Donde θ es el ángulo de contacto, γ la tensión interfa-cial, p/po la variación de presión y r el radio de poro.
Si en esta ecuación consideramos constante θ y γ, lap/po va a estar en función de r. La curva de isoterma deadsorción representa la variación de presión (p/po) enfunción del incremento de peso (W) en la muestra queadsorbe N2. Diferenciando W respecto a r se obtiene unacurva de distribución de tamaño de acceso de poro.
Esta técnica permite determinar el volumen de poros deun rango de tamaños comprendido entre 2 nm y 50 nm(microporos, según Russell, 1927, y mesoporos, IUP).
* Picnometría de He
El helio es un gas con un tamaño molecular muypequeño que al ponerse en contacto con un sólidoporoso permite ocupar todos los huecos del mismo ypor tanto darnos unos valores de porosidad lo másexactos posibles.
Procedimiento. Partimos de una cámara de volumenconocido, conectada a otra cámara de volumen tambiénconocido. Estando las dos cámaras vacías se comienzaa introducir He en una de ellas (a presión y temperatu-ra constante). Una vez conectadas ambas cámaras sedetermina la presión del mismo (P1). Posteriormente seintroduce una muestra en una de las cámaras y se haceel vacío (10-4 torr) en ambas. Por último se introduce elHe en la cámara vacía y se ponen en contacto con laotra cámara, controlándose la presión de He en su inte-rior (P2). La diferencia entre P1 y P2 es proporcional alvolumen de la muestra, Vseco (sin considerar el volumenporoso). Como se conoce previamente el volumen total,la diferencia (Vtotal - Vseco ) nos está dando la porosidadtotal del material.
* Difracción de rayos X de bajo ángulo
El método consiste en someter el material a una radia-ción de rayos X de bajo ángulo (< 2º). Este haz de rayosX produce una difracción en determinadas direcciones,cuya intensidad permite obtener conclusiones sobre elnivel de compactación y porosidad del material. Estemétodo permite medir poros con un rango de tamañocomprendido entre 0,5-50 nm.
rV
PPRTLn
θγ cos2
0
=
610
cos4×=
ghd
ρσ
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* Porosimetría de Hg
La porosimetría de mercurio es uno de los métodos más uti-lizados para el estudio del sistema poroso. Esta técnica se fun-damenta en la inyección isotérmica o isobárica de mercurio,aprovechando la elevada tensión superficial de esta sustancia.
Cuando se tiene un tubo capilar de radio (r) en contactocon un líquido que no moja, la presión que es necesarioejercer para que puedan ser invadidos capilares de dichoradio viene dada por la siguiente ecuación (Young-Laplace):
Donde ΔP es la diferencia de presiones entre la caracóncava y convexa de la gota de Hg, σ la tensión super-ficial, y R1, R2 corresponde a los radios de la gota de Hg.
Si la gota fuese esférica, como R es igual a:
La ecuación que obtenemos es la de Washburn:
Como σHg es 480 dinas/cm2 a 20-25 ºC y el θ es 140º,la expresión de Washburn queda reducida a la siguienteexpresión para el caso del Hg, permitiendo conocer elradio de poro en función de la presión.
Procedimiento. Según describe la norma Normal 4/80,se parte de una muestra de forma cilíndrica de tamañosuperior a 3,15 mm secada en una estufa a 60 ± 5 ºCque posteriormente se deja enfriar. El método experi-mental requiere la previa “evacuación” de la muestrasólida y la posterior “presurización” para forzar la entra-da de Hg en el interior de los poros. El procedimientodebe controlar de manera automática la presión aplica-da y el volumen de Hg introducido para cada valor depresión ejercida. Una vez alcanzada la presión máxima,se realiza la operación contraria, obteniéndose así lacurva de intrusión-extrusión de Hg (figura 27). El Hgsale por poros más pequeños de los que entró; una vezfinalizado el ciclo, siempre queda algún mercurio reteni-do por la muestra, impidiendo que el ciclo se cierretotalmente.
Esta técnica ayudada por programas de cálculo permi-te conocer el valor máximo de la última penetracióndel mercurio (porosidad abierta total), la distribucióndel volumen de poros de un sólido por unidad de inter-valo de radio, la distribución de la superficie de porofrente a la misma magnitud y los porosímetros másavanzados pueden medir de forma automática porosde tamaño inferior a 18 Å. Para tamaños inferiores serecomienda utilizar otras técnicas, por ejemplo picno-metría de He.
Las limitaciones de esta técnica son de dos tipos: mecá-nicas y físicas. Entre las primeras, teniendo en cuenta quelas presiones máximas que soporta son de 3000 kg/m2,el tamaño mínimo de poro al que se puede acceder es de37,5 Å. En cuanto a las limitaciones físicas, están relacio-
Método de la placa
Método de la membrana de presión
Método del desecador al vacío
2,973 μm y 2,95 μm
2,95 y 0,19 μm
0,009 a 0,0003 μm
MÉTODOS DE SUCCIÓN SUCCIÓN/CONTENIDO AGUA-(PF) RANGO DE TAMAÑOTEMPERATURA 21 ºC
0 y 3 a
3 y 4,5
4,5 y 7
θcos
rR =
rP θσ cos2
=Δ
)/(5,7 3cmdinasr
P =Δ
20
40
60
80
100
120
00,001 0,01 0,1 1 10 100
Radio (μm)
(1)
(2)
Tabla 10. Métodos de succión
27. Curva de intrusión de mercurio: (1) acumulada, (2) no acumulada
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+=Δ
21
11
RRP σ
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nadas con el valor máximo de poro que puede medir de7,5 μm a presión atmosférica. Van Brakel et al. (1981)señala que la presencia de poros de grandes dimensionespasa inadvertida para esta técnica debido a la existenciade una presión mínima que impide su llenado.
Sin embargo la mayor limitación es debida a la comple-ja simetría del sistema poroso de la mayoría de los sóli-dos naturales. En primer lugar, no existe ninguna rocaque tenga sus poros de forma cilíndrica y, por otra parte,son frecuentes los poros tipo “ink-Bottle” o cuello debotella en este tipo de material, aspecto que esta técni-ca no permite detectar.
Propiedades hídricas
El agua es uno de los agentes de degradación másimportantes que afectan a los materiales pétreos, ya quees en gran parte responsable de la disminución de laspropiedades mecánicas, del riesgo de congelación, laproliferación de microorganismos, la migración de salesy agentes de deterioro en los materiales.
El contenido en agua de un material pétreo depende de lascondiciones medioambientales del entorno y puede proce-der de distintas fuentes: humedad atmosférica, agua deprecipitación, agua procedente de salpicaduras, agua delsubsuelo (ascenso capilar del agua en muros de sótanosy plantas bajas), filtraciones de conducciones rotas yhumedad de construcción. Este agua puede estar como:
* Agua de constitución. Agua que reacciona química-mente con el sólido y está en función de las caracterís-ticas del ambiente y de las condiciones de cristalizaciónde cada especie mineral.
* Agua de adsorción. Se trata de agua ligada a la super-ficie de los cuerpos cristalinos y está relacionada con lasuperficie específica que poseen los materiales porosos.
* Agua capilar. En un ambiente saturado en vapor deagua (humedad relativa > 98%), la roca a través de susporos de tamaño capilar experimenta fenómenos decondensación capilar. Todos estos poros capilares sonrápidamente saturados de agua, hablándose entoncesde absorción capilar.
* Agua gravitacional. Este agua puede moverse dentrodel medio poroso de acuerdo con las fuerzas que actúansobre ella (gravedad, presiones externas, etc.), siendocomún en la naturaleza el movimiento descendente. Enambientes muy húmedos y en relación con característi-cas específicas de los sólidos absorbentes, la absorciónde vapor de agua puede dar lugar a nuevos fenómenoscomo son la solvatación, fenómeno característico dealgunos sólidos iónicos (ciertas sales) que pueden absor-ber vapor de agua y pasar de estado anhidro al hidrata-do, continuando la absorción hasta total disolución delmismo e hinchamiento; fenómeno característico de losmateriales arcillosos, donde la absorción puede proseguirindefinidamente hasta dispersión coloidal.
< 0,005 0,005-0,1 0,1-0,2 0,2-0,4 0,4-0,6 0,6-0,8 0,8-1 1-2 2-4 4-10 > 10
TAMAÑOS (μm)
Coeficiente de saturación
Permeabilidad al vapor de agua
Absorción de agua a baja presión
Absorción libre de agua por inmersión total
Absorción de agua por capilaridad, succión capilar, ascenso capilar
Desorción libre de agua, evaporación
Absorción de gotas: tiempo y ángulo de contacto
Expansión hídrica
ENSAYOS NORMAS DE REFERENCIA
Rilem 25 PEM test nº II. 1
Normal 21/85; Rilem 25 PEM test nº II.2
Rilem 25 PEM test nº II. 3 y 4 y Normal 44/93
UNE-EN 13755/02; UNE-EN 772-11:2001; Normal 7/81, Normal 7/81
UNE-EN 1925/99; UNE-EN 772-11:2001. - Normal 11/85 (Sustituida por UNI10859), Rilem 25 PEM test II nº 6
Rilem 25 PEM test nº II.5
Normal 33/89, Rilem 25 PEM test II.8
Rilem 25 PEM test nº 7
Tabla 11. Rango de tamaños de poros
Tabla 12. Ensayos para determinar las propiedades hídricas
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Las propiedades hídricas de los materiales sólidos pueden serconsideradas bajo dos puntos de vista: cantidad de agua rete-nida y movilidad del agua frente a las fases sólidas, aspectoque se puede cuantificar por la variación del grado de satura-ción respecto al tiempo que experimenta el material.
El contenido en agua máximo que un material puedecontener equivale a la porosidad total abierta. Cadamaterial presenta el llamado contenido de agua crítico,por encima del cual en el material tiene lugar la transfe-rencia de agua líquida. Por otra parte, la pérdida deagua o velocidad de secado del material pétreo dependede la temperatura y humedad relativa y es independientede las propiedades del material (VILLEGAS, 1989).
Objetivos y campo de aplicación
El estudio del comportamiento hídrico de los materialespétreos naturales resulta de gran interés por varias razo-nes. El agua es uno de los agentes de degradación másimportantes que afectan a la durabilidad de los materia-les siendo una vía importante de transporte de agentesde deterioro, además de un factor de alteración por símisma, por lo que es indispensable conocer la dinámi-ca del movimiento del agua en el seno poroso de estosmateriales. En este sentido cabe destacar su relacióncon la mayor o menor dificultad que presenta la extrac-ción del agua de las rocas y, en consecuencia, el gradode secado que éstas pueden alcanzar y el número deciclos a los que se ven sometidas. Parece existir una rela-ción más o menos continua de la estructura que presen-tan las moléculas de agua adsorbida a medida que vancubriendo el sólido, así se pasa de una absorción quími-ca a la física y finalmente la condensación capilar.
Paralelamente, las propiedades del agua retenida por elsólido van variando en relación con los siguientes pará-metros:
* El tamaño de los poros. Al disminuir el tamaño, la pre-sencia de agua aumenta, comenzando a presentarse apartir de 0,1μm.
* Grado de saturación.
* La presión de vapor en el equilibrio. No es lo mismopara un proceso de absorción que de desorción.
* Origen del agua. No es igual agua procedente de suc-ción capilar que agua de condensación capilar.
Ensayos recomendados
Existen cinco tipos de interacción física del agua con losmateriales: absorción capilar, absorción de vapor de agua(hidroscopia), absorción de agua por inmersión total,desorción de agua por secado o evaporación y permeabilidadal vapor de agua. Otro tipo de interacción es medible por laevolución del tamaño expansivo. En la determinación delcomportamiento hídrico de los materiales se emplea unaserie de ensayos (tabla 12) que permite conocer el contenidoen humedad, grado de saturación y capacidad que tiene elmaterial para absorber o perder agua.
Actualmente existe un sistema instrumental Acuasor,patentado por la Universidad de Cádiz, que se utilizapara la realización de estos ensayos. Este sistema repre-senta importantes avances en el desarrollo de este tipode medidas, pues elimina o minimiza diversas fuentesde error de la metodología normalizada. La cantidad dedatos que permite obtener al tratarse de un sistemacompletamente automatizado y el posterior tratamientode los mismos son las principales bases para el desarro-llo de los procesos de simulación a fin de obtener infor-mación acerca de la estructura interna del material obje-to de estudio (NAVAS, 2004).
Preparación de las muestras
Aunque los ensayos están fundamentalmente enfocadospara material pétreo, el método de preparación de lasmuestras puede ser aplicable a cualquier otro tipo dematerial poroso.
En la caracterización hídrica de materiales empleadosen bienes inmuebles se utiliza, en la mayoría de loscasos, material procedente de cantera, debido a la can-tidad de material que es necesario utilizar. En el casoque sea posible es recomendable utilizar material demonumento.
El número de muestras necesarias depende funda-mentalmente de la homogeneidad del material. Lamayoría de las normativas recomiendan un númeromínimo de tres muestras por cada litotipo. El tamañova a estar en función de su textura; en general, se reco-mienda un tamaño diez veces superior a las dimensio-nes del elemento textural de mayor dimensión. Entodos los casos se utilizan muestras de forma geomé-trica regular normalizadas (cubos, paralelepípedos,cilindros, discos, etc.).
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* Cilindros: diámetro 5 cm, altura 10 cm
* Discos: diámetro 5 cm, altura 1 cm
* Prismas: 11×5×5 cm
* Cubos: 5×5×5 cm
* Lajas: 5×5×1 cm
Las muestras previas al ensayo deben lavarse con aguadestilada para eliminar restos de material pulverulento y esnecesario determinar el peso seco de las probetas, para locual se secan en estufa a 105 ºC durante el tiempo nece-sario (normalmente 48 horas) hasta peso constante.
Absorción libre de agua imbibición
El objeto de este ensayo es determinar la capacidadnatural de la muestra para absorber agua. El coeficien-te de absorción o grado de impregnación relativa de unmaterial poroso refleja el volumen de agua presente enlos poros después de una completa inmersión a presiónatmosférica durante un tiempo definido respecto al volu-men total de poros.
La absorción libre de agua depende de las característi-cas del material y del tiempo de inmersión de formaque, para tiempos de inmersión más grandes, el com-portamiento de los materiales en general es más homo-géneo. Dado que en muchos tipos de piedra el pesoconstante no se alcanza jamás, se admite que el coefi-ciente de saturación es la relación entre el volumen deagua absorbida por la muestra después de una inmer-sión en agua durante 48 horas a presión atmosférica yel volumen de poros abiertos.
El contenido de agua en 24 horas se denomina índicede vacío (norma ISSR/1979) y el contenido en agua en48 horas absorción de agua (norma ASTM/1978).
La determinación del coeficiente de saturación conocidocomo el coeficiente de Mishwald (norma RILEM/1980) selleva a cabo mediante la inmersión gradual durante el pri-mer día. El contenido en agua para tiempos largos permi-te alcanzar los valores de equilibrio constante que contem-pla la norma Normal 7/81 como capacidad de absorción.
Este coeficiente puede informar sobre la durabilidad dela piedra, teniendo en cuenta que éste depende de la
textura de sus poros, es decir, de su tamaño y distribu-ción. Así un material con un coeficiente de saturaciónelevado es muy susceptible a la acción del hielo-deshie-lo y por tanto a la alteración.
a) Procedimiento
Las probetas se sumergen en una bandeja con aguadestilada sobre un soporte, para evitar el menor contac-to de la probeta con la superficie, a temperatura cons-tante (21 ºC ± 2) durante el tiempo necesario. Se vadeterminando el peso húmedo de las probetas (Mi) enfunción del tiempo, eliminando el agua en exceso conun paño húmedo; la precisión de la pesada debe ser de0,01 g. Tras cada pesada se sumergen de nuevo enagua y éstas deberán realizarse de manera más espacia-da a medida que progresa el ensayo. La duración delensayo debe ser, al menos, de 7 días; si se observa quela variación de peso en 24 horas es superior al 1%, sedebe prolongar el ensayo.
b) Resultados
Se expresan en forma de curvas de absorción que refle-jan la variación en el contenido en agua (% peso) de lasprobetas en función del tiempo (figura 28).
Experimentalmente se observa que la variación de Mi
respecto al tiempo en los primeros momentos es lineal.Calculando la pendiente de esta recta se obtiene el coe-
0 24 48 72 96 120 168144 1920
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Tiempo (h)28. Absorción de agua
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ficiente de absorción hídrica o velocidad de absorcióncaracterística de cada material. A partir de un determi-nado valor del tiempo, en todos los casos, se produceuna variación de la pendiente llegando a hacerse lacurva asintótica para un valor W que prácticamentecoincide con la saturación máxima W(max.).
La cantidad de agua absorbida ΔM/M (%) de la mues-tra en el tiempo ti se calcula con la siguiente fórmula:
Los intervalos de pesada suelen seguir una progresiónlogarítmica; son muy frecuentes al comienzo del ensayoy se van espaciando posteriormente. Se calcula el coefi-ciente de saturación Si como:
Donde Mi es el peso en el tiempo ti, Ms es el peso saturadoobtenido en el ensayo de absorción a vacío y Mo el peso seco.
Permeabilidad al vapor de agua
Se define permeabilidad al vapor de agua como la can-tidad de vapor de agua que circula por unidad de tiem-po, a través de un cuerpo de espesor determinado,entre dos superficies paralelas, bajo el efecto de unadiferencia de presión parcial de vapor de agua entreambas.
Si en un material existe un gradiente de presión, el vaporse difundirá en la dirección en que aquélla sea másbaja. El flujo de vapor responde a la ecuación siguiente(en el supuesto que exista una situación isotérmica):
Donde qd corresponde a la densidad de flujo de vaporde agua, Pd a la presión parcial de vapor de agua y δ esel coeficiente de conductividad o permeabilidad al vaporde agua.
Si el coeficiente de conductividad presenta un valor ele-vado, indica que se transfiere mucho vapor.
a) Procedimiento
El ensayo se lleva a cabo al menos con dos muestras delmismo litotipo en forma de paralelepípedos o cilindrosde sección cuadrada de tamaño circular de 3 a 8 cm dediámetro y aproximadamente 1 cm de grosor. Las mues-tras se secan a una temperatura de 60 ºC, se pesan yse sitúan como “tapón” de un vaso de material imper-meable (aluminio, PVC, etc.), en cuyo interior seencuentra agua desionizada embebida en materialabsorbente (algodón o celulosa), situada al menos a 2cm de distancia de las probetas. Las distintas muestrasdeben ajustarse bien para evitar salidas de vapor deagua por escape, de tal modo que éste sólo pase a tra-vés de material pétreo. Esta unidad probeta-vaso sepesa y se introduce en un desecador amplio que man-tenga las condiciones constantes y cuya temperaturaesté en torno a 25 ºC ± 5 (a ser posible, introducirlo enuna cámara climática). Esta célula completa se pesa aintervalos regulares de tiempo hasta pesada constante.
b) Resultados
La permeabilidad al vapor de agua viene expresada engr/cm2. 24 horas. Se obtiene al calcular la diferencia depeso entre dos valores consecutivos ΔM (gr)/S (cm2)siempre referido a 20 ºC dividido por la superficie de lamuestra (en m2). Si la medida se realizó a temperaturadistinta, los datos se deben corregir según la siguientefórmula:
Siendo P la presión parcial de vapor de agua para cadatemperatura. También se puede evaluar en un gráficorepresentando la pérdida de peso en función del tiempohasta que la curva se haga constante.
Permeabilidad al aire
El desplazamiento de un fluido a través de un materialporoso en condiciones isotérmicas viene dado por laecuación qa:
Donde ϕ es la densidad del flujo (kg/m3), ρ la presióndel fluido (atm) y η la viscosidad dinámica (m2).
dd grdPq δ=
Cx
CCxC P
PPermPerm
º
º20ºº20
×=
ρηϕ grdKqa =
0
0
MMMM
Ss
ii −
−=
100
0
0 ×−
=MMM
W ii
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a) Procedimiento
Para la descripción del ensayo se ha seguido lanorma Rilem 25-PEM. El ensayo requiere un númeromínimo de 3 muestras que se secan en una estufa a60 ºC ± 5 hasta masa constante. Las muestras seintroducen en un aparato de medida constituido porun tubo de aluminio cerrado herméticamente por unamembrana para asegurar el aislamiento de la mues-tra. La parte superior del tubo está conectada a uncontador de presión y presión reducida, y la parteinferior a un medidor de flujo. La relación del flujo deaire filtrado por la muestra es medida con el contadorde flujo.
b) Resultados
La permeabilidad del agua viene dada por la siguientefórmula:
Donde K es la permeabilidad del aire (m2), p es la dife-rencia de presión de la muestra entre los dos extremosmedidos en el contador de presión del agua, η la visco-sidad dinámica del aire (N.s/m2) y ϕ la gravedad espe-cífica del aire (Kg/cm3).
Absorción de agua a baja presión
Este ensayo mide el volumen de agua que absorbe unmaterial a baja presión a través de la superficie en fun-ción del tiempo, refiriéndolo a la unidad de superficie.Puede realizarse en laboratorio o in situ directamentesobre la superficie (muros, sillares, etc.). En este últimocaso el área de contacto mayor deberá ser superior a 25cm2 y el espesor de la muestra mayor a 2 cm2.
Este ensayo es útil para la evaluación in situ de ciertostipos de degradaciones, caracterización del materialsano (comparando las modificaciones superficiales oalteraciones que modifiquen la absorción de agua anivel de superficie) y evaluar el efecto del envejecimien-to natural o artificial.
a) Procedimiento
La norma Rilem 25-PEM describe dos métodos: métodode la caja y método del tubo. La cantidad de agua que
penetra en la pared se va controlando directamente conun tubo graduado en cm3. Durante los primeros minutosla medida se realiza cada 15 segundos, después cadaminuto, hasta 5 minutos, y así hasta pasados 30 minutos.
b) Resultados
Los resultados reflejan la absorción de agua de la mues-tra en función del tiempo para una determinada superfi-cie. Se pueden expresar de forma gráfica o numéricamediante el cálculo del grado de saturación.
Absorción capilar
La absorción capilar es el mecanismo de transporte deagua y sales hacia el interior de la roca, debido al efec-to de la osmosis y foresis. El movimiento de los líquidosa través de un sólido poroso se realiza en sentido demenor densidad o menor concentración de sales. Eldeterioro relacionado con el ascenso capilar se debe alos procesos de cristalización de sales, circulación deagua en el interior de los poros capilares, acción de lahidrólisis, hidrataciones y oxidaciones de los componen-tes minerales de la piedra. El empleo de este ensayopuede ser utilizado para determinar la avidez del mate-rial a la entrada de agua por ascensión capilar y evaluarla amplitud de ciertos tipos de degradaciones.
El agua líquida, en contacto con el sistema poroso de lasrocas, se ve favorecida por la succión. La fuerza de suc-ción depende de la naturaleza de la superficie y del diá-metro de poro. La altura de ascenso capilar puede sercalculada de forma teórica por la siguiente ecuación(Ley de Javin):
Donde H representa la altura de ascensión capilar, θ elángulo de contacto líquido-sólido, r es el radio de poro yγ la viscosidad.
La cantidad de agua absorbida en un cierto tiempo poruna superficie de una muestra prismática de un mate-rial que está inicialmente seco y que está en contactocon una superficie de agua libre puede ser calculadamediante la expresión:
γθ
rH cos2
=
tAm =
grdpq
K a
ϕη
=
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Donde m se refiere a la cantidad de agua absorbida(Kg/m2), t al tiempo en segundos (s) y A es el coeficien-te de absorción de agua.
En este ensayo se puede medir la variación de la alturaalcanzada por el agua en función del tiempo, así comoel incremento de la masa, referida a la superficie de con-tacto con el líquido, en función del tiempo.
a) Procedimiento
Las probetas deben tener sección constante a lo largode su altura y planeidad de sus bases. Para determinarla altura alcanzada por el agua es aconsejable utilizarprobetas cilíndricas o prismáticas, con la dimensiónmayor perpendicular a la superficie de absorción. Lascondiciones ambientales del ensayo están en torno a20 ºC de temperatura, 20% humedad relativa y unaduración de al menos 7 días. Las probetas secas se sitú-an en una bandeja en cuya base se coloca una delgadacapa de material poroso (arena) sobre la que se colocaotra de papel de filtro (al menos de 1 cm de grosor) y seañade agua destilada hasta el nivel del papel de filtro,manteniendo constante el mismo a lo largo de todo elensayo. Tras intervalos regulares, se van pesando lasprobetas hasta que éstas no aumenten de peso; duran-te la primera hora se aconseja llevar a cabo un mayornúmero de medidas. Las pesadas se realizan eliminan-do, con la ayuda de un paño húmedo, el agua de exce-so de la superficie inferior y depositando la probeta(para la pesada) por la cara que no esté en contactodirecto con el agua. Igualmente se determina la alturaalcanzada por el agua, calculando un valor medio conlos datos de las cuatro caras.
b) Resultados
La curva de absorción capilar (figura 29) representa elincremento de peso por superficie en función de la raízcuadrada del tiempo. Se representa gráficamenteΔM/S, siendo:
Donde Mi es el peso en el tiempo ti, Mo el peso seco yS la superficie de absorción.
La curva de penetración capilar representa la altura ascen-dida (Hi) en función del la raíz cuadrada del tiempo.
Ensayo de desorción de agua
Los daños producidos por el agua en los materiales deconstrucción son debidos en gran parte a los ciclos deabsorción de agua y su posterior secado. Así la alternanciade ciclos de humedad y sequedad es un hecho de mayorsignificación que la permanente inmersión en agua.
La acción de desorción de agua o evaporación es máscompleja que la de adsorción, puesto que es necesarioromper la atracción entre las moléculas de agua y la super-ficie del sólido. Influye la temperatura, la humedad relativay el movimiento del aire en la superficie del sólido.
Cuando un material saturado de agua se seca, la evapo-ración tiene lugar en dos etapas. En la primera, la velo-cidad de secado es constante y alta, dependiendo de lascondiciones ambientales (temperatura, humedad relati-
SMMcmgM i
i02 )/(
−=Δ
T 1/2 (minutos)
0 10 20 30 5040
0,25
0,5
0,75
1
1,25
1,5
29. Curva de capilaridad
0 8 16 24 32 40 48
Tiempo (h)
0
3
6
9
12
30. Curva de desorción
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va, velocidad del viento, etc.). Esta evaporación tienelugar en la superficie del material, existiendo un movi-miento de agua líquida desde zonas internas a externas,favorecido por el sistema poroso.
La velocidad de secado en la primera etapa viene dada por:
Donde G corresponde a la velocidad máxima de secado, β esel coeficiente de transferencia de vapor de agua, Ps la presiónvapor máxima y Pa la presión vapor en medio ambiente.
Este proceso se mantiene igual mientras exista continui-dad en la película de agua líquida. En esta primeraetapa son los poros de mayor diámetro los que sufren elproceso de evaporación hasta que se alcanza el conte-nido crítico de agua de la piedra, que se produce en untiempo determinado desde el inicio del proceso, denomi-nándose tiempo crítico de secado. A partir de estemomento se pierde la continuidad en estado líquido, ini-ciándose la segunda etapa de evaporación.
En esta etapa la velocidad de secado es mucho másbaja y el proceso de evaporación se realiza en el interiorde la piedra. En este caso la fase el secado va a depen-der no sólo de las condiciones ambientales, sino de lapermeabilidad al vapor de agua del material. La veloci-dad de secado viene dada por la siguiente expresión:
Donde qv es la velocidad del flujo del vapor de agua, U elcoeficiente de conductividad vapor de agua, H la distanciadel agua a la superficie, Pi la presión vapor en el interior dela piedra y Pa la presión vapor en el medio ambiente.
Cuanto mayor es la velocidad de secado, más bajo seráel contenido crítico del agua de la piedra. La evapora-ción es más rápida en materiales que posean un coefi-ciente de permeabilidad más alto.
a) Procedimiento
El ensayo debe realizarse en un recinto exento decorrientes, donde la temperatura y humedad permane-cen constantes (la temperatura puede mantenerse a20 ºC ± 2 y la humedad en 40% ± 5). Otros autores
establecen unas condiciones de temperatura en torno a22 ºC y HR 65% (RODRÍGUEZ NAVARRO, 1995) ó 22 ºCy una HR de 70% (ALONSO, 1989).
Para comenzar, se saturan las muestras de agua y setoma el peso de las probetas saturadas. Posteriormentese sitúan sobre una rejilla de plástico para que la evapo-ración afecte por igual a toda la superficie. A intervalosde tiempo, más espaciados a medida que avanza elensayo, se va determinando el peso de la muestra. Laduración del ensayo es de 12 días.
b) Resultados
Se calcula el contenido en agua de la muestra wo (t) asícomo el correspondiente grado de saturación So (t). Si esposible se toma el valor individual de cada muestra, en vezdel valor medio de cada litotipo. A partir de estos valoresse obtienen las curvas de evaporación en función del tiem-po (figura 30). Es conveniente indicar la humedad ambien-te en la que se ha llevado a cabo el ensayo. De acuerdocon su duración, el tiempo se expresa en horas o bien endías; en el segundo caso, es conveniente llevarla sobre unaescala logarítmica. Algunos autores el tiempo lo expresanen función de la raíz cuadrada (ALONSO, 1986).
Son parámetros de interés la duración y pendiente deltramo lineal inicial de estas curvas, así como los valoresde equilibrio que presentan wt (t) y St (t).
Expansión volumétrica por absorción de agua
Algunos materiales, durante la absorción de agua, desarro-llan tensiones que son puestas de manifiesto por la expan-sión volumétrica que experimentan. La repetición periódi-ca de este proceso puede producir fisuraciones en el mate-rial, que es de sumo interés en los procesos de alteración.
Este comportamiento es atribuido a presiones de succión deorigen no muy bien conocido. Entre las distintas causasapuntadas, las de mayor incidencia corresponden a fenó-menos de absorción y adsorción de los minerales arcillosos.
a) Procedimiento
El ensayo consiste en determinar el hinchamiento que expe-rimenta una muestra no confinada durante la absorción deagua a partir de la medida de su expansión lineal segúntres direcciones ortogonales. La duración del ensayo es de8 a 10 días y la temperatura debe estar en torno a 21 ºC.
)( ap PPG −= β
( )aiv PPhUq −=
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La muestra se coloca en una cubeta con un extensóme-tro mecánico (sensibilidad 1μm) y se añade agua hastacubrir sus 3/4 partes. Se va determinando el incremen-to de longitud L en función del tiempo Δ(t) en %; lasmuestras deben ser de forma prismática con dimensio-nes aproximadas de 70 × 30 × 30 mm.
b) Resultados
Los valores de ξ (Δl(t)), dilatación lineal, se representanfrente al tiempo t. La curva que se obtiene es la curvade hinchamiento.
ξmax es el valor de equilibrio.
Absorción de gotas de agua. Ángulo de contacto
La velocidad de absorción por gotas se define como eltiempo de absorción de una cantidad limitada y determi-nada de agua por la superficie de un material. Si elángulo de contacto presenta valores más bajos nos estáindicando que el material presenta mayor porosidad encontraposición con valores más altos de ángulo de con-tacto para materiales menos porosos.
La medida del ángulo de contacto se lleva a cabo segúnel esquema indicado en la figura 31.
La absorción de gotas de agua WA en la superficie pétrea (nor-mal, alterada o tratada) se calcula en tanto por ciento, toman-do como 100% la absorción de la superficie de referencia.
Donde Tx representa el tiempo de absorción de la gotaen la superficie de las muestras a estudiar y Tn es eltiempo de absorción de la superficie de referencia.
El agua de repelencia se puede obtener con la siguientefórmula:
a) Procedimiento
Si se coloca una gota de agua sobre una superficieplana, en la que la absorción de la misma sea nula omuy lenta, y si ésta es lo suficientemente pequeña paraque su curvatura pueda considerarse esférica, el ángulode contacto será mayor cuanto más hidrófuga sea lasuperficie (VILLEGAS, 1989). Se parte de una probetacuya forma y tamaño es indiferente, pero de superficieplana y lo suficientemente grande como para que la dis-tancia mínima entre dos medidas sea superior a la distan-cia de penetración de dos gotas sucesivas. La superficieno debe ser inferior a 9 cm2 y espesor entre 1 y 2 cm. Elensayo consiste en medir la altura que alcanza la gota yla longitud de base de las probetas sobre cinco medidasmínimas por probeta. El número de probetas depende dela heterogeneidad de las muestras; se aconseja un míni-mo de tres muestras. Se parte de muestras secas, (60 ºC± 5) que se dejan enfriar a temperatura ambiente.
En la realización del ensayo se utiliza una bureta milime-trada con un volumen total de 1 ml, situada a 1 cm dedistancia de la muestra a ensayar. La bureta va despren-diendo gotitas sobre la superficie del material; el volu-men de agua de cada una de estas gotas está en tornoa 0,01 ml y su distancia de separación es aproximada-mente 0,5 cm. El número de medidas por muestra nodebe ser inferior a 30 y se calcula el valor medio expre-sado en grados.
La profundidad de penetración de las gotas (i) se definecomo la distancia que recorre la gota desde la superficiea lo largo de una sección perpendicular hasta su totalabsorción. El tiempo total de penetración de las gotas(tx) sobre la superficie de la piedra a estudiar se midecon un cronómetro; se determina de igual manera eltiempo de evaporación (Te) de una gota de 1 ml sobreuna superficie de vidrio.
Se mide tanto la altura (h) como la longitud de la baseen contacto con la superficie del material (b), así se
SÓLIDO
LÍQUIDO
GAS
θ
γSV γSL
γL
1001(%) ×
−−=
x
nxA T
TTW
31. Medida del ángulo de contacto formado por la gota de agua sobre el soportepétreo-aire. γSL representa la tensión interfacial sólido-líquido, γL es la tensión superfi-cial del agua (72.8 m.J/m2), y γSV es la energía superficial del sólido
t
t tWAWR −= 100(%)
Ltl
×Δ
= 100)(
0
ξ
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determina el ángulo de contacto según la siguientefórmula:
Donde θ es el ángulo de contacto, h la altura de lagota y b la longitud de la base de contacto con lasuperficie.
La medida del ángulo de contacto de una gota de aguaen la superficie de un material pétreo permite evaluar sugrado de hidrorepelencia, estableciendo el límite de 90º,por encima del cual la superficie en cuestión es hidrófu-ga, mientras que por debajo de este valor el material pre-senta un comportamiento hidrófilo.
Propiedades mecánicas
El proceso irreversible de alteración en un materialpétreo encuadrado en un edificio está ligado a unconjunto de procesos de esfuerzo-deformación, queafectan a la estructura del material, sometidos a unasolicitación mecánica estática o dinámica. Por estarazón, el comportamiento mecánico de los materia-les requiere un conocimiento a fondo de la mecáni-ca de los sólidos.
En mecánica de sólidos hay que tener en cuentados conceptos básicos: resistencia y rigidez. Cuandosobre un cuerpo se aplica una carga perpendiculara la superficie, ya sea de tracción o compresión, sedice que está sometido a tensión (fuerza/superfi-cie). Ante este tipo de esfuerzos un cuerpo puedecomportarse de manera dúctil, si el material quedadeformado después del esfuerzo, frágil, si se dete-riora visiblemente, o elástica, si el sólido vuelve a suestado inicial.
En el régimen elástico existe una dependencia linealentre la fuerza ejercida y la deformación que sedenomina ley de Hooke. El coeficiente de proporcio-nalidad recibe diversos nombres según sea la cargay la deformación producida:
Donde σx representa la tensión y E el módulo deelasticidad.
A) Para tensiones o deformaciones paralelas a lascaras, se denomina Módulo de Young (Y) o módulo deelasticidad (E).
B) Para tensiones o deformaciones perpendiculares,recibe el nombre de Cociente de Poisson.
Donde σx sería la tensión aplicada, E el módulo de elas-ticidad, y ν el coeficiente de Poisson.
C) Deformaciones λ debidas a fuerzas de cizalladura serelacionan mediante el módulo de rigidez G.
Donde τ corresponde a la carga de cizalladura, G almódulo de rigidez y λ es la deformación.
El valor mínimo de carga capaz de producir una defor-mación plástica se denomina límite elástico.
Objetivos y campo de aplicación
El material pétreo, de acuerdo con su naturaleza intrín-seca, está constituido por agregados de minerales dota-dos de propiedades físicas-mecánicas vectoriales y orde-nadas según su textura particular.
La determinación de las propiedades mecánicas de losmateriales resulta de interés para conocer su comporta-miento estático (en relación con la forma, modalidad depuesta en obra, condiciones de entorno y funcionalidadde cada elemento de la estructura) y dinámico (en rela-ción con las solicitudes naturales, especialmente aqué-llas provocadas por la oscilación térmica conectada conlas condiciones microclimáticas del entorno). En funciónde esto el comportamiento físico-mecánico de un mate-rial está también directamente relacionado con:
* Las características petrográficas, vinculadas a la resis-tencia de cada uno de sus componentes petrográficos(minerales, clastos o granos, fósiles y el cemento queune estos elementos).
* El sistema poroso y/o fisuras que presentan.
bhtg 2
2=
θ
xx eE.=σ
γν
σ eEx =
λτ G=
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* La presencia de agua en los poros. El agua provocauna reducción de la energía en la superficie de contac-to entre los diferentes elementos del material, modificalas uniones intergranulares por la presión de las mismasen el seno poroso, provoca fenómenos de stress-corro-sión y favorece la propagación de fisuras.
Ensayos recomendados
Desde el punto de vista mecánico, a la hora de definirun material, hay que tener en cuenta dos aspectos: elcomportamiento superficial y el comportamiento comoun todo frente a las fuerzas mecánicas externas.
Las propiedades mecánicas superficiales de los materia-les pétreos dependen de la resistencia superficial a ladeformación, que están directamente relacionadas consu grado de alteración. Las propiedades mecánicas glo-bales se valoran a través de ensayos directos, que midenla fuerza crítica que provoca la ruptura de una probeta(resistencia a comprensión, flexión y tracción), o bienmediante determinados ensayos indirectos, que permi-ten calcular el módulo dinámico de elasticidad en fun-ción de la velocidad de propagación de ciertas ondas através del material.
Como ensayos intermedios entre los superficiales y glo-bales, se encuentran los ensayos de adherencia, quemiden la adhesión o falta de cohesión entre una capaexterna más o menos profunda y el substrato.
Para la determinación de las propiedades mecánicas sehan seleccionado los ensayos que se indican en la tabla 13.
Comportamiento mecánico superficial
Como consecuencia de la alteración, las capas másexternas de los materiales pétreos pueden presentarresistencias menores con respecto a las zonas más pro-fundas, aún sin alterar. Estos aspectos se pueden ponerde manifiesto a través de la determinación de las propie-dades mecánicas superficiales que están ligadas a ladureza superficial y podrían considerarse como el com-portamiento frágil o plástico de un material pétreo fren-te al impacto o debilidad.
Dureza y resistencia al rayado (dureza mineralógica)
Se basa en la propiedad que tienen todos los materialesa rayar a otro o a ser rayado por él. Los ensayos están
en función de la presión requerida para realizar un raya-do o el tamaño de rayado producido por un estilete opunta que corre sobre la superficie del material bajo unacarga fija. Los aparatos utilizados habitualmente son elde Martens y microdureza de Knoop.
a) Procedimiento
El aparato de Martens se compone de un pequeño carroque descansa sobre dos ruedas y una punta (de acerotratado o punta de diamante de forma piramidal), cuyoángulo en el vértice es de 90º, y sobre la cual, median-te un brazo de palanca, se hace actuar una carga de 3kg. La probeta, cubierta con negro de humus, quedasujeta en un soporte adecuado y sobre ella se desplazala punta de raya.
Se requiere de un mínimo de 3 a 5 probetas por litoti-po de forma cúbica, de 4 a 8 cm de diámetro, dis-puestas perpendicular a la estratificación o anisotro-pía del material. La muestra se raya, la visualizaciónde la marca se ve favorecida por el contraste entre elnegro de humo y el color claro de la piedra. La anchu-ra de la raya se mide con un micrómetro, auxiliándo-se con la ayuda de una lupa.
La dureza de Knoop emplea un microdurómetro cons-tituido por un portamuestras, un penetrador intercam-biable, para la aplicación gradual de la carga, y unmicroscopio con micrómetro para la medida de lahuella. El ensayo se efectúa sobre un mínimo de 4muestras de 12 x 5 x 1 cm. La superficie de una delas caras de la muestra se pule (carborundum y alú-mina).
Seguidamente se sitúa la muestra bajo el plano deldurómetro y se efectúan 20 determinaciones, utilizandouna carga de 100 g a lo largo de dos alineaciones, dis-tantes 2 cm y paralelas a la arista mayor de la probeta.Cada una de las determinaciones, sobre una misma ali-neación, estará distanciada 1 cm una de otra.Finalmente se mide la longitud de la diagonal mayor decada una de las huellas resultantes, estableciendo larelación existente entre la carga que actúa sobre el pene-trador y la huella obtenida.
Estos ensayos se realizan habitualmente en laboratorio;la medida no es muy precisa, requiriéndose un grannúmero de medidas y no se pueden aplicar sobre mate-riales demasiado duros, por ejemplo, granitos.
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b) Resultados
Con el método de Martens se determina la media de untotal de cien medidas por litotipo llevadas a cabo sobre unnúmero mínimo de 5 probetas. La microdureza de Knoopse calcula mediante la siguiente fórmula matemática:
Donde P representa la carga del penetrador (g) y L lalongitud de la diagonal mayor de cada huella (mm).
El valor de la microdureza de Knoop será la media arit-mética de 20 mediciones sobre la misma muestra(expresada en mega-pascales).
Ensayos de penetración
a) Procedimiento
El ensayo de penetración se basa en marcar la superfi-cie del material con el apoyo de una punta. Según laforma geométrica de la punta y el método de aplicaciónde la carga, se distinguen varios tipos de ensayos: méto-do de Brinell, que utiliza una bola esférica sobre la quese aplica una carga constante; método de Vickers, en elque se usa una punta piramidal de diamante (con ángu-lo entre las caras de 136º) y el valor de la carga es cons-tante durante el tiempo del ensayo; y el método deRockwell en el que, siendo similar a los anteriores, ladiferencia radica en que la punta de diamante tiene
forma cónica (con un ángulo de 120º) y está redondea-da circularmente (radio 0,2 mm).
b) Resultados
La microdureza se determina como el cociente entre la cargaaplicada y la proyección sobre la superficie de la muestra dela huella dejada por la punta. Debido a las peculiaridades delproceso experimental se considera que el valor del límite elás-tico, medido a través de pruebas convencionales de com-prensión o tracción, es un tercio del valor de la microdureza;el resto de la presión ejercida durante el ensayo de microdu-reza sólo contribuye a la deformación de la red.
Desgaste por rozamiento y resistencia a la abrasión
Esta magnitud refleja la resistencia de un material a laspisadas y determina la resistencia que opone la superfi-cie del material al ser sometido a un desgaste lineal pro-ducido sobre las tres caras de dos probetas.
a) Procedimiento
Para el ensayo se precisa de un aparato que consta deuna pista de rozamiento capaz de girar a una velocidadmínima relativa de 1 m/s, dos portaprobetas, solidariosa los ejes de deslizamiento y diametralmente opuestossobre el bastidor que están centrados sobre la superficiede rozamiento, un dispositivo, mediante el cual sepuede comprimir una probeta entre los platos con unapresión de 0,0588 Mpa, otro que permita verter el abra-sivo de manera uniforme, y agua en la superficie derozamiento (12 gotas de agua por minuto). Las probetas
Módulo de elasticidad dinámico, de Young (frecuencia de resonancia)
Módulo de elasticidad dinámico (ultrasonidos)
Adherencia
Resistencia a tracción
Resistencia a compresión
Resistencia a flexión a momento constante
Resistencia a flexión bajo carga concentrada
Desgaste por rozamiento Resistencia a la abrasión
Dureza de KnoopResistencia al rayado
Dureza esclerómetroResistencia al choque
ENSAYOS RECOMENDADOS NORMAS
Rilem 25 PEM Test nº 1 III.1
Rilem 25 PEM Test nº 1 III.2 (1980) Normal 22/86
Rilem 25 PEM Test nº1 III.3 (1980)
Rilem 25 PEM Test nº1 III.4 (1980)
Rilem 25 PEM Test nº1 III.5, UNE-EN 1926/99, UNE-EN 772-1/00
UNE-EN 13161/02
UNE-EN 12372/99 y UNE-EN 12372 (AC)/03
UNE 22-173/85Rilem 25 PEM Test nº 1 IV. 2PEI (norma ASTMC/448-64)
UNE 22-178/85Rilem 25 PEM Test nº 1 IV.1 (1980)
Rilem 25 PEM Test nº 1 IV.3UNE 22-179/85
Tabla 13. Referencia de las normas existentes
2454,139
LPDK =
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se someten a un recorrido de 1000 m, sacándolasposteriormente de la máquina y limpiándolas cuidado-samente.
Se requieren un mínimo de dos probetas de 7 cm dearista, con una tolerancia de ±5%. A la hora de situar lasprobetas hay que tener cuidado con los planos de estra-tificación del material o/y las anisotropías. Se determinasu volumen inicial por pesada hidrostática y la superfi-cie a desgastar con un calibre (precisión 0,1mm).
b) Resultados
El desgaste lineal (mm) se determina con la siguienteexpresión:
Donde vi es el volumen inicial, vf el volumen final y A lasuperficie de las caras de las probetas en contacto(mm).
Se toma como resultado definitivo la media aritméticade los desgastes lineales de cada una de las dos probe-tas con un error inferior de 0,1 mm.
Dureza por rebote y choque
Los ensayos de rebote o retroceso se basan en la caídasobre el material de una bola o pequeño martillo depunta redondeada. La energía de caída es absorbida porel material en forma de una huella parcialmente elásti-ca. El martillo o bola rebota elevándose a una alturainferior a la de su partida, y esta altura se toma comomedida de la dureza por rebote.
Para el ensayo se utilizan varios aparatos; los más cono-cidos son el esclerómetro de Shore y el durómetro.Estos instrumentos actúan en posición horizontal ysobre superficies horizontales o poco inclinadas.
a) Procedimiento
Con el método del esclerómetro se utilizan dispositi-vos diferentes si se trata de piedras blandas o duras;en el primer caso, el martillo gira sobre un eje y, en elsegundo, el martillo es guiado dentro de un tubo. Lasmuestras se colocan sobre el lecho de arena, desdecuyo centro se deja caer la esfera de acero (de 1000y 250 g) desde una altura inicial de 5 cm. Se incre-
menta gradualmente la altura de caída en 5 cm, fina-lizando el ensayo cuando se produce la rotura de lamuestra o cuando la altura de caída ha alcanzado los150 cm.
Este ensayo se realiza sobre material in situ con lasuperficie lo más lisa posible. En el laboratorio las medi-das se realizarán sobre un mínimo de 4 placas delmismo litotipo del 20 x 20 x 3 cm.
b) Resultados
La resistencia al choque será la altura (cm) a la que seproduce la rotura de la muestra, o 150 cm, si ha resisti-do el ensayo sin romperse. Los cálculos se realizandeterminando el valor medio, indicándose el tamaño delas probetas y el número de medidas efectuadas.
Adherencia
Este ensayo mide la adhesión entre dos materiales, esti-mando la resistencia a la tracción de materiales pétreos.
a) Procedimiento
El equipo empleado consta de un dispositivo de trac-ción, un dinamómetro y una cortadora de diamante conun diámetro interno de 5 cm, movida por una máquinarotatoria de perforación.
La muestra se corta circularmente hasta la profundidadque se considere apropiada; se precisan al menos tresprobetas diferentes del mismo litotipo.
Una vez perforada la muestra se encola una pieza metá-lica de 5 cm de diámetro en el área delimitada por lahuella de la perforación. Se une la pieza metálica al dis-positivo de tensión a través de un tornillo de cabeza esfé-rica y se aplica la fuerza de tracción hasta que se pro-duzca la ruptura de la probeta.
b) Resultados
Se anota la carga máxima que soporta la probetadurante el ensayo. La fuerza de ruptura, expresadacomo la relación entre la adhesión y el área de la piezametálica, viene dada en Mpa. En los resultados seincluyen los valores individuales para cada perforacióny el valor medio de los resultados para cada profundi-dad de penetración.
Avv
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Ensayos mecánicos globales
La resistencia mecánica global de un material se defi-ne como la máxima solicitud que éste es capaz desoportar frente a la acción de fuerzas mecánicasexternas. Esta propiedad es posible determinarlamediante pruebas de laboratorio en cada momento através de los siguientes parámetros: velocidad de apli-cación de la carga, deformación y variación longitudi-nal máxima absoluta (ΔLi). Parámetros que permitenconocer:
* La carga máxima aplicada o resistencia a compresiónestándar (Kp/cm2):
* Deformación longitudinal:
ε= ΔL/L0
* Módulo elástico o módulo de Young:
E= σc/ε
* La relación esfuerzo-deformación
Estos valores permiten definir, para cada esfuerzo (σ), undeterminado valor de deformación (ε). La representaciónde todos los valores hasta llegar a la rotura refleja la lla-mada “curva de esfuerzo-deformación”. A partir de estacurva se calcula el coeficiente de Poisson, que es la rela-ción entre la variación de la longitud y la del grosor de lamuestra a medida que se aplica el esfuerzo.
Para la realización de estos ensayos se precisa de pro-betas de forma regular, cilíndricas, prismáticas o cúbi-cas cuyas dimensiones dependen del tipo de ensayo. Noes posible dar un coeficiente de correspondencia entrela resistencia del cilindro, el prisma y el cubo, ni entrecilindros de diferente relaciones h/d (h= altura, d= diá-metro de la base). Se recomienda que el diámetro odimensión lateral (distancia entre caras verticales opues-tas) esté comprendida entre 4 y 8 cm, y la relación entreel área superficial y el volumen sea de 0,7 a 1,5 cm-1. Enprobetas cilíndricas la relación h/d debe ser 1 ó 2, y enlas paralelepipédicas d x b ó d x 2b (siendo b la terceradimensión). Para el ensayo de flexión las probetas reco-mendadas son de 20 x 10 x 5 cm.
Los ensayos deben realizarse sobre estados de hume-dad diferentes bien definidos, es decir, estado natural,saturado y seco, para poder determinar claramente elcomportamiento del material en distintas condicionesmedioambientales. El número de probetas por litotipodebe estar comprendido entre un mínimo de 3 y unmáximo de 10, las normas UNE- EN 1926/99 estable-cen el número en 6.
A) Métodos directos
Ensayo de resistencia a compresión
Se define como la carga por unidad de superficie bajocuya acción un bloque o probeta rompe por fuerza decizallamiento o hendimiento. Se utiliza como un índicegeneral de resistencia de la roca (triaxial y uniaxial); lamás utilizada es esta última que se utiliza como unparámetro muy importante en mecánica de rocas(UNE-EN 1926).
a) Procedimiento
El ensayo consiste en someter las probetas a un esfuer-zo a compresión con la ayuda de una prensa, según elesquema indicado en la figura 32.
Las máquinas para el ensayo de compresión debenestar previstas de un cadenciómetro o dispositivo equi-valente, que permita aplicar la carga a la velocidadindicada (alrededor de la carga máxima prevista) y dosplatos de acero con una dureza Vinckers mínima de600 HV.
Las superficies de los platos deben ser planas y un pocomás grandes que las caras de la probeta sobre las quese aplica la carga (inferior a un 3%); en el caso de pro-betas pequeñas deben usarse platos intermedios meno-res unidos a los platos mayores.
Una vez limpias las probetas superficialmente y los pla-tos de carga, éstas se centran sobre la placa de cargainferior. Se aplica la carga inicial a una velocidad quepermita ajustar manualmente el plato de contactosobre la probeta y se asienta debidamente el bloqueesférico hasta conseguir un contacto uniforme, y cuan-do se haya aplicado alrededor de la mitad de la cargamáxima prevista, se ajusta la velocidad de tal maneraque la carga máxima se alcance como mínimo en 1min aproximadamente.
)/( 2cmNsF
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b) Resultados
Se calcula la resistencia a compresión mediante la fór-mula siguiente:
Donde σrc representa la resistencia a la compresión dela probeta ensayada (Mpa), Q es la carga total de la pro-beta en la ruptura (N) y A es el área calculada de lasuperficie de la probeta (mm2).
Además, si el aparato lo permite, se puede representarla curva esfuerzo frente a la deformación.
Cuando la relación h/d difiere de la unidad en un 25%o más, se refiere el resultado a la probeta cúbica equiva-lente mediante la expresión:
Donde σrf es la resistencia a la compresión de la probe-ta cúbica equivalente (MPa), σrc la resistencia a la com-presión de la probeta ensayada (MPa), del diámetro odimensión lateral de la probeta (cm) y h la altura de laprobeta (cm).
Ensayo a tracción
El ensayo de tracción más frecuentemente utilizado enmateriales pétreos es el de tracción indirecta; en estecaso las probetas son discos que se someten a compre-sión sobre dos puntos diametralmente opuestos que setransmite a la probeta en forma de esfuerzo a tracciónindirecta.
En este ensayo las probetas son sometidas a unosesfuerzos cuyo esquema viene indicado en la figura 33.Los parámetros controlados son los mismos que para elensayo a compresión simple: velocidad de deformación,carga aplicada y deformación longitudinal.
a) Procedimiento
Para el ensayo se utiliza una prensa de sistema rígidocon capacidad máxima de 40 Tm. Se recomiendan de5 a 7 probetas por litotipo de d (35 mm) y h (20 mm)con una esbeltez (h/d) de 0,5 a 0,6.
A las extremidades de la probeta se pegan unas cabezasmetálicas y posteriormente se coloca la probeta en lamáquina de ensayo, centrándose de manera cuidadosa.Se aplica la fuerza de tracción de manera continua, sinsacudidas, a una velocidad de 0,05 MPa/s hasta ruptu-ra de la probeta.
b) Resultados
Conociendo la carga de rotura y los parámetros anterior-mente indicados, se calcula la resistencia a la tracciónindirecta según la siguiente fórmula:
Donde Q es la carga (N), d es el diámetro de la probeta(mm), l la longitud de la probeta (mm) y σt la resisten-cia a tracción (MPa).
Ensayo de resistencia a la flexión (módulo de ruptura)
El módulo de ruptura o resistencia a la flexión es la resis-tencia de una losa de material a doblarse o flexionarse(figura 34). La resistencia a la flexión puede permitir eva-luar la resistencia de la piedra a la fuerza del viento, lascargas de la nieve o a las cargas que se originan por lasuperposición de otros materiales.
Existen dos modalidades: resistencia a flexión a momen-to constante (UNE-EN 13161/02) y a carga concentrada(UNE-EN 12372/99).
ROCA
dlQ
t τσ
2=
32. Ensayo a compresión
[ ])(222,0778,0´ hdrcrf ++= σσ
t
t
AQ
rc =σ
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En el caso de resistencia a flexión bajo carga concentra-da, el equipo consta de un punto de carga y dos sopor-tes inferiores (situados simétricos y paralelos al punto decarga). Los soportes de la probeta son dos rodillos detipo balancín, con los filos al menos tan largos como laanchura de la probeta. El soporte de carga puede ser detipo balancín o rígido.
a) Procedimiento
Se colocan las probetas horizontalmente de maneraque las cuchillas descansen en posiciones correctas. Acontinuación se aplica directamente una carga a unavelocidad de (0,25 ± 0,05) Mpa/s hasta ruptura de laprobeta.
El ensayo se realiza sobre al menos 3-10 muestras decada litotipo de espesor (h) comprendido entre 10 y 25mm, de longitud 6 veces el espesor y una anchura (b)comprendida entre 50 mm b<3h.
b) Resultados
El módulo de ruptura se calcula con la siguiente expresión:
Donde σrf es el módulo de ruptura (Mpa), Q la cargatotal sobre la probeta en la ruptura (N), l la distanciaentre los ejes de apoyo (mm), h es la altura de la probe-ta en la zona de ruptura (mm) y b el espesor de la pro-beta (mm).
Resistencia a flexión a momento constante
a) Procedimiento
Consiste en colocar y centrar la probeta sobre dos apo-yos; a continuación, la probeta se somete a dos líneasde carga que actúan sobre la parte superior de la pro-beta de manera que la carga se localice a un tercio dela longitud del vano. La carga se incrementa de formaconstante a una velocidad de (0,25 ± 0,05) Mpa/shasta rotura. La probetas deben presentar las siguien-tes dimensiones: espesor (h) entre 25 y 100 mm, lon-gitud (L) seis veces el espesor, ancho (b) entre 50 mmy tres veces el espesor (50mmb3h) y la distancia entrerodillos soporte debe ser igual o cinco veces superior alespesor h.
b) Resultados
La resistencia a flexión a momento constante Rtc decada probeta se calcula con la siguiente expresión:
Donde F sería la carga de rotura, en newton. El resulta-do se expresa en N/mm2.
B) Métodos indirectos. Técnicas no destructivas
Se emplean para determinar el módulo de elasticidaddinámico sobre materiales y, dentro de estos métodos,se destaca la velocidad de propagación del sonido.
Ultrasonidos
Los ultrasonidos son vibraciones elásticas de una fre-cuencia tan elevada que no sobrepasa el umbral de per-cepción acústica humana (> 20 Khz), pudiendo alcan-zar valores muy elevados. El comportamiento de estasondas a través del material pétreo permite analizaraspectos de sus características físicas en su interior osuperficie.
Estas ondas se propagan en medios donde existen frac-ciones de materia. Así, una partícula de material se des-plaza de su posición de equilibrio por la aplicación deuna fuerza externa; este desplazamiento induce a otraspartículas vecinas, dando lugar a una reacción en cade-na que permite la propagación de la onda.
ROCA
bhQl
rf2
32
×=σ
33. Ensayo a tracción
t t
t
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hbLFRtc
×
×=
2
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Las ondas ultrasónicas sufren fenómenos de reflexión,refracción y difusión, dependiendo de la impedanciaacústica del medio, de manera que cuando un haz deultrasonidos llega a la superficie de separación de dosmedios cuya impedancia es diferente, una parte del hazse refleja, otra es refractada y una tercera se difunde.Precisamente en esta propiedad se basan las múltiplesaplicaciones de los ultrasonidos como ensayo no des-tructivo.
Donde Z representa la impedancia, C la velocidad de laonda y ρ la densidad del material.
La propagación de las ondas ultrasónicas es posible encualquier medio si éstas son de tipo longitudinal, y sola-mente en cuerpos sólidos, si son transversales. Su velo-cidad de propagación depende de la naturaleza delmedio de propagación.
La heterogeneidad natural que presentan las rocas pro-voca en las ondas fenómenos de atenuación que estándirectamente relacionados con la frecuencia y longitudde onda. A medida que aumenta la frecuencia de laseñal, lo hace la atenuación debida al medio. Así cuan-do el ensayo tome una frecuencia alta, la longitud deonda será pequeña, y por tanto el poder de discrimina-ción de la señal aumentará, pero al aumentar la frecuen-cia de atenuación, la señal será difícil de recibir. Por estarazón es importante seleccionar la frecuencia adecuadapara cada caso, de forma que se minimice en lo posiblela atenuación pero sin mermar el poder discriminativodeseado.
La energía ultrasónica se origina mediante generadoreselectrónicos. Los procedimientos actualmente en uso sebasan en el efecto de magnoestricción, por una parte, yen el piezoeléctrico, por otra. Será este último el más uti-lizado en la realización de este ensayo.
El equipo consta de un generador de impulsos ultrasóni-cos, un par de palpadores, un amplificador, un circuitoamplificado y circuito electrónico de medida del tiempo.
El generador de impulsos base produce impulsos muybreves 10 segundos, con una frecuencia de repeticiónpropia del aparato. Los impulsos se propagan en el cuer-po y las ondas reflejadas en la superficie opuesta o enun defecto (grieta, etc.) vuelven al mismo palpador uotro situado convenientemente, el cual por el procesoinverso transforma el impulso ultrasónico en eléctricodando lugar a un oscilograma.
Analizando la posición del palpador, la geometría de lapieza, el tiempo transcurrido entre el impulso inicial y elreflejado (eco) y la amplitud del impulso recibido, puedeobtenerse información sobre el estado del componenteo pieza sometida al ensayo.
Los aparatos deberán satisfacer las siguientes especifi-caciones: deben ser capaces de medir el tiempo de pro-pagación del impulso ultrasonido con una precisión de1%. La excitación electrónica del impulso aplicado alpalpador emisor tendrá un tiempo de producción nomayor que un cuarto de su periodo natural; la frecuen-cia de repetición de los impulsos será suficientementebaja para asegurar que el conjunto de señales recibidasesté libre de interferencias; el aparato mantendrá suscaracterísticas entre los límites de tensión, temperaturay humedad suministrados por el fabricante; la frecuen-cia natural de los palpadores estará dentro del límite de15 a 250 Khz.
Atendiendo a la forma de emisión y recepción de lasondas, las técnicas de ultrasonidos pueden clasificarsecomo: método de reflexión por eco, en el que se traba-ja con un traductor que sirve de emisor y receptor, deforma que si el material presenta algún defecto (porejemplo, una fisura), el tren de ondas ultrasónicas reci-be una reflexión que es posible registrar calculándose elgrosor y profundidad a que aparece. Los factores quepueden ser tenidos en cuenta al realizar un ensayo poreste método son la posición del palpador, amplitud deleco recibido, recorrido de las ondas en el material yforma del impulso.
Por otro lado, está el método de transmisión o transpa-rencia. Este procedimiento es el más utilizado; se traba-ja con dos traductores (un emisor y un receptor), con fre-cuencias bajas para conseguir una atenuación lo sufi-
ROCA
Aristas de Carga
Aristas de Apoyo
34. Ensayo a flexión
ρ.CZ =
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cientemente pequeña y un mayor alcance de los impul-sos ultrasónicos en el material.
a) Procedimiento
La norma UNE 14579/05 establece un procedimientonormalizado para la determinación de la velocidad de pro-pagación de las ondas ultrasónicas a través de la piedranatural. Las muestras deben ser de forma regular: cúbi-ca, cilíndrica (diámetro 5 cm) o paralelepípedo (secciónmínima debe ser de 7 x 7 cm). La esbeltez de las probe-tas debe estar comprendida entre 1 y 4. El número deprobetas utilizado para el ensayo no debe ser inferior a 5y va a estar en función de la heterogeneidad del material.
Para la puesta a punto del equipo, la lectura cero repre-senta el tiempo de propagación de los impulsos entre elpalpador-emisor y el palpador-receptor existiendo entreellos un espesor nulo. Esta medida puede realizarse pre-sionando entre sí los dos palpadores con el mismomedio de acoplamiento que vaya a utilizarse en la ins-pección del material. También puede utilizarse un mate-
rial tarado (por ejemplo una pieza de metacrilato) cuyotiempo de propagación sea conocido.
Los palpadores se colocan sobre las probetas según lasposiciones que se indican en las figuras 35, 36 y 37 encaras opuestas (transmisión directa), en caras adyacen-tes (transmisión semindirecta) y en la misma cara(transmisión superficial). La posición más recomendadaes la que permite una transmisión directa ya que lamáxima energía de los impulsos se dirige hacia el palpa-dor receptor, obteniéndose la máxima sensibilidad.
Para asegurar que los impulsos ultrasónicos generadosen el palpador emisor pasen a través del material y seandetectados por el receptor, es necesario que exista unadecuado acoplamiento entre la superficie del material yel palpador. Para ello se utilizan unas sustancias que per-mitan una superficie de contacto homogénea (vaselina,grasa, glicerina etc.). Se hace necesario que esta capa seafina y los palpadores se coloquen haciendo presión sufi-ciente para llevar a cabo un registro de tiempo adecuado.
b) Resultados
La velocidad de propagación de los impulsos ultrasóni-cos ν viene dada por la fórmula:
Donde L es la longitud del camino recorrido en metrosy t el tiempo de propagación en segundos. En base a lasvariaciones de velocidad que experimentan las ondasultrasónicas, según determinadas direcciones, se puedededucir la anitrosopía existente en el material.
Ensayos de alteración acelerada dematerialesVIII
La realización de ensayos de alteración acelerada demateriales pétreos puede tener uno de estos tres objeti-vos: estudiar la resistencia de la piedra a los agentes dealteración, investigar los mecanismos de alteración oevaluar la eficacia de un determinado tratamiento.
Es por ello que siempre debe realizarse el(los) ensayo(s)que mejor reproduzcan las condiciones reales de exposi-ción y los mecanismos de alteración que tengan lugaren el caso que se estudie.
tL=v
Emisor Receptor
35. Transimisión directa
Emisor Receptor
36. Transmisión semindirecta
Emisor Receptor
37. Transmisión indirecta
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Existen pocas referencias sobre ensayos a la intemperiecon piedras, debido a su larga duración por la lenta alte-ración de estos materiales. En la mayoría de los casos,los ensayos a la intemperie se realizan fundamentalmen-te para realizar el seguimiento del comportamiento detratamientos aplicados sobre probetas o elementos pre-parados a propósito. Normalmente el grado de altera-ción alcanzado es pequeño y numerosos tratamientosno pierden sus características.
De ello se deduce la necesidad de realizar ensayos dealteración acelerada para acortar la escala del tiempo.
Los ensayos acelerados se basan en una acción violen-ta y concentrada en el tiempo de los principales factoresde alteración. Tienen los inconvenientes de que no sueleser posible comparar sus resultados con los obtenidosen tiempo real y, además, no existe seguridad de queactúen los mismos mecanismos de alteración. Esto seha explicado considerando que generalmente se recurrea experiencias demasiado simplificadas, sin tener encuenta la existencia de efectos concomitantes entre lasdiversas variables. Por esto se recomienda con frecuen-cia llevar a cabo combinaciones de ensayos.
En la bibliografía se encuentran cinco tipos básicos deensayos de alteración acelerada: Heladicidad, cristaliza-ción de sales, termohigrométricos, de radiación UV, deataque químico.
En este apartado se realiza una propuesta de ensayosde alteración acelerada, de acuerdo con la experienciaadquirida en el Instituto Andaluz del PatrimonioHistórico y previamente en el Departamento deIngeniería Química y Ambiental de la Escuela Superiorde Ingenieros de Sevilla.
Una vez definido el ensayo que se va a desarrollar enfunción del objetivo deseado, el punto de partida es unapreparación adecuada de las muestras. Las probetasutilizadas son normalmente paralelepípedos o cilindroscuyas dimensiones dependen del ensayo; las másempleadas son las cúbicas de 5 centímetros de arista.Otro aspecto muy importante se refiere a las condicio-nes iniciales de las muestras (limpieza, contenido deagua, etc.) que pueden determinar en gran medida losresultados.
En todos los casos es importante realizar el ensayo conun número representativo de probetas, que nunca debe
ser inferior a tres; en caso de material muy heterogéneo,habría que utilizar al menos cinco. Cada probeta debeestar perfectamente caracterizada antes de comenzar elensayo, por lo que se refiere a diversas propiedades:peso, porosidad, velocidad de ultrasonidos, si es posibledureza superficial, absorción y desorción de agua paraprobetas tratadas.
El control de las alteraciones que vayan apareciendo sepuede realizar con los siguientes métodos: observaciónvisual de las alteraciones macroscópicas, variación depeso de las muestras, observación al microscopio elec-trónico de la microfisuración y de las transformacionessufridas por la película de tratamiento en el caso de lasprobetas tratadas, así como de posibles compuestos for-mados en reacciones químicas, variación en las propie-dades físicas (porosidad, porometría), variación de laspropiedades mecánicas (medida directa de la resisten-cia mecánica, superficial o global, o medida de la velo-cidad de ultrasonidos), variación de las propiedadeshídricas para el caso de probetas hidrofugadas, análisisquímico de la cantidad de sulfato (u otros compuestos,según el contaminante utilizado) que se forma en lasuperficie, en los ensayos de ataque químico.
La duración de los ensayos puede fijarse de antemanoo prolongarlos hasta que se consiga el grado de altera-ción deseado en las probetas.
Ensayos de heladicidad
Los objetivos de los ensayos de heladicidad son reprodu-cir el clima al que está sometido el material o crear con-diciones más severas para obtener resultados en unmenor intervalo de tiempo y, de esta forma, estudiar losdaños originados por el hielo.
Este tipo de ensayos consiste, en líneas generales, enuna serie de ciclos que incluyen una fase de hielo y otrade deshielo; en la primera, que generalmente se lleva acabo al aire, la muestra saturada de agua se sometedurante unas horas a temperaturas del orden de -15ºa -25 ºC. La fase de deshielo puede tener lugar bien enaire, bien en agua (lo más frecuente) y la temperaturavaría entre 1 ºC y 24 ºC o temperatura ambiente. Las pro-betas deben secarse previamente y saturarse por inmer-sión en agua antes de comenzar la secuencia de ciclos.
La duración del ensayo es función de que se adopte elcriterio de lograr alteraciones macroscópicas o de seguir
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la evolución de ciertas propiedades, controladas des-pués de cada cierto número de ciclos.
En muchas ocasiones, después de un número relativa-mente elevado de ciclos, no se manifiestan alteracionesmacroscópicas, debiendo medirse posteriormente diver-sas características del material para determinar el efec-to del ensayo.
Ensayo propuesto
El ensayo que se realiza habitualmente en el IAPH estáformado por ciclos que constan de las siguientes fases:
* Fase previa de impregnación con agua a presión y tem-peratura ambientes durante 24 horas.
* Fase de congelación en cámara climática (o congela-dor) a -20 ºC durante 20 horas.
* Fase de descongelación en agua a temperaturaambiente durante 4 horas.
Cada cinco ciclos se secan las probetas a 65 ºC paradeterminar su peso y evaluar las variaciones que se pro-duzcan.
Ensayo de cristalización de sales
Este ensayo tiene como objetivo simular las tensionesque se producen en el interior de los poros del materialcuando cristalizan o se hidratan sales; ambos hechosimplican un aumento de volumen considerable, deforma que puede llegarse a la ruptura del material.
El fundamento de este ensayo consiste en inducir suce-sivamente la solubilización y cristalización de una saldeterminada en el interior de las muestras. Esto se lograsometiendo las muestras a una fase de impregnación dela sal y a otra posterior de secado, repitiéndose esteciclo un determinado número de veces.
La sal más frecuentemente utilizada es el sulfato sódico(SO4Na2) que puede cristalizar hasta con 10 moléculasde agua por cada molécula de sal (SO4Na2.10 H2O), conlo que se produce un aumento de volumen del 308%con respecto a la sal anhidra, por lo que está particular-mente indicado para simular las tensiones que se creanen el interior de la piedra como consecuencia de la cris-talización e hidratación de sales.
La fase de impregnación con la solución salina puedeefectuarse por inmersión, capilaridad o niebla salina. Lafase de secado se realiza a 65 ºC o 105 ºC. Con 65 ºCexiste el problema de que aumenta el tiempo necesariopara lograr un secado completo y es difícil conseguir quela duración del ciclo sea igual o inferior a un día; por otraparte, cuando se estudian muestras con tratamientosorgánicos, la adopción de temperaturas elevadas puededegradarlos.
En caso de que el ensayo se use para evaluar tratamien-tos es necesario definir perfectamente la forma de apli-cación del mismo, así como decidir si se impregnantodas o algunas caras. El tratamiento utilizado no alcan-za generalmente el corazón de la probeta, por lo que secrea una interfase entre la piedra tratada y la no tratadaque es la zona más susceptible de alteraciones, y quepuede ser causa del desprendimiento en placas de laparte superficial.
Ensayo propuesto
La sal utilizada es el sulfato sódico anhidro, en una con-centración del 10% (p/p). En el caso de materialessometidos a ambiente marino puede sustituirse por clo-ruro sódico en la misma concentración.
Pueden realizarse dos tipos de ensayo, según cómo selleve a cabo la impregnación de las probetas con la solu-ción salina.
1) Impregnación con la solución por capilaridad
Este caso se aplica a probetas no tratadas o tratadas poruna sola cara. Las cuatro caras perpendiculares a lacara tratada se envuelven en polietileno, para impedir laevaporación de la solución por ellas y conseguir quetenga lugar sólo por la cara tratada.
El ensayo consiste en colocar las probetas en con-tacto con la solución por la cara opuesta a la trata-da, sumergiendo las probetas aproximadamente 10mm y manteniendo constante el nivel de la solu-ción. Se realiza a temperatura ambiente. En esteensayo tienen lugar simultáneamente la absorciónde solución por la cara inferior y el secado por lacara superior.
A intervalos de tiempo regulares, por ejemplo 10 días, sesecan a 65 ºC y se pesan.
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Al finalizar el ensayo se lavan las probetas con agua, quese renueva a menudo, durante 6 días, se secan a 65 ºCy se pesan.
2) Impregnación con la solución por inmersión
Este caso se realiza con probetas no tratadas o tratadaspor todas las caras. El ensayo está formado por ciclosconsistentes en dos fases: fase de impregnación de lasprobetas por inmersión en la solución durante 24 horas;y fase de secado a 65 ºC durante 22 horas; enfriamien-to y pesada hasta completar las 24 horas.
Al finalizar el ensayo se lavan las probetas con agua, quese renueva a menudo, durante 6 días, se secan a 65 ºCy se pesan.
Ensayo termohigrométrico
Los ensayos termohigrométricos estudian los efectosque las variaciones de temperatura y humedad tienenen los materiales pétreos. Las condiciones de humedadse pueden lograr fundamentalmente de dos formas: porexposición a una atmósfera con humedad relativa ele-vada (cerca de la saturación) lo cual se consigue nor-malmente utilizando una cámara climática, o bien porinmersión en agua normalmente a temperaturaambiente.
En ambos casos, se establecen ciclos que tengan laduración suficiente para que la muestra llegue al equili-brio. Estos ensayos, muy poco severos y por tanto degran duración, son aplicables sólo a la evaluación de tra-tamientos, ya que la gran mayoría de los litotipos prácti-camente no se alteran en estas condiciones.
Ensayo propuesto
Pueden realizarse dos tipos de ensayo:
1) Humedad-sequedad
El ensayo está formado por ciclos consistentes en dosfases: fase de humidificación por inmersión en agua atemperatura ambiente durante 24 horas; y fase de seca-do a 80 ºC durante 22 horas; enfriamiento y pesadahasta completar 24 horas.
2) Termohigrométrico
Esta variante se realiza en una cámara climática, en laque se llevan a cabo ciclos formados por las siguientesfases: fase de humidificación (temperatura 40 ºC y HRpróxima a saturación durante 24 horas) y fase de seca-do (temperatura 20 ºC y HR próxima al 20% durante24 horas).
Ensayos de radiación UV
Los ensayos de radiación también están orientados adeterminar el efecto de la radiación UV sobre los mate-riales, especialmente los tratamientos de tipo orgánico.La radiación utilizada es exclusivamente la ultravioleta,con energía suficiente para alterar sólo determinadosenlaces químicos presentes en los compuestos orgáni-cos; los compuestos inorgánicos componentes de lasrocas no se ven afectados por esta radiación.
Normalmente el ensayo consiste en someter las mues-tras a radiación UV durante períodos prolongados detiempo, oscilando desde pocos días hasta un mes. Enalgunas ocasiones se combina el efecto de la radiacióncon los ciclos termohigrométricos.
Ensayo propuesto
El ensayo consiste en someter a las probetas a radiaciónUV de forma continua durante el período de tiempo pre-fijado o hasta que se observe la aparición de alteracio-nes. Dada la suavidad de este ensayo, normalmente lasalteraciones aparecen a escala microscópica en los tra-tamientos aplicados, y pueden detectarse por la modifi-cación de las propiedades debidas a éstos, por ejemplo,el efecto hidrófugo.
Ataque químico
Es bien conocida la importancia de la contaminaciónatmosférica en la alteración de los materiales pétreos,con efectos que vienen a sumarse a los de los agentesmeteorológicos, multiplicando enormemente la veloci-dad de deterioro. Los contaminantes más peligrososdesde este punto de vista son gases ácidos capaces dereaccionar con los componentes de la piedra.
Inicialmente la investigación se centró casi exclusiva-mente en el anhídrido sulfuroso que, bien en la atmós-fera bien sobre la piedra, puede transformarse en ácidos
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sulfuroso o sulfúrico, que reaccionan con el carbonatocálcico. Sin embargo, más recientemente se han llevadoa cabo algunas experiencias en las que se estudia elefecto de otros contaminantes (como los óxidos y ácidosdel nitrógeno y otros).
Las concentraciones de anhídrido sulfuroso utilizadasoscilan entre pocas partes por millón hasta 10.000, enfunción del grado de aceleración deseado.
La humedad de las muestras es un factor decisivo enlos mecanismos y velocidades de alteración con anhídri-do sulfuroso. La mayoría de los ensayos se desarrollana humedades relativas altas y simulando lluvia con pul-verización de agua.
En los últimos años se han desarrollado numerosas ins-talaciones que permiten la generación de atmósferascontaminadas, controlando además todas las variablesambientales (temperatura, humedad relativa, concen-tración de los gases contaminantes) y permitiendo tam-bién el empleo de radiación UV y la simulación de llu-via o niebla (con agua o soluciones de distinto tipo). Eneste tipo de cámaras es posible simular la acción detodos los factores de alteración, pudiendo efectuarsetodos los tipos de ensayos anteriormente mencionados,tanto de forma separada como combinados. Los ensa-yos que se realizan en estas instalaciones son los quemejor pueden reproducir las condiciones reales deexposición.
Ensayo propuesto
La instalación necesaria para llevar a cabo el ensayo deataque por atmósfera contaminada responde básica-mente al esquema que se muestra en la figura 38.
Una primera sección sería la de preparación del aire,que se seca, se limpia de impurezas y se humidificapara conseguir el grado de humedad requerido. El cau-dal debe controlarse para obtener las concentracionesde contaminantes en el interior de la cámara y la reno-vación deseada.
En la sección de introducción de contaminantes se adi-cionan los gases que se utilicen, regulándose los cauda-les para conseguir las concentraciones fijadas en el inte-rior de la cámara de ensayos. Tanto éstos como el cau-dal de aire pueden regularse automáticamente en fun-ción de las concentraciones existentes en el interior dela cámara y de los valores fijados. El aire y los contami-nantes se introducen en la cámara de mezcla, de dondela corriente final pasa a la cámara de ensayos.
En la cámara de ensayos se dispone de un sistema depulverización que permite la simulación de lluvia o nie-bla, con agua o con soluciones de distintas sales.Igualmente existe una lámpara UV para someter a radia-ción las probetas.
Por último, una unidad de muestreo y medida haceposible conocer las concentraciones de los diversos con-taminantes en el interior, así como la temperatura y la
Sección de preparación del aire
Secado PurificaciónHumificación
del aire
t
Cámara demezcla
tt
t
Adición deNOx
Adiciónde SO2
Otros gases
Lluvia
Cámara de ensayos
Radiación UV
Control de Tº, H.R y concentraciones
Unidad demuestreo y
medida
Introducción de contaminantes
38. Ensayo de ataque con atmósferas contaminantes
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humedad relativa. Utilizando analizadores en continuo yun sistema de control automático programable es posi-ble mantener las condiciones de consigna prefijadas enel interior de la cámara, además de realizar ciclos convariaciones en la temperatura (incluso por debajo de0 ºC), la humedad relativa, radiación UV o lluvia.
BiodeterioroIX
La aplicación de técnicas microanalíticas no destructi-vas y de diagnóstico son de gran utilidad para el estu-dio del estado de conservación del Patrimonio HistóricoArquitectónico. Distintos monumentos artísticos se vandeteriorando progresivamente debido a un triple ata-que: físico, químico y biológico. Aunque las alteracionesbiológicas son las menos conocidas, constituyen lacausa primaria de la destrucción de los materiales deconstrucción.
El biodeterioro de los materiales pétreos se produce porvarias causas. En primer lugar, por las condicionesambientales a las que están sometidos; en segundolugar, por los distintos tipos de organismos que coloni-zan o se asientan en dichos materiales; y, por último,por el propio tipo de sustrato (G. CANELA, M.P. NUGARIy O. SALVADORI, 1994).
En este apartado se pretende hacer una breve recopilaciónde los principales métodos y técnicas de análisis que seutilizan en los estudios de biodeterioro sobre bienesinmuebles. Desde el punto de vista de su estado deconservación, es necesario identificar qué tipo de alteraciónbiológica está sufriendo el inmueble y cuáles son los agentesde deterioro que la están ocasionando para, posteriormente,seleccionar los productos biocidas más adecuados para sucontrol. Por último, es necesario evaluar el comportamientode los diferentes productos y su interacción con losmateriales existentes de la obra en estudio.
Para la identificación de los distintos mecanismos y fac-tores de alteración se sigue una metodología de estudiodeterminada. Dependiendo de cuál sea la naturaleza delos organismos que se sospecha puedan ser responsa-bles de un fenómeno de bioalteración, será necesariollevar a cabo una serie de análisis que permita estable-cer si es así o no.
Los métodos utilizados por los diferentes autores sonvariados y no existe un criterio o protocolo básico al
que someterse. Cabe distinguir entre lo que podríamosllamar métodos directos de estimación de organismosy métodos indirectos, según se compruebe la presen-cia directa de los agentes bioalterantes o de sus pro-ductos metabólicos, actividad bioquímica, etc., respec-tivamente.
Para su estudio es necesario el empleo de métodos mor-fológicos y estructurales, los cuales implican varias téc-nicas de examen del material pétreo (ICR-CNR, Normal24/86). En una primera aproximación, se emplea laobservación visual; por otro lado, tras la toma de mues-tras, la observación con estereomicroscopio, aunque deescaso aumento, permite identificar los organismos pre-sentes; más adelante, con microscopio óptico, se puedereconocer la morfología y estructura celular de cadagrupo de organismos y microorganismos; y, por último,se puede observar la muestra con microscopio electró-nico de barrido, para la observación tridimensional delas células o de la superficie de la piedra, y con micros-copio electrónico de transmisión, para observar lascaracterísticas ultraestructurales de las células.
Objetivos
El análisis y la determinación de los organismos y micro-organismos responsables del biodeterioro deben serconsiderados como una contribución importante eimprescindible al estudio de tratamientos biocidas parala conservación. Estos análisis, por tanto, son útiles parael control del biodeterioro.
Los principales objetivos son, por tanto, y a grandesrasgos, la detección y el tratamiento de los distintosagentes biológicos que causan el deterioro de los mate-riales pétreos.
Así pues, en base a esto se establecen los siguientesfines:
* Estudiar los grupos de organismos que intervienen eneste proceso, indicando los principales mecanismos debiodeterioro de algas, líquenes, briofitos, plantas supe-riores y animales (aves).
* Recolectar, conservar e identificar dichos organismosy establecer un estudio de la sucesión de especies.
* Todo esto encaminado a la posterior elección de losproductos biocidas más adecuados para el control de
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estos organismos, mediante ensayos de eficacia (insitu) y ensayos de interacción biocida-organismo (enlaboratorio).
Campo de aplicación
Los mecanismos y aspectos morfológicos del biodeterio-ro son de diverso tipo. Por un lado, están los procesosfísicos o mecánicos (de disgregación o fracturación), losprocesos químicos (de descomposición) y, por último,los procesos estéticos.
Los estudios de biodeterioro se centran principalmenteen la caracterización e identificación de los distintosorganismos biológicos responsables de la alteración, elanálisis de su ecología y fisiología, el estudio de las alte-raciones que provocan, así como las propuestas de lasmedidas de control y/o erradicación más apropiadaspara cada caso en concreto.
Una amplia gama de organismos, desde bacterias aplantas superiores, interviene en los procesos de biode-terioro. La utilización de técnicas de microscopía electró-nica, microbiología, métodos de biología molecular uobservaciones in situ permite diagnosticar el tipo deorganismo implicado en el biodeterioro y proponer medi-das de control biológico.
Descripción de las técnicas y ensayos
Estudio biológico
Para el análisis y la determinación de los organismospresentes y responsables del biodeterioro se puede recu-rrir a métodos morfológicos, microbiológicos, bioquími-cos, histoquímicos y químicos.
La metodología de estudio a seguir dependerá de lanaturaleza de los organismos que en principio puedanser responsables de un fenómeno de bioalteración. Paraello se realiza una serie de análisis que permita recono-cerlos y relacionarlos con dicho fenómeno. Tras la tomade muestras, los estudios biológicos se llevan a cabomediante una serie de técnicas.
1) Toma de muestras
La toma de muestras se realiza en aquellas zonas dondese observan las alteraciones más importantes. La meto-dología que se sigue, el instrumental y los recipientes o
contenedores usados serán diferentes dependiendo deltipo de organismo que sospechamos está implicado enla alteración estudiada (Normal 3/80).
a) Microorganismos
La toma de muestra para los análisis microbiológicosdebe ser efectuada con distintas metodologías depen-diendo de la naturaleza del agente biológico que ocasio-na el deterioro: polvo superficial, costra, escamas, páti-na o película (figura 39).
Las muestras pueden ser tomadas con instrumentostales como bisturís, espátulas e hisopos, previamenteesterilizados, y colocadas en recipientes (placas de petrio probetas) también estériles. Cuando no es posible rea-lizar inmediatamente los análisis, las muestras recogi-das han de conservarse en un frigorífico a +4 ºC (tem-peratura que bloquea la reproducción microbiana sinque llegue a producirse la muerte).
b) Organismos botánicos
Con respecto al análisis botánico, los líquenes, musgos,hepáticas y plantas superiores no requieren técnicas decultivo para su identificación. La toma de muestra selleva a cabo en aquellos lugares donde es evidente laalteración del sustrato o en zonas próximas. La forma detomar la muestra depende del tipo de agente biológico,alteración y estructura de la obra (escultura, muro, relie-ve, etc.). Las muestras se toman rascando o haciendopalanca mediante un escalpelo o espátula y, en el casode plantas superiores, con una picola.
2) Métodos de estudios para la estimación directa deorganismos
a) Reconocimiento de visu
Cuando se trata de plantas superiores u organismos detamaño macroscópico se realizará su determinación asimple vista.
b) Microscopía
La microscopía es una técnica empleada principal-mente para evaluar la acción alterante de los organis-mos mediante el estudio de la interfase sustrato-organis-mo. Por otra parte permite establecer casi inmediata-mente el tipo y morfología de los organismos presentes.
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En el caso del análisis microbiológico, la colonia micro-biana que se ha desarrollado en el cultivo será poste-riormente estudiada al microscopio óptico y al micros-copio electrónico de barrido para una completa identifi-cación. Se observan las estructuras vegetativas y repro-ductivas de los microorganismos (cianobacterias, algasverdes, hongos).
La identificación de organismos botánicos puede serrealizada en el campo o en el laboratorio tras la toma demuestras, mediante observación al estereomicroscopioy/o al microscopio óptico. Normalmente se examinan eltalo y las estructuras reproductoras de líquenes y briofi-tos, mientras que para las plantas superiores se estu-dian los distintos elementos del cormo como hojas, flo-res y frutos.
Las técnicas microscópicas incluyen microscopía ópticao de luz y microscopía electrónica. En el primer caso, lasmuestras pueden ser observadas directamente en fres-co o pueden ser montadas, previa tinción o no, para suobservación.
La microscopía electrónica (Normal 8/81) requiere unaserie de pasos más o menos complicados previos a laobservación. Se obtienen aumentos mayores que losalcanzados por medio de sistemas ópticos que utilizanradiaciones luminosas como fuente de iluminación.Para ello se requiere una fuente radiante constituida porun haz de electrones a gran velocidad.
La microscopía electrónica de barrido en este casoimplica la preparación de las muestras biológicas demanera diferente a las muestras inorgánicas. En primerlugar, se procede a la fijación de las muestras en unasolución de glutaraldehído al 1% en tampón fosfato 0,01M. Después se realiza una post-fijación en tetraóxido deosmio (1%). Posteriormente, las muestras se deshidra-tan en varias series: en etanol (30-70%), se sumergenen acetona (70-100%) y se secan al punto crítico desecado. Por último se metalizan cubriéndolas de oro (X.ARIÑO Y COL., 1995).
c) Métodos de análisis microbiológico
Junto a la identificación de los organismos que estánpresentes sobre un sustrato (análisis cualitativo) esnecesario realizar, cuando sea posible, los análisis cuan-titativos. No es suficiente saber si un microorganismoestá presente o no, sino también en qué cantidad está
para determinar si juega un papel importante en el pro-ceso del biodeterioro.
Tras la toma de muestras mediante material para laidentificación de los microorganismos (bacterias, actinomicetos,algas y hongos), es indispensable realizar los cultivos pertinentessobre varios sustratos o medios de cultivo. Estos medios puedenser líquidos o solidificados con agar, y poseen diferentescomposiciones que contienen todas las sustancias nutritivasindispensables y favorables para el crecimiento de losmicroorganismos en estudio (Normal 9/88). Puede ocurrir quedurante la preparación de los cultivos y del aislamiento decultivos puros del microorganismo que debe ser identificado, seproduzca una contaminación. Por lo tanto es necesario esterilizarel medio de cultivo antes de usarlo y continuar toda la operaciónen asepsia.
Entre algunos métodos microbiológicos (GARCÍA YMARTÍN, 1996), podemos citar: el recuento del númerode unidades formadoras de colonias, cuyo fin es laidentificación y cuantificación de la microflora que sedesarrolla sobre la piedra, siendo, al menos en unprimer término, una determinación de poblacionescaracterizadas por sus funciones bioquímicas, en lugarde caracterización de especies; la obtención de cultivospuros, para lo cual se lleva a cabo en varios pasos sobremedios de cultivo de enriquecimiento, utilizando comoinoculo el tubo de mayor dilución y posterior siembra entubo con agar; técnica de impresión de placa con agar,usada para poner de manifiesto la distribución de losmicroorganismos en la superficie de la piedra; pruebasfisiológicas, ensayos microbiológicos para evidenciar lascaracterísticas fisiológicas y bioquímicas de losdiferentes microorganismos que crecen sobre la piedra;recuentos bacterianos en el aire que consiste en elanálisis de carga microbiana del aire, ya que la granparte de los microorganismos presentes en sustratospétreos proviene directamente del aire que les circunda,
39. Toma de muestras de algas
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sobre todo aquellos con una alta producción ydispersión de esporas; y, por último, la técnica de la ATPluminiscencia (STANLEY, 1989). Todas las célulasmicrobianas vivas contienen adenosin trifosfato (ATP)que puede ser extraído y por tanto analizado con laenzima catalizadora luciferin-luciferasa. La cantidad deluz generada por esta reacción enzimática puede sermedida y directamente relacionada con el extracto deATP y, por tanto, con el número de microorganismos.
d) Métodos de análisis botánico
En el caso de los líquenes, la toma de muestra se llevaa cabo mediante inventarios en zonas de distinta ecolo-gía. Se registran las características del área elegida, tipode sustrato, orientación, inclinación, así como las espe-cies que aparecen acompañadas de dos índices: abun-dancia/dominancia y sociabilidad. También se indica lafertilidad de cada taxón en el lugar inventariado. Esdecir, todos los datos útiles para su determinación y des-cripción dentro de cada una de las ecologías determina-das (GARCÍA ROWE y SÁIZ-JIMÉNEZ, 1991).
La presencia de los líquenes se manifiesta en forma depolvo y fragmentos (pulverulentos), en forma foliácea ocrustáceos y epilíticos o endolíticos (Normal 19/85). Seprocede a su determinación y descripción en el labora-torio, utilizando lupa binocular, microscopio óptico ybibliografía especializada adecuada.
Además de la observación de la morfología del talo y lasestructuras de reproducción sexual (mayoritariamenteapotecios), algunos géneros precisan algunas pruebasquímicas por lo que para su determinación se utilizanlos siguientes reactivos, indicando en cada caso si lareacción es positiva y el color:
K: Solución concentrada de KOH en aguaCl: Hipoclorito sódico en solución acuosa comercial(lejía concentrada)I: Solución de yodo en yoduro potásicoN: Ácido nítrico concentrado
Para ciertas especies es indispensable la observación dela morfología de las esporas, para lo cual se da un cortefino a la estructura reproductiva (figura 40). Dicho corteobservado al microscopio nos da información de lasesporas y sus caracteres taxonómicamente importantes,tales como el contorno, el color, presencia o ausencia detabiques, tamaño, etc. (figura 41).
En lo referente a las plantas vasculares, la toma demuestras se lleva a cabo en las distintas estacionesdel año. Para su determinación y descripción se utili-za bibliografía especializada. Se pueden realizar dostipos de estudio: estudio cualitativo (florístico), en quese efectúa solamente un listado de las especies pre-sentes en un área determinada, con consideracionesde tipo ecológico; y estudio cuali-cuantitativo (fitoso-ciológico), en cuyo caso se examinan datos ambienta-les (de la estación y del sustrato) y datos de la vegeta-ción que incluyen la composición florística, la cobertu-ra y las asociaciones de las especies presentes. Lainterpretación de las interrelaciones entre los organis-mos y el ambiente permite al analista definir el signi-ficado ecológico de las distintas asociaciones. Por últi-mo, debe tenerse en cuenta la relación entre la vege-tación y el sustrato, y la naturaleza de los mecanismosde deterioro.
Métodos de control biológico: estudios previoscon biocidas
El objetivo principal de los estudios de laboratorio es elde identificar los agentes responsables del biodeteriorode una obra de interés histórico-artístico para determi-nar posteriormente el método de intervención más idó-neo para su control.
En las obras de arte y monumentos de naturalezapétrea, los métodos de control químicos son los que seemplean más habitualmente. Tras la selección de losproductos biocidas más adecuados para la obra en estu-dio, se procede a la realización de una serie de estudiosprevios (SCHNABEL, 1991).
Por un lado, se realizan los estudios de eficacia biocidasobre las distintas especies: se prueba la eficacia de lostratamientos a lo largo del tiempo. Por otro lado, se estu-dia la posible interacción biocida-sustrato.
1) Estudios de eficacia biocida
a) Aplicación de los productos
Los productos empleados se disuelven en agua destila-da a unas concentraciones que pueden reproducir elefecto de tratamientos repetidos o tratamientos estacio-nales (NUGARI, PALLECHI y PINNA, 1993). Estos bioci-das se prueban in situ mediante aplicación sobre el sus-trato colonizado con pincel y, posteriormente, se realizan
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ensayos de laboratorio en los que la aplicación del pro-ducto se realiza por inmersión de la parte superficial dela piedra durante 5 minutos.
b) Métodos de análisis y resultados
La eficacia de los distintos tratamientos se estudiamediante observación directa de los organismos en dis-tintos intervalos de tiempo (figura 42) y mediante el usodel microscopio óptico y del microscopio electrónico debarrido (Normal 8/81). Se usan también el análisis digi-tal de imágenes, colorímetro, método de extracción declorofila (organismos fotosintéticos), etc.
Se puede observar un colapsamiento de las células enel caso de las algas y los líquenes tratados con los pro-ductos ensayados. También se puede analizar la interfa-se del organismo con el sustrato, previamente tratado, almicroscopio electrónico de barrido y realizar un estudiocomparativo entre muestras tratadas y no tratadas(ARIÑO y COL., 1995). Por último, se puede cuantificarel cambio de color producido por la eliminación de losorganismos tratados.
Sin embargo, por otro lado, es importante estudiar elefecto de estos productos sobre los materiales que com-ponen las estructuras sobre las que se aplican. Por lotanto, es necesario determinar el efecto de los tratamien-tos biocidas sobre los materiales de construcción utili-zando diversos ensayos y métodos de aplicación de losproductos (CANELA y COL, 1996).
2) Estudios de interacción biocida–sustrato
a) Aplicación de los productos
Los biocidas se aplican de distinta forma, por capilari-dad o inmersión, según el ensayo al que se sometan lasprobetas. Antes de aplicar los productos, se lavan lasmuestras con agua destilada y se secan a 60 ºC(Normal 11/85).
En la impregnación por capilaridad, las probetas se colo-can sobre papel de filtro impregnado en los productosdurante 24 horas. Las muestras así tratadas se usanpara determinar la alteración cromática y la absorciónde agua por capilaridad.
El procedimiento consiste en la impregnación por inmer-sión de las muestras durante 48 horas. Dichas muestras
40. Preparación de muestras para su observación al microscopio óptico
41. Líquen (Caloplaca sp.) observado al microscopio óptico: corte transversal de apo-tecio, 500X
42. Estudios previos de eficacia biocida: ensayo con tres algicidas más agua destilada
43. Estudios previos de interacción biocida-sustrato: absorción por capilaridad
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se observan al SEM para ver las posibles alteracionesproducidas.
b) Métodos de análisis y ensayos y resultados
Los ensayos que se llevan a cabo en las muestras de pie-dra antes y después de la aplicación de los biocidas son:absorción de agua por capilaridad, medida de la altera-ción cromática, observación al microscopio electrónicode barrido y ensayos de envejecimiento acelerado.
En la absorción de agua por capilaridad (Normal11/85), las medidas se realizan antes y después de laimpregnación (figura 43).
Respecto a la medida de la alteración cromática, el posi-ble cambio de color que se produce en las probetas trasel tratamiento biocida es cuantificado mediante un colorí-metro portátil. La medida del color se realiza en las mues-tras tratadas por capilaridad con los herbicidas.
Por su parte, la microscopía electrónica de barrido es muyvaliosa para el estudio de diversos mecanismos responsa-bles de la alteración de la piedra como: la formación y cre-cimiento de cristales en la superficie tras el tratamientobiocida; la corrosión, lavado o disolución de constituyen-tes minerales como consecuencia de las soluciones áci-
das; y el crecimiento sobre la piedra de organismos talescomo bacterias, algas, hongos y líquenes, con las corres-pondientes consecuencias físicas y químicas.
La principal ventaja de este método se basa en la posi-bilidad de realizar microanálisis, en una zona o puntopreviamente seleccionados, mediante un detector deespectrometría de energía dispersada (Normal 8/81).
Por último, tenemos el ensayo de alteración acelerada(SAMEÑO PUERTO, VILLEGAS SÁNCHEZ y GARCÍAROWE, 1996), (RILEM/; DIN 52104, DIN 52111, DIN52250; ASTM C-67, ASTM C-88, ASTM C-218, ASTM C-290, ASTM C-291; UNE 12370/99, UNE 12371/02,UNE 13919/03, UNE 14066/03, UNE 14147/04). Traslos estudios previos, una vez seleccionado el biocidamás adecuado en cuanto a eficacia sobre los organis-mos a eliminar y en cuanto a los resultados obtenidosde su no interferencia con el sustrato, se procede a rea-lizar una propuesta de tratamiento. Sin embargo, esnecesario tener en cuenta que el biodeterioro es un pro-ceso mucho más lento que el deterioro físico y químicode la piedra, por lo que en ocasiones la eliminación delos organismos presentes en la piedra puede ser perju-dicial para la propia estructura del edificio, puesto quedichos organismos retardan la erosión debida a agentesmeteorológicos.
Notas1Agradecimientos: este trabajo ha sido financiado por el proyecto MAT2003-
02723, del Ministerio de Ciencia y Tecnología, y por el Grupo de InvestigaciónRNM-179 de la Junta de Andalucía.
Notas sobre autoría de los textosITexto elaborado por Esther Ontiveros Ortega. Centro de Intervención del IAPH.
IIEste apartado ha sido elaborado por Manuel Alcalde Moreno, del departa-
mento de Ingeniería Química y Ambiental (Universidad de Sevilla) y AntonioMartín Pérez, del departamento de Química y Edafología (Universidad deNavarra).
IIIEl texto que sigue ha sido realizado por Miguel Ángel Bello López del depar-
tamento de Química Analítica (Universidad de Sevilla) y Antonio Martín Pérezdel departamento de Química y Edafología (Universidad de Navarra).
IVEduardo M. Sebastián Pardo, del departamento de Mineralogía y Petrología
(Universidad de Granada), es el autor del apartado que sigue.
VEste apartado es obra de Jesús Espinosa Gaitán del Centro de Intervención
del IAPH.
VITexto elaborado por Carlos Manuel Rodríguez Navarro, del departamento de
Mineralogía y Petrología (Universidad de Granada).
VIIEl apartado que sigue ha sido realizado por Esther Ontiveros Ortega, del
Centro de Intervención del IAPH, y Rosario Villegas Sánchez, del departamen-to de Ingeniería Química y Ambiental (Universidad de Sevilla).
VIIIEl siguiente apartado ha sido elaborado por Rosario Villegas Sánchez, del
departamento de Química Ambiental (Universidad de Sevilla).
IXMarta Sameño Puerto, del Centro de Intervención del IAPH, ha sido la
encargada de elaborar el apartado que sigue.
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. nº 4 Poro-size distribution (succion)
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Tests defining the properties connected withthe presence and the movement of water 195-227. nº 1 Saturation coefficient, S. nº 2 Coefficient of water vapour conductivity. nº 3 Water absorption under low pressure (Boxmethod). nº 4 Water absorption under low pressure (pipemethod). nº 5 Evaporation curve. nº 6 Water absorption coefficient. nº 8 Water drop absorption (a). nº 9 Water drop absorption (b)
Tests defining internal cohesion. nº 2 Determination of the dynamic modulus ofelasticity by pulse velocity . nº 3 The pull-out tests. nº 4 Ultimate tensile strength. nº 5 Ultimate compressive strength. nº 6 Ultimate bending strength
Tests to determine mechanical surface pro-perties . nº 1 Surface hardness measurement determinedby scratch withabrasion resistance
Durability tests. nº 1 Cristallisation test by total immersion
