PRC based methods

aplicación específica.

- Valor consolidante: restablecer la cohesión de los granos de la piedra alterada. Esta propiedad se determina mediante ensayos de resistencia a la tracción y compresión, de dureza superficial, etc., pero tiene el inconveniente que las muestras requeridas son de dimensiones elevadas, tanto que la mayoría de las veces no es posible extraerlas del monumento.

- Alterabilidad de la piedra consolidada: es función de muchos factores, tales como la alterabilidad de la piedra y consolidante, la compatibilidad entre ambos, el entorno ambiental, etc.

- Profundidad de penetración: esta propiedad mide la distancia que el producto de estudio sea capaz de introducirse en el interior de la piedra. Depende de propiedades como la viscosidad, el ángulo de contacto o la tensión superficial, a la que es directamente proporcional, siendo a las dos primeras

inversamente proporcional. Si la zona tratada se reduce a una fina capa superficial se producen dos fenómenos: una acumulación del consolidante que disminuye la porosidad dificultando el movimiento del agua, y un agrupamiento de sales en la interfase zona tratada/zona sin tratar debido a la evaporación del agua.

Los tratamientos se comportan de distinta forma según sea la naturaleza de los mismos. Los polímeros orgánicos son los que consiguen una menor penetración. Los polímeros orgánicos profundizan suficientemente si se aplican productos que polimerizan en el interior de la piedra. Por último, los organosilícicos se mantienen fluidos un tiempo suficiente para lograr una buena penetración y luego polimerizar completamente.

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

tratamiento de consolidación el sistema poroso del material, ya que éste puede aumentar o disminuir. La modificación de la porosidad implica la modificación de la alterabilidad del tipo de piedra; ésta se incrementa, aumentando por ejemplo, la proporción de poros de menor tamaño.

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

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

- Compatibilidad con la piedra: el comportamiento de un tratamiento

consolidante no debe ser causa de posteriores degradaciones del material pétreo; por ello, ha de existir compatibilidad tanto química como física.

La primera es necesaria para que no aparezcan productos que puedan reaccionar con los componentes de la piedra dañando la estructura de la misma.

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

tratamientos de consolidación a sillares pertenecientes a monumentos de interés histórico-artístico, es muy importante que no modifiquen el color y/o brillo de los mismos.

Los productos inorgánicos suelen provocar la aparición de manchas blancas en la superficie de la piedra; mientras que los orgánicos dan un aspecto brillante a la misma. Por otra parte, si no se aplican correctamente el material se vuelve muy vulnerable a los agentes ambientales, en especial a la radiación UV.

2. Características secundarias: son aquellas que están relacionadas con la correcta aplicación en casos particulares. Así, se pueden distinguir:

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

toxicidad, presión de vapor, inflamabilidad, etc.

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

estar limpia y seca), la impregnación (ha de ser lo más completa posible) y el curado durante el cual tienen lugar la evaporación del solvente y la polimerización. En esta última fase es necesario evitar la emigración hacia la superficie del consolidante, objetivo que se logra si las velocidades de evaporación y polimerización guardan una relación apropiada.

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

presencia de gases contaminantes y su concentración, la exposición a la radiación, etc.

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

2.2.2.3.- Consolidantes inorgánicos

Los consolidantes inorgánicos tienen naturaleza semejante a los constituyentes de las piedras. En un principio, este hecho, conduce considerarlos como los más adecuados para la reconstrucción, en una línea de actuación que trataría de devolver a la roca alterada su apariencia y estructura original usando productos con los mismos componentes que la piedra en cuestión.

La cristalización de consolidantes inorgánicos en los poros del material se utiliza para aumentar la cohesión entre los granos y las propiedades mecánicas.

Entre las principales ventajas que presentan estos tratamientos se encuentran: mayor duración de sus propiedades consolidantes y mayor inercia frente a la radiación ultravioleta. Entre los inconvenientes, es importante destacar: mayor fragilidad y menor elasticidad, penetraciones poco profundas, poca mejora de las características mecánicas frente a las que aportan otros productos, protección futura de la piedra incierta ante los agente agresivos ya que si éstos consiguen degradarla de forma importante, también afectarán mucho a compuestos que le sean similares y por último, cambios de color en las superficies tratadas originados muchas veces por la formación de sales solubles.

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

la consolidación de piedras calizas o areniscas calcáreas, ya que al reaccionar con el carbonato cálcico consiguen un efecto doble consolidante: la formación de un ácido silícico polimérico, que actúa como cementante y fluoruros poco solubles, que resisten la acción de los ácidos.

Con el ácido fluosilícico y los fluosilicatos se obtienen fluoruro cálcico y sílice, pero se forma una costra muy fina y de distinta composición que el sustrato, que normalmente termina desprendiéndose.

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

consolidante es el carbonato cálcico que se forma por reacción con el anhídrido carbónico atmosférico. Los principales inconvenientes que se presenta son: la dificultad para alcanzar una buena penetración del carbonato y una conversión completa del hidróxido y la baja solubilidad en agua lo que obliga a varias aplicaciones para conseguir suficiente cantidad de carbonato cálcico. El procedimiento Baker que se basa en varias lechadas de cal y se consigue una mejor penetración del hidróxido.

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

alcalinotérreos pero con un matiz importante, los carbonatos que se forman son menos solubles que el cálcico y, por tanto, más resistentes a la alteración.

Existen diferentes opiniones sobre el efecto de este compuesto. Según Lewis, el compuesto parece ser adecuado para piedras calizas, porosas y de color blanco. Aunque otros investigadores dudan que el efecto consolidante sea duradero al ser un precipitado demasiado voluminoso para alojarse en los huecos de las rocas.

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

principal problema es la formación de sales solubles como subproducto y la escasa penetración. Suelen utilizarse para la consolidación de piedras silíceas.

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

2.2.2.4.- Consolidantes organosilícicos

La acción consolidante consiste en la formación de una estructura reticular semejante a la de la sílice. La retícula formada se basa en moléculas del tipo:

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

- CnHm alquilo

En primer lugar fueron usados en el tratamiento de piedras silíceas, y debido al resultado favorable obtenido la aplicación se ha extendido a materiales calizos, con buenos resultados.

El nombre técnico de estos productos es alquilalcoxisilanos SiRn(OR)4-n y el de alcoxisilanos Si(OR)4, teniendo ambos enlaces O-C fácilmente hidrolizables. Estos productos pueden utilizarse en forma de monómeros de los tipos anteriores o de material parcial o totalmente polimerizado.

El proceso de polimerización, en el interior de los poros, comienza por la hidrólisis del grupo alcoxi (cuando se utilizan monómeros):

que continúa hasta que todos los grupos alcoxi han reaccionado.

Los grupos alquilo permanecen sin reaccionar y son los que caracterizan el tipo de polímero formado:

Si se parte de un tetraalcoxisilano se obtiene una estructura análoga a la de la sílice y tiene, únicamente, efecto consolidante

Si se parte de un alquiltrialcoxisilano queda una polímero tridimensional con grupos orgánicos, por lo que tiene propiedades consolidantes e hidrófugas.

Si se parte de un dialquildialcoxisilano resulta un polímero lineal con dos grupos orgánicos en cada átomo de silicio, por lo que tiene sólo efecto hidrófugo.

Los reactantes suelen ser polímeros de polímeros de cadenas más o menos larga. Las cadenas largas suelen ser muy pesadas por ello, suelen ir acompañados de solventes que proporcionan menor viscosidad y así favorecer la penetración en los poros y de catalizadores, que activen el proceso de polimerización.

Los catalizadores pueden ser ácidos o básicos:

1. Entre los ácidos destacan el ácido fosfórico, que precipita la sílice rápidamente, y los ácidos clorhídricos, sulfúricos y nítricos, que lo hacen más lentamente.

2. Los hidróxidos con los catalizadores básicos más importantes, en especial sódico, potásico y amónico, que provocan una precipitación inmediata de la sílice, y las bases orgánicas que dan a la reacción una velocidad más moderada.

Las condiciones ambientes (temperatura y humedad) son muy importantes en la polimerización debido a que esta etapa va precedida por una de hidrólisis. Mediante

experimentación se ha determinado que la velocidad de polimerización se ve favorecida por temperaturas y humedades relativas altas.

La técnica de aplicación también influye en la eficacia del tratamiento (6). Así, la pulverización del producto sólo se aplicará a probetas muy porosas pues da bajas profundidades de penetración; ésta puede mejorarse con la aplicación mediante brocha.

La impregnación por capilaridad-inmersión se aplicará a obras de tamaño pequeño. En rocas poco porosas puede ser necesaria la impregnación a vacío.

Los consolidantes órgano-silícicos mejoran las propiedades mecánicas y el movimiento del agua en interior de las piedras. Sin embargo, alteran ligeramente el color, lo que suele ir atenuándose con el tiempo, y en contacto con el agua, las dilataciones son aún mayores que las de la piedra, apareciendo tensiones.

Como ejemplo de este tipo de productos podemos citar los siguientes: Tegovakon V (Silicato de etilo), Tegovakon T (Silicato de etilo + Metiltrietoxisilano), Consolidante OH (Silicato de etilo), Consolidante H (Silicato de etilo + Metiltrietoxisilano), Rhodorsil X 54802 (Metiltrimetoxisilano), Rhodorsil 10336 (Alquilarilpolisiloxano), Motema 28 (Silicato de etilo).

2.2.2.5.- Consolidantes orgánicos

Los consolidantes orgánicos pueden ser de origen natural, si bien son los compuestos sintéticos los más empleados. Prácticamente todos estos productos tienen, además de su carácter consolidante, efecto hidrófugo, debido a su composición orgánica. Pueden aplicarse en forma de polímeros, disueltos en un diluyente apropiado, o en forma de monómeros, líquidos o disueltos, que después polimericen en el interior de la piedra.

Los principales inconvenientes de la consolidación con productos orgánicos son la penetración debido al gran tamaño de sus moléculas que obliga a diluir el producto en concentraciones mas bajas con algún solvente; y la resistencia a la radiación solar y en especial a los rayos UV, que provocan cambios en la coloración, perdida de propiedades mecánicas, etc.

La penetración de un producto líquido viene condicionada por su viscosidad; las macromoléculas de un polímero, de elevada viscosidad, tienen una penetración pequeña si no se diluyen a concentraciones muy bajas. Por otra parte, la evaporación del solvente en la superficie de la piedra provoca la migración de la solución desde el interior hacia la superficie, con el resultado de que el polímero se deposita en una zona muy estrecha.

Los problemas relacionados con la penetración se reducen si se utilizan monómeros y se polimerizan en el interior de la piedra. Sin embargo, aparecen otros debidos a las dificultades para que esta polimerización se produzca correctamente en el interior de la piedra.

El efecto de la radiación ultravioleta depende de los enlaces sobre los que actúa; prácticamente todos los polímeros orgánicos absorben radiación, pero las resinas epoxi se alteran con mayor rapidez y en mayor medida.

Los distintos tipos de productos pertenecen a los siguientes grupos:

- Ceras. Las ceras naturales se encuentran entre los primeros productos empleados para proteger la piedra. Las sintéticas son derivados del petróleo y destaca especialmente la microcristalina. Tienen muy buenas propiedades hidrófugas y consolidantes, consiguiendo por ejemplo, la inmovilización de las sales solubles; pueden aplicarse fundidas o disueltas, y su principal inconveniente es el ablandamiento a altas temperaturas y la retención de polvo en este caso.

- Polímeros acrílicos. Son termoplásticos que presentan excelentes propiedades ópticas (transparencia) y gran resistencia a la acción de los agentes atmosféricos. Los monómeros más utilizados son derivados de los ácidos metacrílico y acrílico, produciéndose los polimetacrilatos o los poliacrilatos. En los productos comerciales son muy frecuentes las mezclas de distintos monómeros. También se emplean en combinación con los productos organosilícicos, dando polímeros acrilsilicónicos. Estos productos presentan grandes ventajas como: una buena adherencia dada por el grupo éster, su reversibilidad ya que por aplicación de calor puede invertirse el proceso de polimerización con la posibilidad de eliminar el tratamiento mediante la aplicación de disolventes, su resistencia a los agentes químicos y microbiológicos y su buena acción consolidante sin alterar la apariencia externa de la piedra. Un ejemplo de producto comercial de este tipo es el Acrisil.

- Resinas epoxi. El principal campo de aplicación es como adhesivos y morteros. Son polímeros líquidos o sólidos que reaccionando con un agente de curado dan

los agentes atmosféricos, debido al grupo éter, y propiedades adhesivas, suministradas por el grupo hidroxilo.

o El principal inconveniente que presentan las resinas epoxi es la gran viscosidad, lo que obliga a la utilización de un solvente (normalmente cetonas, mezclas de alcoholes e hidrocarburos aromáticos o resinas epoxi de bajo peso molecular, para lograr penetraciones adecuadas). Estos diluyentes pueden influir negativamente en alguna de las propiedades finales del polímero. Además estos productos son muy sensibles a la radiación ultravioleta que les produce cambio de color y pérdida de las propiedades mecánicas y de hidrofugación.

- Resinas de estireno poliéster. Son copolímeros formados por la combinación de varios monómeros, que se aplican disueltos y con un catalizador. Son líquidos con una viscosidad muy elevada por ello es necesario añadir un compuesto capaz de rebajar la viscosidad y de permitir el enlazamiento entre cadenas dando lugar al plástico termoestable. Este producto es el estireno. La experimentación ha permitido conocer que estos compuestos presentan un buen comportamiento mecánico y una considerable disminución de la porosidad accesible al agua, que da lugar a una costra que se desprende fácilmente. Si bien son resistentes a los ácidos y a los hidrocarburos, la radiación ultravioleta los afecta en mayor medida que a las resinas epoxi.

- Otros grupos de consolidantes orgánicos son los polímeros vinílicos, poliuretanos, nylon, resinas fluoradas, etc. Como ejemplo de este tipo de productos podemos citar los siguientes: Paraloid B72 (Metilacrilato+ etilmetacrilato), Paraloid B44 (Metilacrilato+etilacrilato), Araldit PZ 820 (Derivado de Bisfenol), Isostar C (Poliuretano), Mowilith (Acetato de vinilo), Stratyl A 228 (Estireno poliéster).

2.2.3.- Hidrofugacion

2.2.3.1.- Consideraciones generales

La hidrofugación se basa en la aplicación de un tratamiento que impida la entrada de agua líquida en la piedra pero que permita la salida del agua en forma de vapor, es decir, que mantenga la "respiración" del material. Este tipo de tratamiento debe utilizarse siempre que el agua sea un factor de alteración importante y complementándolo con medidas que impidan la entrada de agua por otros frentes: resane de cornisas, canalizaciones de los desagües de las cubiertas, etc.

La humedad es un factor esencial en el proceso de deterioro de los materiales de construcción. Los hidrófugos son productos incoloros utilizados para reducir la absorción superficial de agua de los materiales, sin afectar sensiblemente a su aspecto.

La entrada de agua líquida se produce normalmente por la superficie, la penetración de estos tratamientos puede no ser muy grande, aunque sí es conveniente que no se limite a una fina capa superficial. La alterabilidad frente a los agentes atmosféricos es muy importante, ya que deben permanecer eficaces en la superficie de la piedra, y sin afectar al aspecto de la misma.

Esta protección puede conseguirse por medio de:

2. Creación de una película más o menos adherida a la superficie del material, con productos filmógenos o semifilmógenos, la cual aísla a la piedra de los agentes agresivos presentes en el medio ambiente. Por tratarse de un tratamiento superficial sólo en casos contados se podría lograr el aislamiento de todas las caras del material, de forma que los agentes agresivos tendrían la posibilidad de acceder a su interior con el problema adicional de que no podrían salir. Como en el caso anterior, sólo es aplicable a objetos pequeños, y también un fallo en la película puede tener efectos contraproducentes.

3. Disminución de la energía superficial del soporte; el agua no moja al sustrato al aumentar su ángulo de contacto. Se permite la respiración del material y el intercambio de vapor de agua con el ambiente. Si el agua líquida accede al interior del material por una superficie no tratada puede volver al exterior en forma de vapor.

2.2.3.2.- Características de los hidrófugos

Un tratamiento hidrófugo debe reunir las siguientes características:

a) Impermeabilidad al agua líquida.

b) Permeabilidad al agua vapor, de forma que si el agua consigue penetrar pueda evaporarse de la piedra y el material no permanezca mojado durante mucho tiempo.

c) Estabilidad frente a los agentes de alteración y frente a la radiación ultravioleta. d) Reversibilidad o posibilidad de aplicar un nuevo tratamiento encima.

e) Buena adhesión al material para que no pueda ser eliminado por la lluvia. f) Suficiente profundidad de penetración.

Las moléculas hidrófugas deben tener un lado carácter hidrofílico por el que se adhieren a la piedra y por otro lado hidrofóbico que repela la humedad. De esta manera, se forma una red de moléculas que recubren los granos del material pero sin obturar los poros y capilares.

2.2.3.3.- Siliconatos

Son compuestos basados en monómeros del tipo:

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

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

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

La polimerización es bastante lenta y sólo se produce bien en materiales muy porosos. Tienen el inconveniente de la formación de carbonatos alcalinos, muy solubles.

Los siliconatos mas utilizados son los de potasio, por ser muy resistentes a las heladas y porque en su transformación producen carbonatos potásicos, menos perjudiciales para la roca que los sódicos

2.2.3.4.- Productos organosilícicos

Pertenecen al mismo grupo de los vistos como consolidantes. Son compuestos basados en monómeros en los cuales existen radicales alquilo. Gracias a su baja viscosidad, forman en los poros del material películas muy finas caracterizadas por su gran hidrofobicidad, duración y resistencia a los agentes atmosféricos, la luz, los productos químicos, microorganismos y variaciones de elevada temperatura. Suelen ser compuestos con doble comportamiento, hidrófugo y consolidante.

2.2.3.5.- Productos organometálicos

Son sales de ácidos grasos superiores y de iones metálicos, fundamentalmente sodio, potasio, magnesio, cinc y aluminio. Se han utilizado para el tratamiento de edificios modernos, pero su aplicación a monumentos es escasa. El más empleado es