Propiedades de las Rocasde Construcción y Ornamentación Las rocas, y otros materiales pétreos artificiales utilizados en la construcción, son sustancias heterogéneas caracterizadas por amplios rangos de variación composicional, textural y estructural. Esta variabilidad hace que las propiedades de los materiales, que son las que dictan sus campos de aplicación, sean también variables. Así, la adecuación de un material para un propósito concreto, tanto desde el punto de vista constructivo-ornamental como restaurador, debe basarse en determinadas propiedades que deben, a su vez, ser fácilmente medibles en el laboratorio. Las propiedades de los materiales se clasifican generalmente como físicas, químicas y mecánicas, aunque en el campo de la construcción/ornamentación/restauración también pueden incluirse las propiedades relacionadas con su trabajabilidad. Es evidente que la lista de propiedades que pueden medirse en un material es muy extensa. Por ello en este tema se presentan aquellas que tienen más relevancia desde el punto de vista que nos atañe. Dentro de las propiedades físicas se incluyen densidad, porosidad, permeabilidad a líquidos y gases, capacidad calorífica, conductividad y expansión térmicas, etc. Entre las propiedades químicas pueden incluirse la resistencia a soluciones ácidas y alcalinas, y a las reacciones inducidas por la presencia de sales. Las propiedades mecánicas incluyen la resistencia a la compresión, tensión, flexión e impacto y penetración por otro cuerpo y por otras acciones que involucran la generación de fuerzas, como la cristalización de hielo y sales en el interior del sistema poroso de los materiales y los cambios volumétricos de los mismos debidos a cambios de temperatura. Estas propiedades, que en última instancia resultan de la composición química y mineralógica de los materiales, de su textura y de su estructura, permiten caracterizar la resistencia de los materiales a los agentes de deterioro. Esto último gobierna la vida útil del material, que a fin de cuentas es equivalente a la vida útil de las partes del edificio construidas con el mismo y, para determinados elementos constructivos, del edificio mismo. Una misma propiedad de un material puede medirse en distintos aparatos, bajo distintas condiciones experimentales y utilizando probetas de muestra de distintas dimensiones y formas. Esto supone generalmente obtener resultados distintos para una misma propiedad, por lo que éstas deben medirse siguiendo normativas que aseguren que los datos obtenidos son comparables con los obtenidos en otros laboratorios. Entre estas normas cabe mencionar las de la Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales (American Society for Testing Materials, o ASTM), las de grupo italiano para la Normativa de Productos Pétreos (Normativa Manuffati Lapidei, o NORMAL) del Consiglio Nazionale delle Ricerche-Istituto Centrale per il Restauro (CNRICR) y las de la Reunión Internacional de Laboratorios de Ensayos de Materiales (RILEM), incluyendo las de la Comisión 25 para la Protección y Erosión de los Monumentos (25 Protection and Erosion des Monuments, o PEM) de la RILEM. 1.PROPIEDADES FISICAS 1.1.ISOTROPÍA Y ANISOTROPÍA Estos conceptos se utilizan para calificar el comportamiento de los materiales respecto de las direcciones del espacio. Así, un material es isótropo respecto de una propiedad determinada cuando esa propiedad no varia al variar la dirección en la que se mida la propiedad. En este caso, se dice que la propiedad es escalar. Por el contrario, un material es anisótropo cuando la propiedad varía según la dirección considerada. En este caso, la propiedad es vectorial. 1.2.DENSIDAD Y PESO ESPECIFICO (ASTM 12-70) Tanto la densidad como el peso específico son propiedades que no dependen de la dirección de medida, esto es, son propiedades escalares Aunque se utilizan indistintamente, los términos de densidad y peso específico no son idénticos. La densidad es la relación entre la masa y el volumen de la sustancia, midiéndose en unidades de masa/unidades de volumen (e.g., g/cc). El peso específico es la relación numérica entre el peso de un cuerpo y el peso de igual volumen de agua a 4°C, esto es la relación entre las densidades del cuerpo y la del agua. Esta propiedad es adimensional (no se expresa en términos de unidades determinadas) ya que es la relación entre dos cantidades con la misma dimensión. Dado que el volumen del agua varía con la temperatura, se toma como referencia la densidad del agua a 4°C. Densidad = masa/volumen (gr/cc) Peso específico = Densidad cuerpo/Densidad agua a 4°C En los minerales, ambas magnitudes son función de la estructura cristalina y la composición del mineral, así como de la temperatura y presión, ya que los cambios de estos factores provocan contracciones (descenso de T y/o aumentos de P) o expansiones (aumento de T y/o descenso de P) de las estructuras. Los cambios de estructura afectan a estas magnitudes; así por ejemplo, la calcita presenta un peso específico de 2.72 y el aragonito 2.94, y el cuarzo- 2.65 y el cuarzo- 2.40. La composición también afecta en el caso de los minerales solución sólida; así por ejemplo, el peso específico del olivino aumenta a medida que los átomos de Fe (más pesados) sustituyen a los de Mg (más ligeros), pasando de 3.22 para el Mg 2[SiO4] (forsterita pura) a 4.41 para el Fe2[SiO4] (fayalita pura). Cuando se consideran otro tipo de sustancias (por ejemplo, rocas), la densidad o densidad real se define como la masa por unidad de volumen de una sustancia, esto es la razón entre la masa en reposo y su volumen, considerando sólo la parte impermeable (esto es, excluyendo el volumen ocupado por los poros): donde: es la densidad (kg/m3) M es la masa (kg) de la sustancia y V es el volumen (m3) de la parte impermeable de la sustancia. La densidad de algunos materiales de construcción se presenta en la Tabla 1. Tabla 1. Densidad (kg/m3) de algunos materiales de construcción (de Komar, 1987). Acero 7800-7900 Cemento Portland 2900-3100 Granito 2700-2800 Arena cuarzosa 2600-2700 Ladrillo 2500-2800 Vidrio 2500-3000 Caliza 2400-2600 Madera 1500-1600 La densidad global (a veces también denominada densidad aparente) es la masa por unidad de volumen de un material en su estado natural, incluyendo poros y todo tipo de espacios abiertos: donde: o es la densidad global del material (kg/m3) M1 es la masa global (kg) del material y V1 es el volumen global (m3) del material. La densidad global de los materiales depende de su porosidad y contenido de espacios abiertos. Materiales sueltos como arena, piedra molida y cementos se caracterizan por su masa global. El volumen de estos materiales incluye tanto los poros y espacios abiertos existentes dentrode los granos como entre los granos. La densidad global de los materiales condiciona en gran medida sus propiedades fisicomecánicas, tales como resistencia a la compresión y conductividad térmica, que a su vez son cruciales para cálculo de estructuras y diseño de edificios. Evidentemente, la densidad global de los materiales es fuertemente variable (Tabla 2). El peso específico o peso específico verdadero de una sustancia es la razón entre la masa de una unidad de volumen de la sustancia y la masa de la misma unidad de volumen de agua destilada. Para los sólidos, el volumen considerado es el 0001 mm Existen distintos conceptos de porosidad.0 Arenisca 2000-2600 5.5 Pizarra 2600-2700 0.1-1. incluyendo los poros.2 Riolita 2400-2600 4.e. Los poros son pequeños espacios abiertos existentes en los materiales rellenos por soluciones acuosas y/o gaseosas (e.de la parte impermeable. y ser grandes o pequeños.0 Cuarcita 2650 0.5-1.0 Gneiss 2900-3000 0.0-5.5 Mármol 2600-2700 0.5 Hormigón pesado 1800-2500 Hormigón ligero 500-1800 Ladrillo 1600-1800 Arena 1450-1650 Plástico poroso 20-100 1.0 Lutita 2000-2400 10..3.0001 mm Microcapilares:_________ <0. Densidad global (kg/m3) y porosidad (%) de rocas y materiales de construcción (de Winkler. intercomunicados) o cerrados.0 Basalto 2800-2900 0.g.POROSIDAD La porosidad de un material es el volumen de espacios abiertos que contiene relativo a su volumen total.0-6. 1987) Densidad global Porosidad Acero 7800-7850 Granito 2600-2800 0.1-0. La porosidad teórica viene dada por la ecuación: donde: P es la porosidad total (%) Vp (m3) es el volumen de poros .0-20.5 Gabro 3000-3100 0. Tabla 2. 1973 y Komar. aunque considera el volumen total del cuerpo.5-2..0-25.062 mm Macrocapilares:_________ 0.062-0. Esto controla en gran parte su durabilidad.0 Dolomia 2500-2600 1.1-0.0 Caliza 2200-2600 5.0-30. El tamaño de poro medio y el grado de intercomunicación entre los poros determinan el tipo y grado de movimiento de soluciones líquidas y gaseosas por el interior de los materiales. aire). Los poros pueden clasificarse en función de su tamaño en: Megaporos:_____________ 256-0. El peso específico global se define de manera similar. Los poros pueden estar abiertos (i.15-1.1-0. la expresión anterior queda: donde: P es la porosidad total (%) o es la densidad global del material (kg/m3) y es la densidad real de la sustancia (kg/m3). sino la porosidad media (%) comprendida entre un determinado rango de tamaño de poro. medido en términos de radio o diámetro de poro.Vsólidos (m3) es el volumen agregado de las partículas sólidas y Vo (m3) es el volumen total de la muestra. aunque es común que sean pequeñas. por lo que no se obtiene información sobre la porosidad debida a megaporos. En general. Las dimensiones de las probetas de muestra medidas en el porosímetro de Hg dependen del aparato utilizado. que en algunas rocas sedimentarias y materiales de construcción como morteros puede ser muy elevada. y que la masa del material poroso es idéntica a la masa de la sustancia (sin poros) si los poros están ocupados por vacío. asumiéndola libre de poros. La porosidad total efectiva es la porosidad medible mediante intrusión de mercurio hasta una presión forzada de 1000 atmósferas. Por ello se recurre a otro tipo de mediciones. Teniendo en cuenta que la relación entre masa. aunque se puede llegar hasta varios miles de atmósferas: donde: Pt es la porosidad total efectiva (%) Vp (m3) es el volumen de mercurio intuido y Vo (m3) es el volumen de la muestra seca. La densidad de la sustancia libre de poros es difícil de estimar. volumen y densidad. Mediante la técnica de intrusión forzada de mercurio puede estimarse no sólo la porosidad total efectiva. Para asegurar que los análisis sean representativos. de unos mm de diámetro. pueden seguirse las recomendaciones del Documento NORMAL 4/80. los aparatos (porosímetros de Hg) más comunes permiten evaluar los porcentajes de radios de poro menores de 1 mm de los materiales. . saturado y saturado por pesada hidrostática (i. .e. que define la porosidad abierta o accesible al agua. Al contrario que la porosidad total efectiva medida por intrusión forzada.. calculándose la porosidad a partir de la masa del material seco.Otra medida de la porosidad se puede obtener mediante pesada hidrostática. peso de la muestra saturada inmersa en un recipiente con agua) mediante la expresión: donde: no es la porosidad abierta (%) Ms (kg) es el peso medido en saturación Mo (kg) es el peso seco de la muestra. El material se sumerge en agua (u otro líquido de densidad conocida) hasta su saturación (ver más adelante). Las dimensiones de las probetas de muestra son las mismas que las utilizadas para estimar la saturación de agua. y Mh (kg) es el peso de la muestra saturada medida por pesada hidrostática. la porosidad abierta da información sobre la porosidad debida a los poros más gruesos por los que el agua puede circular. No obstante. no se pueden extraer valores de porosidad media para distintos rangos de tamaño de poro. ADSORCION Y ABSORCION DE AGUA Estas propiedades se relacionan con la movilidad de vapor de agua o agua líquida en los materiales.. pero con poros más finos (capilares) son más .. incluyendo la de los poros y canales capilares. Porosidad total por intrusión de Hg y distribución de la porosidad en función del radio de poro (% volumen absoluto y acumulado) en biocalcarenita y mortero de cal de San Jerónimo. Los materiales con idéntica porosidad total. sustancias hidrófobas). 1. las superficies de algunas sustancias compuestas por átomos con enlaces iónicos atraen al agua (i.e. La higroscopicidad está controlada por la temperatura y humedad relativa del aire.4. sustancias hidrófilas) mientras que las superficies de otros compuestos por átomos con enlaces covalentes la repelen (i. 1998). mientras que las hidrófobas no.Figura 1. resistiendo la acción de los medios acuosos.. este último control se debe a la existencia o no de cargas residuales no compensadas en las superficies de las sustancias. esto es con la permeabilidad del medio a estas sustancias: Adsorción es la adhesión de moléculas de gases o de moléculas en solución a las superficies de los cuerpos sólidos con los que están en contacto. Absorción es la incorporación o asimilación de líquidos en el interior del sistema poroso del material. Así. su número y tamaño. y por la naturaleza de la sustancia implicada. La succión de agua es la propiedad de los materiales de absorber agua líquida en contacto con los mismos.e. por los tipos de poros. Debido a la naturaleza polar del agua. La higroscopicidad es la propiedad de los materiales de adsorber vapor de agua de la atmósfera.e. Granada (de Fernández-Cardell. i. la higroscopicidad de un material depende del área superficial expuesta. Las sustancias hidrófilas tienen a disolverse en agua. A igualdad de otros factores. La técnica es muy sencilla. a tiempos parciales. La saturación en agua afecta de forma sustancial a otras propiedades físicas y mecánicas de los materiales. tales como densidad global. por lo que su medida es importante.higroscópicos que los que presentan poros grandes. La succión de agua en el interior de los sistemas porosos de los materiales incluye también la higroscopicidad. Las recomendaciones del Documento NORMAL 7/81 indican utilizar probetas cúbicas de 5x5x5 cm. lo cual es debido a que los primeros presentan mayor superficie específica. Adsorción de moléculas agua (polares) por partículas hidrófilas (con cargas electrostáticas residuales en su superficie) durante ciclos de mojado y secado. y medir el incremento de masa de las probetas en esos tiempos. Figura 2. conductividad térmica y resistencia mecánica. y se basa en sumergir una probeta de muestra completamente en agua. Los incrementos de masa permiten calcular la cantidad de agua absorbida: donde: Wt (%) es el contenido de agua absorbida en el tiempo t (s) Mt (kg) es el peso medido en el tiempo t (s) y Mo (kg) es el peso seco de la muestra . ). tendiendo al vacío.max). el porcentaje de peso de agua para el tiempo t. aunque si la muestra se encuentra saturada en agua. la cantidad de agua absorbida es siempre menor que la porosidad total del material ya que parte de los poros se encuentran cerrados. Si las condiciones ambientales cambian. i. de la naturaleza del material y de la naturaleza de la porosidad (sustancias hidrorepelentes con poros grandes tienden a eliminar más rápidamente la humedad). y del tamaño y forma de los poros. Estos datos permiten construir curvas Wt-t (generalmente.5. La tasa de desorción o secado depende de la diferencia entre la humedad del material y la del medio ambiente (a mayor diferencia. Esta normalización se lleva a cabo respecto del porcentaje en peso de agua bajo saturación forzada. La cantidad de agua retenida es función de las condiciones ambientas (temperatura y humedad relativa). es inverso al de absorción. y esta puede variar entre distintos materiales. y persigue evaluar la facilidad de los materiales para eliminar el agua absorbida en el interior de su sistema poroso. Esta normalización permite obtener el grado de saturación en función del tiempo: donde: St es el grado de saturación (%) Wt (%) es el porcentaje de peso de agua en el tiempo t (s) y Ws (%) es el porcentaje en peso de agua bajo la saturación forzada. el tiempo se expresa como que caracterizan el comportamiento del material. Así. recalculando el incremento de masa en los distintos tiempos respecto de la cantidad máxima de agua absorbida (Wt. esto es.DESORCION DE AGUA Los materiales localizados en contacto con el aire retienen cierta cantidad de humedad. soluciones salinas). así como de la naturaleza de las sustancias (hidrófilas o hidrófobas) y de la composición de la solución acuosa (agua pura vs. Las pérdidas de masa permiten calcular la cantidad de agua desorbida: . y se basa en medir las pérdidas de masa. La absorción de agua es función de la porosidad total.Por lo tanto. a tiempos parciales. descendiendo la humedad relativa. La técnica de medición de la desorción de agua es similar a la de saturación de agua. Wt representa incrementos de masa en % relativos al material seco. por ejemplo. Este ensayo debe realizarse en un ambiente con temperatura (20 ºC) y humedad relativa (60 %) constantes para asegurar la comparación de muestras distintas. 1. el material tiende a ceder vapor de agua al medio aéreo. secándose. se recurre a una normalización ulterior para comparar materiales de porosidad variada. esto es.e. mayor tasa de secado).. bajo condiciones de presión mucho menores de la atmosférica. Este proceso de desorción de agua es inverso al de adsorción. respecto del peso de la muestra saturada en agua. Dado que los porcentajes de agua absorbida son proporcionales a la porosidad del material. aislados del medio exterior y no accesibles al agua. El ensayo se realiza con el mismo material utilizado en el de saturación. En consecuencia. se calcula el grado de saturación en función del tiempo con el fin de comparar muestras de porosidad muy variada: donde: Se (%) es el grado de saturación We es el porcentaje de peso de agua en el tiempo t (seg) y Ws es el porcentaje en peso de agua bajo la saturación forzada. Estas fuerzas se denominan de tensión superficial. Ensayos de ciclos de secado-mojado durante largos periodos de tiempo permiten calificar la resistencia al deterioro por esta causa. es debido a la existencias de fuerzas en la superficie de las sustancias sólida (e. La conjunción de estas fuerzas hace que las gotas de un líquido depositadas sobre la superficie de un material sólido presenten ángulos de contacto sólido-líquido variados en función de la naturaleza de los sólidos y líquidos. ciclos continuados a escala diaria y estacional de mojado-secado inducen esfuerzos alternantes en el material que.. We representa pérdidas de masa en % relativos al material saturado. estos datos permiten construir curvas We-t (generalmente. cuyo aglomerante (cal. vidrio).CAPILARIDAD El fenómeno de la capilaridad. evaluadas mediante las curvas respectivas St-t y Se-t no tienen porque coincidir. Como se ha indicado más arriba. el tiempo se expresa como ).g. la humedad en los materiales de construcción afecta a sus propiedades físicas y mecánicas. el líquido no moja al material y desciende por el capilar. Un ejemplo claro son los morteros.6. agua) y gaseosa (e. en cuyo caso el líquido asciende por el capilar. Estas relaciones se ilustran en las Figuras 3 y 4. Esto se debe a que los procesos físicos involucrados en ambos procesos son distintos. cemento) sufre contracción durante el secado mientras el árido no.g.g. Las tasas de saturación observadas en los ensayos de absorción y desorción. Si por el contrario la conjunción de fuerzas mencionada anteriormente condicionan que el ángulo de contacto sólido-líquido esté comprendido entre 90 y 180. Igualmente. líquida (e. aunque poco significativos en términos absolutos para materiales pétreos. Así.. lo que genera esfuerzos tensionales que conllevan la pérdida de cohesión del agregado por microfracturación del aglomerante. Al igual que en el caso de absorción. 1. generan pérdida de resistencia mecánica por fatiga (ver más adelante). Dado que los cambios de volumen generan tensiones internas en los materiales. El principal efecto es un cambio de volumen: los materiales se hinchan cuando absorben agua y se contraen al evacuarla. aire) en contacto.. el efecto que debe producir un material hidrofugante (protectivo o consolidante) aplicado sobre un material debe ser el de incrementar el ángulo de contacto del material pétreo.donde: We (%) es la cantidad de agua perdida Mt (kg) es la masa medida en el tiempo t (s) y Mo (kg) es el peso de la muestra saturada en agua. cuyo resultado es el movimiento ascendente o descendente de un líquido en el interior de un tubo fino de un material sólido cuando éste es sumergido en el líquido. Por lo tanto. que caracterizan el comportamiento del material. y obstaculizar el ascenso . los líquidos “mojan” a los sólidos cuando el ángulo de contacto está comprendido entre 0 y 90º. mercurio) no moja al sólido y > 90º. . a 20 ºC) es el ángulo de contacto (en radianes. El efecto contrario es el obtenido por los agentes detergentes o jabones (i. y < 90º. tensoactivos).. La altura a la que asciende (o desciende) un líquido en un capilar no es sólo función del ángulo de contacto.g.. piedra). Variación en el ángulo de contacto sólido-líquido. = grados·/180) es la densidad del líquido (1000 kg/m3 para el caso del agua) g es la aceleración de la gravedad (9.g.e. En (a) el líquido (e.0728 N/m para el agua-aire. La ecuación que permite calcular la altura alcanzada es: donde: h es la altura (m) SLV es la tensión superficial líquido-vapor (0.. agua) moja al sólido (e.8 m/seg2) y r es el radio de poro (m) Figura 3.g.. sino que depende también del radio del capilar. mientras que en (b) el líquido (e.del agua por su sistema poroso. dentro de una cubeta de material plástico con agua destilada e interfase de papel absorbente para asegurar un flujo de humedad continua. lo que implica que el agua descenderá en el capilar. y que la altura ascendida (o descendida) es del orden de varios metros para radios de poro muy pequeños. Para evitar una rápida evaporación del . Fuerzas resultantes (F) de la conjunción de las tensiones superficiales en un sistema sólido-líquido-gas en un tubo capilar (w es el peso de la columna de agua para el caso a). sin llegar a mojar otra superficie que no sea la base de la probeta. El líquido se eleva una altura h si (a) < 90º.Figura 4. prismática o cilíndrica debe estar comprendida entre 1 y 2 cm-1) sobre una superficie mojada. Nótese que valores de altura negativos se obtienen para ángulos > 90º. como los que generalmente presentan rocas y morteros. Curvas altura-radio de capilar calculadas para el sistema agua-aire. y desciende si (b) > 90º. Figura 5. La Figura 5 muestra las curvas altura-radio de capilar calculadas para el sistema agua-aire y distintos valores de . La rutina de trabajo (recomendaciones RILEM y NORMAL 11/85) consiste en la colocación de las probetas (la relación de área/volumen de la probeta cúbica. El recipiente debe colocarse dentro de una campana aislante con unos valores de temperatura y de humedad relativa constantes. ésta se cubre con una tapadera de plástico protegida con papel absorbente para evitar el goteo de condensación sobre las probetas junto con las paredes laterales de la cubeta. La cantidad o incremento de agua absorbida de la muestra. en función de (min0. 2.e. Con los datos obtenidos es posible construir dos curvas. Además de observar el comportamiento del material.PROPIEDADES MECANICAS Las propiedades mecánicas definen la capacidad del material para resistir acciones externas o internas que implican la aplicación de fuerzas sobre el mismo. consideraremos exclusivamente esta situación. Esta propiedad es muy importante en la mecánica de materiales. estas fuerzas son de compresión.5).. flexión y de impacto.RESISTENCIA A LA COMPRESION La resistencia a la compresión es la carga (o peso) por unidad de área a la que el material falla (se rompe) por fracturación por cizalla o extensional (Figura 6). y la deformación lineal (l) inducida en esa misma dirección. La primera se traza en función del incremento de peso experimentado por la probeta a lo largo del ensayo. El ensayo consiste en pesar y medir la altura del agua sobre las diferentes probetas a tiempos parciales.e. Las pesadas se realizan eliminando previamente el exceso de agua depositada sobre la base de las probetas con una bayeta absorbente ligeramente humedecida.. suelen estar sometidos a condiciones no confinadas. Esencialmente. la segunda curva representa la altura de agua ascendida en función del tiempo transcurrido. En este caso. tensión (o extensión). triaxial). tanto en situación no confinada (i. la resistencia a la compresión uniaxial (i.agua de la cubeta.. .5) obtenidos mediante cálculos de regresión en los tramo rectilíneos de las curvas.e. por unidad de superficie en el tiempo se calcula con la siguiente ecuación: donde: M/S es el incremento de masa por unidad de superficie (kg/m2) Mt (kg) es el peso de la muestra en función del tiempo t (s) M0 (kg) es el peso de la muestra seca y S es el área (m2) de la cara de la probeta en contacto con el agua. una de absorción capilar y otra de ascenso capilar. se pueden obtener el coeficiente de absorción capilar (con dimensiones kg/m2·s0. longitudinal) se mide en una prensa hidráulica que registra el esfuerzo compresor (l) aplicado sobre una probeta de material en una dirección del espacio. incluyendo los edificios. 2.1.5) y el coeficiente de penetración capilar (con dimensiones m/s0. Dado que los materiales cerca de la superficie terrestre. de esta forma se retiran los excesos de agua sin llegar a restar parte de la contenida en la probeta. Los resultados que se obtienen con el ensayo son los siguientes: peso en función del tiempo (Mt) expresado en gramos y altura ascendida en función del tiempo (ht) expresada en centímetros. uniaxial) como confinada (i. manteniendo la tasa de aplicación de la carga constante (entre 0.5 y 1 MPa/s). Así. dado que el signo de la fuerza se toma negativo por convenio cuando es compresiva.Figura 6. hay que evitar una mala colocación de la probeta en la prensa. la resistencia a la compresión depende de la tasa de aplicación de la carga. dinas en el sistema cgs o kilogramos-fuerza en el sistema técnico S es la sección de la probeta (m2) y l es el esfuerzo lineal expresado en Pa (N/m2). Es importante indicar que los resultados obtenidos en los experimentos de resistencia a la compresión para un mismo material depende de la forma y tamaño de la probeta.5 y 3 (e. Por otra parte. 10 cm de altura por 4 cm de diámetro). .. con una relación altura/diámetro comprendida entre 2. y estos a su vez menores que los prismas y cilindros cortos (con alturas menores que sus lados o radios). dinas/cm2 o kg/m2 (las dimensiones del esfuerzo son las mismas que las de presión). para asegurar una distribución homogénea del esfuerzo compresor. también lo es el esfuerzo.g. el esfuerzo compresor es negativo y el tensor es positivo. de forma que a mayores velocidades de compresión mayor es el valor de la resistencia. los prismas y cilindros largos presentan menores resistencias a la compresión que los cubos con la misma área de sección. La metodología experimental puede seguir la norma ASTM D3148-86. y positivo cuando es tensional. Así. Desarrollo de fracturas extensionales y de cizalla como resultado de compresión. Deben ensayarse al menos 5 probetas por cada tipo de material. expresada en newtons en el sistema mks (N=kg·m·s-2). El esfuerzo es igual a la fuerza aplicada por sección o superficie: donde: Fl es la fuerza aplicada longitudinalmente. según la cual las probetas de muestra serán cilíndricas. Igualmente. Dado que la fuerza es un vector. la deformación es plástica (esto es. si bien se tornan plásticos cuando los esfuerzos superan un cierto límite. En la Figura 7 puede apreciarse un tramo de la curva ll donde el esfuerzo es directamente proporcional a la deformación. l y l son negativos (positivos para el caso de tensión). La deformación inducida sobre un cuerpo debida a la acción de un campo de fuerzas exteriores puede ser elástica o plástica. esto es. si la deformación persiste en parte). A temperatura constante. de manera que: donde el módulo de elasticidad E es positivo (l y l son negativos) y presenta las mismas dimensiones que el esfuerzo ya que l es adimensional. si se disminuye el esfuerzo aplicado lentamente. Puesto que al comprimir l0 es siempre mayor que l1. . representado en la Figura 7 por el punto a. se recorre el mismo tramo de la curva en sentido contrario. En este tramo. El valor de l (que es adimensional) es generalmente muy pequeño para materiales pétreos (del orden de 0. y del grado y tasa (velocidad) de deformación al que ha sido sometido. La deformación es elástica cuando el cuerpo recupera su forma y volumen iniciales una vez cesada la acción de las fuerzas externas. de la temperatura. Para estudiar el comportamiento mecánico de los materiales. Este comportamiento constituye la ley de Hooke. hasta alcanzar el punto de origen donde el esfuerzo y la deformación son nulos.La deformación lineal es igual al cambio de longitud experimentado por la longitud original de la probeta: donde: l0 (m) es la longitud original l1 (m) es la longitud final l (m) es el incremento de longitud de la probeta. Este módulo es la constante de proporcionalidad. Estos datos se expresan en diagramas l-l como los de la Figura 7. hasta un límite denominado límite de proporcionalidad. los materiales se comportan normalmente como elásticos cuando los esfuerzos aplicados son pequeños. que aplica solo para pequeñas deformaciones.01 y menores). se recurre a la experimentación sometiendo a los mismos a esfuerzos progresivos y registrando la deformación resultante. El valor del módulo de Young es característico para distintos materiales. por lo que puede utilizarse para comparar las características mecánicas de los mismos. El que la deformación sea elástica o plástica depende de la naturaleza del cuerpo. donde toma la forma de curvas similares (en forma) a las obtenidas en los ensayos de succión capilar. En caso contrario. La proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformación en el tramo de la ley de Hooke permite definir el módulo de Young o módulo de elasticidad (E). el comportamiento del material es elástico. oscilando desde materiales: muy débiles (<70 kg/cm2) débiles (70-200 kg/cm2) moderadamente resistentes (200-700 kg/cm2) . El límite en el que el comportamiento del material deja de ser elástico se denomina límite elástico. la resistencia a la compresión (R). aunque no existe proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformación. La resistencia a la compresión de los materiales de construcción es muy variable. existe un cierto tramo de la curva l-l donde el comportamiento del material es elástico. Para deformaciones superiores al límite de proporcionalidad. con ilustración de los tramos elástico y plástico. si se disminuye el esfuerzo aplicado lentamente a partir del punto c de la curva. la deformación aumenta rápidamente y es en parte permanente.Figura 7. se recorrerá el trayecto indicado por una flecha de puntos hasta alcanzar el punto donde el esfuerzo es nulo. pero existe una cierta deformación permanente (el cuerpo no recupera su longitud original). donde el cuerpo experimenta una fracturación catastrófica por cizalla o fisuración extensional. Al aumentar el esfuerzo se llega finalmente al punto d. Curva esfuerzo-deformación para compresión. representado por el punto b de la curva en la Figura 7. denominado punto de ruptura. Así. en términos del esfuerzo compresivo. Este punto de ruptura define. Al aumentar el esfuerzo y superarse el límite elástico (punto b). . a igualdad de otras variables como composición mineral.4 2. puede decirse que. Catedral. Tabla 3.1 Hormigón 5. Resistencia a la compresión de algunas rocas y materiales de construcción (modificado de Winkler. 5 Gneiss 152 248 15 25 1.7 La resitencia a la compresión de rocas utilizada en monumentos granadinos son (valores obtenidos en seco por Guardia Olmedo et al.4 Caliza 14 255 1 26 0. 140 p. (Mpa) kg/m2·106 kg/cm2·1 3 0 Granito 97 310 10 32 1. la resistencia a la compresión aumenta a medida que aumenta el tamaño de grano de los materiales.1 3 . en general. Chancillería y Palacio de Carlos V. estructura. 1986.4 2 . al igual que los hormigones (Tabla 3).1 6 . fuertes (700-1400 kg/cm2) hasta muy fuertes (>1400 kg/cm2). Las rocas naturales son relativamente resistentes a la compresión (no tanto a la tensión y flexión). Aunque no puede generalizarse el efecto del tamaño de grano.5 69 1 7 0.1 0 .) .4 Mármol 69 241 7 25 0. 5 Cuarcita 207 627 21 64 2. diabasa 124 303 13 31 1. Universidad de Granada. aunque las rocas sedimentarias son las más débiles debido sobre todo a su mayor porosidad y variable grado de cementación. 2 Sienita 186 434 19 44 1.1 2. 5 Pizarra 138 207 14 21 1.4 Gabro. etc. 1973). Arte y Deterioro en los Monumentos Granadinos. cementación.7 2. 6 Arenisca 34 248 4 25 0.0 3. porosidad.1 Basalto 110 338 11 34 1.5 2.3 3.9 4 . Los materiales frágiles (como el vidrio) se rompen cuando se supera el límite elástico. mientras que los de grano grueso tienden a ser semi-elásticos. Esto significa que las curvas esfuerzo-deformación pueden presentar tramos elásticos. razón clastos/matriz. . o entre microporos. (b y d son muy cercanos). Esta microfracturación se produce sobre todo en el interior de los minerales que forman las rocas. en la que el esfuerzo y la deformación aumentan más o menos proporcionalmente una vez el entramado de granos ha adquirido cierta compactación (Figura 8). El comportamiento semi-elastico o plástico indica un rápido aumento de la deformación en los primeros incrementos de esfuerzo. Los materiales pétreos pueden caracterizarse. ya que representan un comportamiento estrictamente elástico para el material en el tramo lineal de la curva correspondiente a la ley de Hooke. los materiales reales muestran relaciones esfuerzo-deformación más complicadas. semi-elásticos y no-elásticos se representan en la Figura 8. cementación. Figura 9). Los tipos de curvas para materiales casielásticos. no siguiéndose estrictamente la relación de linearidad. Resistencia a la compresión de rocas utilizadas en monumentos granadinos (Guardia Olmedo et al. como las calcarenitas bioclásticas utilizadas en la construcción de edificios históricos de Granada o morteros de cal) tienden a un comportamiento semi-elástico o plástico. Respecto de la porosidad.. semielásticos y no-elásticos (o plásticos). tamaño de grano. como frágiles bajo condiciones de temperatura ambiental (si bien a altas presiones y temperaturas presentan tramos plásticos más amplios.g.. los materiales pueden clasificarse como frágiles y dúctiles (Figura 9). de recuperación mecánica. La deformación permanente entre el límite elástico y el punto de ruptura en los materiales heterogéneos como los pétreos se verifica a bajas temperaturas mediante una microfracturación frágil. materiales compactos y poco porosos tenderán a un comportamiento casi-elástico osemi-elástico. mientras que los materiales dúctiles (como el acero o el cobre) presentan un tramo de comportamiento plástico amplio. (1986). escasamente cementados. porosidad. define en gran medida la forma de la curva esfuerzo-deformación. puede generalizarse que los materiales pétreos con tamaño de grano fino tienden a ser casi-elásticos. a favor de sus sistema de exfoliación. Calcarenita: 75-500 kg/cm2 Travertino: 400-700 kg/cm2 Conglomerados: 200kg/cm2 Caliza de Sierra Elvira: 600-900kg/cm2 Mármol de Macael: 680-980 kg/cm2 Serpentinita: 400-700 kg/cm2 Las relaciones entre esfuerzo y deformación ilustradas en la Figura 7 son ideales. lo cual se explica por acomodo de la carga por el movimiento relativo de los granos (gruesos) del entramado y/o deformación de los poros. casi-elásticos. etc. esto es. en general. pasándose a continuación a una situación en que la tasa de deformación es menor. El grado demicrofracturación. que es controlado por las características texturales y estructurales de los materiales (e. No obstante. Así. mientras los materiales muy porosos y poco o moderadamente coherentes (esto es.Tabla 4.). siempre a igualdad de otros factores. Por otro lado. introducen lógicamente anisotropías mecánicas. mármoles) y plásticos (morteros de cal. calizas. En estos casos. el módulo de Young sólo puede definirse en rigor cuando los materiales elásticos. semi-elásticos y plásticos. el módulo de Young será muy util para evaluar el comportamiento mecánico de los materiales ante la acción de esfuerzos compresivos de tipo uniaxial. este módulo puede calcularse para partes determinadas de las curvas esfuerzo-deformación. Dado que estas superficies introducen debilidades mecáncias (i. aunque sin el conocimiento de sus formas este dato sirve de poco. La resistencia a la compresión de materiales anisótropos es máxima cuando las superficies están orientadas perpendicularmente al esfuerzo principal mayor. basaltos.e. los materiales se fracturan por extensión y cizalla más fácilmente a favor de las mismas)... cuando los materiales son frágiles. A pesar de ello. No obstante. tales como superficies de estratificación o foliación. Curvas esquemáticas esfuerzo-deformación para materiales casi-elásticos (e.. semi-elásticos (e. granitos de grano fino). Figura 8. el límite elástico y el punto de ruptura casi son coincidentes.g. .e. 1) es paralelo u oblicuo (cercano a 45º) a tales superficies. y su comportamiento es elástico o casi elástico..Como puede deducirse de lo anterior. morteros de yeso). ya que la proporcionalidad lineal entre esfuerzo y deformación no se verifica en los materiales casi-elásticos. Esto es importante en la estabilidad de las estructuras en los edificios y en los trabajos de restauración que impliquen sustitución de piezas por materiales estructuralmente anisótropos. compresor. ya que en estos materiales el límite de proporcionalidad.g. la resistencia a la compresión y el módulo de elasticidad disminuyen si el esfuerzo principal mayor (i. areniscas. Las anisotropías estructurales de los materiales. el módulo de Young y la resistencia a la compresión nos permiten tener una idea bastante aproximada de las curvas esfuerzo-deformación. Esto puede causar inestabilidad a lo largo de superficies más débiles y disminuir la resistencia a la cizalla o fricción.e. Los materiales con coeficientes menores de 0. zócalos de elementos constructivos que sufren infiltración capilar). la presión de fluidos localizados en los poros y la tasa de deformación. produciéndose una reducción más o menos significativa de su resistencia a la compresión. la presencia de agua en el interior del sistema poroso de un material altera sus propiedades mecánicas. retienen sus propiedades mecánicas ante la presencia de agua. la temperatura.8 se califican de resistentes mecánicamente respecto de la acción del agua.. . denominado coeficiente de ablandamiento. mientras que otros materiales poco porosos como vidrios o aceros el coeficiente de ablandamiento tiende a 1. y en caso de exponerse.g. ya que Rs tiende a 0. es una medida del efecto del agua sobre la resistencia a la compresión: donde: Ks es el coeficiente de ablandamiento (adimensional) Rs (Pa) es la resistencia a la compresión del material saturado en agua y Rd (Pa) es la resistencia a la compresión del material seco. La razón entre los coeficientes de resistencia a la compresión del material saturado en agua y seco. son los esfuerzos principales mayor. Los materiales con coefientes de ablandamiento mayores de 0. torsión y extensión (1. deben aislarse de la humedad con barreras impermeables o tratarse con productos hidrofugantes. Deformación frágil y dúctil bajo compresión. contactos de granos). este coeficiente tiende a 0. respectivamente).Figura 9. Como se ha indicado más arriba. intermedio y menor.8 nunca deben exponerse a la acción de la humedad (e. Las flechas marcan las tendencias en el comportamiento de los materiales al variar la presión. y 2) a la alteración de las propiedades de superficie de los granos (minerales). Este efecto se debe dos causas: 1) al desarrollo de presiones hidráulicas en los poros rellenos de agua que afectan a los esfuerzos intergranulares(i. 2 y 3. esto es.. Para algunos materiales muy porosos fácilmente empapables. cementos y hormigones. para un material dado. La resistencia a la flexión (Sm) viene dada por la expresión: donde: P (Pa) es la carga aplicada l (m) es la distancia entre los pivotes y d3 (m) es el diámetro de la probeta si la probeta es cilíndrica.6 Conglomerado 29.2.5. Los extremos de las probetas se introducen (y pegan con resina epoxi) en unas cápsulas que están unidas a cadenas que transmiten el esfuerzo tensional sin introducir componentes de torsión. que es una indicación del grado de coherencia del material para resistir fuerzas “tirantes”. se utilizan probetas cilíndricas con una razón longitud/diámetro de 2 a 2. tanto en materiales pétreos como en morteros. Tabla 5.1 2. Resistencia a la tensión (Mpa) de algunas rocas (deTouloukian y Ho.7 Calizas 4. Esta propiedad. del área interfacial entre granos en contacto y del cemento intergranular e intragranular. En la Tabla 5 se presentan valores de resistencia a la tensión para algunas rocas medidos con la técnica de tracción directa. y por la expresión: .RESISTENCIA A LA TENSION La resistencia a la tensión es el esfuerzo tensional por unidad de área a la que el material falla (se rompe) por fracturación extensional.1 1.3. la magnitud de la resistencia a la tensión suele ser de un orden de magnitud menor que la resistencia a la compresión. puede generalizarse que.2. definiciones y controles de la deformación introducidos anteriormente para la resistencia a la compresión pueden ser extendidos sin más problema a la resistencia a la tensión. La medida de esta propiedad se realiza con barras de material asentadas sobre dos pivotes y aplicando carga sobre el centro de la barra (norma ASTM C99-52).8 Arenisca 1. es la resistencia de un material a ser doblado (plegado) o flexurado.2 5. Respecto de los materiales pétreos de construcción. depende de la resistencia de los minerales. o módulo de ruptura. quizás el más apropiado.RESISTENCIA A LA FLEXION La resistencia a la flexión.7 Arenisca calcárea 4. 1981).3 Esquistos 3. Existen distintas técnicas para medir la resistencia a la tensión. Basalto 8. En el ensayo de tracción directa. La norma ASTM D2936 regula los métodos y condiciones experimentales este ensayo. Los conceptos. Inicialmente. tensión o flexión de los materiales “frescos”. Se ha encontrado que la causa fundamental del fallo por fatiga de los materiales pétreos es la microfracturación. como al hecho de ser la propiedad mecánica cuantitativamente más deficiente en los mismos. Por esta razón. Las rocas son materiales con elevada resistencia a la compresión y en menor medida a la flexión y la tensión. En el último estadio. también hay que tener en cuenta el efecto de otros procesos físicos y químicos de alteración.FATIGA Cuando los materiales sufren esfuerzos de forma cíclica sin llegar al punto de ruptura. La resistencia a la tensión es una propiedad particularmente importante desde el punto de vista de los procesos de alteración de materiales pétreos de construcción. columnas.donde: b (m) es el ancho de la sección de la probeta y h (m) es el largo de la probeta si la probeta es prismática. generalmente reduciendo sus propiedades mecánicas. Esto implica una pérdida de sus propiedades mecánicas. No obstante. ya que los esfuerzos generados no suelen superar la resistencia a la compresión. también parece que la fatiga es un proceso continuo. Entre los procesos de deterioro mecánico por generación de esfuerzos tensionales cabe destacar los cambios volumétricos que sufren los materiales al sufrir variaciones de temperatura. con escasa deformación adicional. Para un material pétreo dado. etc. perdiéndose coherencia e iniciándose el fallo (fracturación) del material. la luz de los arquitrabes no puede ser elevada. 2. que modifican las propiedades mecánicas originales de los materiales. que puede dar lugar a la fracturación bajo esfuerzos mucho menores que los apropiados para los materiales “frescos” que no han sido sometidos a esfuerzos. Los experimentos llevados a cabo sugieren una evolución episódica para la fatiga. que sufren importantes cargas compresivas. paramentos. la formación de hielo y la cristalización e hidratación/deshidratación de sales solubles en el interior del sistema poroso de los materiales. A esta característica de los materiales se le denomina fatiga. existe un periodo de aquiescencia. . La mayor parte de los procesos de deterioro de tipo mecánico que sufren los materiales pétreos en los edificios se deben al fallo por fatiga. Por esta razón son materiales apropiados para elementos constructivos tales como muros. Esto es debido tanto a la existencia de procesos de alteración cíclicos que generan importantes esfuerzos tensionalescapaces de producir fallos mecánicos (fracturación) por fatiga en los materiales. el valor de resistencia a la flexión es cercano al doble de su resistencia a la tensión medida con el método de tracción directa. se observa un debilitamiento mecánico de los mismos con el tiempo. No obstante. como los generados en estructuras adinteladas o arquitrabadas. se produce una microfracturación entre los contactos de grano y en el interior de los cristales a favor de los planos de exfoliación y superficies de partición de los mismos.. A continuación. las microfracturas coalescen. disipándose la energía en forma de microfracturas hasta el punto en que se supera un nivel crítico en el que ocurre el fallo. y no tanto para elementos constructivos que sufren importantes esfuerzos tensionales y de flexión.4. En cualquier caso.5. la dureza se ha considerado clásicamente como la resistencia que presenta un mineral a ser rayado por otro mineral o material. F. y a su vez es rayado por los que vienen después. depende de la dirección en que se aplique en un mineral. La medida de la dureza suele ser cualitativa (aunque hay métodos de determinación precisa) estableciéndose en una primera aproximación en base a los siguientes criterios: si la uña raya al mineral la dureza es menor de 2.5. el cuarzo se diferencia de la calcita en que aquel raya al vidrio y ésta no. es decir. Acciones mecánicas en el sistema adintelado (modificado de Ortega Andrade. si el mineral raya al vidrio la dureza es igual o mayor de 7. En general. si una navaja raya al mineral la dureza es menor de 5. Mohs dedujo empíricamente una escala cualitativa basada en las durezas relativas de distintos minerales que ha sido muy utilizada como criterio de clasificación y de determinación.5. Así.DUREZA La dureza es la resistencia de los materiales para resistir la penetración de otro cuerpo. Para el caso de minerales. debido a la diferente distribución de enlaces cristalinos en las estructuras minerales.Figura 10. la distena (Al2SiO5) es un mineral de hábito prismático que presenta una dureza de 4 a lo largo de su elongación mayor y de 6. Esta escala es como sigue: Dureza Mineral Dureza Mineral 1__________ Talco 6__________ Ortosa 2__________ Yeso 7__________ Cuarzo 3__________ Calcita 8__________ Topacio 4__________ Fluorita 9__________ Corindón 5__________ Apatito 10_________ Diamante Cada uno de estos minerales es capaz de rayar a los situados antes que él en la escala. los minerales presentan durezas más bajas en superficies de exfoliación respecto de otras direcciones. 1993) 2. de la estructura y de la . la dureza depende del tipo de enlaces atómicos presentes. Esta propiedad es vectorial. Así por ejemplo.5 perpendicularmente a la misma. el aragonito tiene una dureza de 4 y la calcita de 3). agrandando las distancias interatómicas. En general. que representan los incrementos relativos de longitud producidos al aumentar la temperatura en un grado a presión constante: . Esto se debe a que la energía térmica absorbida induce un incremento en las vibraciones de los átomos constitutivos de la materia. a la indentación. Las dimensiones de son ºC-1. presentando el Al +3 un radio iónico de 0. Aplicadas a los materiales pétreos.g.EXPANSIÓN TÉRMICA En general.g. como cuarcitas y granitos) que resisten bien la raya y la abrasión. sus coeficientes de expansión térmica dependen de la dirección cristalina en la que se mida (esto es. Lo mismo puede decirse de su buena trabajabilidadpor pulido. el incremento de la temperatura de cualquier material produce un aumento de su volumen. La gran complejidad de los materiales pétreos no permite una correlación clara entre los distintos parámetros de resistencia mecánica y de dureza. existen algunos sustancias que disminuyen su volumen al aumentar la temperatura en determinados rangos de esta última. el corindón (Al 2O3) tiene una dureza de 9 y la hematites (Fe2O3) de 6.67 Å). de los materiales en la cantera y en la obra. aunque existen rocas relativamente duras (i. con utensilios de impacto y abrasivos. y sus valores son positivos en la mayor parte de los casos ya que. como es el caso del cuarzo- (y el agua). a laabrasión. particularmente en rocas como calizas y mármoles. Este comportamiento se denomina expansión térmica diferencial. al rebote y al impacto. como en el caso del yeso (CaSO4·2H2O) y el talco (Mg3Si4O10(OH)2). y los que presentan elementos más pequeños son más duros (e. lo cual es debido a que en las estructuras hidratadas existen enlaces débiles entre estas moléculas y el resto de los átomos. Este fenómeno se describe como expansión volumétrica de origen térmico a presión constante. la dureza de los materiales aumenta a medida que la resistencia a la compresión aumenta. Existen muchos métodos de evaluar la dureza: la resistencia al rayado. Dado que las rocas son materiales frágiles. y su medida se realiza en términos decoeficientes de expansión térmica lineal (l). esta propiedad es importante para evaluar la trabajabilidad. y puede escribirse como: = 1/V*(V/T) cuando el incremento de volumen no depende de la temperatura a la que se mida.57 Å y el Fe+3 de 0. Por lo que se refiere a los minerales cuya estructura cristalina no es cúbica. el cuarzo- se expande más perpendicularmente a su eje c (eje principal de simetría y de elongación) que paralelamente a él. los minerales que presentan moléculas de (OH) o de agua (H2O) tienen durezas bajas. como se ha indicado anteriormente. por lo que son materiales trabajables con herramientas de impacto.e. 3. las sustancias suelen aumentar de volumen al aumentar la temperatura.composición. los minerales son anisótropos respecto de esta propiedad). los minerales con estructuras más densas son más duros (e. aquellas que presentan abundante cuarzo. como es el caso de la mayoría de los minerales que constituyen las rocas comunes. A igualdad de otros factores. Esto permite en la mayor parte de los casos un buen acabado.. Este coeficiente representa el incremento relativo de volumen producido al aumentar la temperatura en un grado a presión constante. No obstante. o simplemente expansión térmica. aunque en general. y su medida se realiza en términos del coeficiente de expansión térmica (). Así. presenta débil o moderada resistencia al impacto. = 1/l*(l/T) La dimensión de este coeficiente es también ºC-1. No obstante. Figura 11. el coeficiente de expansión térmica de la calcita en términos de volumen es positivo. ya que la contracción que sufre perpendicularmente al eje c es proporcionalmente menor a la expansión que sufre paralelamente al mismo. En el caso del cuarzo-. el incremento de temperatura supone contracciones en todas las direcciones cristalográficas. existen algunas sustancias que disminuyen su longitud en direcciones determinadas al aumentar la temperatura. 1973). que se expande paralelamente a su eje c y se contrae perpendicularmente a él. como en el caso de la calcita. No obstante. y sus valores son positivos en la mayor parte de los casos por la misma causa que se ha indicado más arriba. Expansión térmica volumétrica y lineal de algunos minerales formadores de rocas (tomado de Winkler. . por lo que el resultado neto es un descenso de volúmen (o aumento de densidad). 72____________ 1.27 1.70 3.76____________ 1.17 0.03_____________________ 1. Expansión térmica lineal y volumétrica del cuarzo desde 0 a 1000 ºC a 1 bar de presión (tomado de Winkler.03_____________________ 0.75____________ 1.43 4.30____________ 0.02_____________________ 1.88_____________________ 4.14____________ 0.07____________ 0.51 4.01_____________________ 0.04____________ 1.92_____________________ 0.97_____________________ 0.34 4.29_____________________ 0.87 2. 1973).43_____________________ 0.54 4.26 .36 0.76 Transición de cuarzo- a cuarzo- 1.46____________ Incremento de volumen (%) 0.55 4.71____________ 1.73____________ 1.69____________ 1.78 1.49____________ 0. Temperatura ( ºC) 50________________ 100________________ 200________________ 300________________ 400________________ 500________________ 570________________ 573 580________________ 600________________ 700________________ 800________________ 900________________ 1000________________ Incremento de l (%) c // c 0.84_____________________ 0.62_____________________ 0.08_____________________ 0.Tabla 6.18_____________________ 0.76____________ 1. ya que es soluble en acetona y puede retirarse una vez fraguado el mortero. Las únicas mezclas que resultaron factibles para su utilización como morteros de reintegración desde el punto de vista mecánico fueron las M3 y M4. o en cualquier caso similar a la del travertino. A continuación se describen los ensayos efectuados y los resultados obtenidos. cuya composición se expresa en la Tabla 4 en partes de cada componente en volumen. se diseñaron 12 mezclas. similar o mayor que la del travertino (ver más adelante). que resultaron ser demasiado frágiles una vez fraguados y retirado el poliestireno con acetona a pesar de que en algunos morteros se añadió acetato de polivinilo (de acción aglomerante). utilizando para ello mezclas de cal aérea. Que el aglomerante presentase cierta hidraulicidad. lo que garantiza su degradación preferencial respecto a la del mismo. de macroporos elevado. La proporción de aireante fue elevada en todos los casos (50% en volumen). En estas mezclas. En total. se llevó a cabo una serie de trabajos de control sobre las propiedades mecánicas y el comportamiento de los morteros de restauración M3 y M4 y el travertino. Paralelamente a los trabajos de restauración. Los criterios fundamentales para la elaboración de estos morteros fueron los siguientes: Que presentasen una elevada porosidad. . ambas a base de cal hidráulica y sin cemento portland. similar al del travertino.4. cal hidráulica y/o cemento portland. para evitar problemas ulteriores como presencia de sales y ataque químico.MORTEROS DE REINTEGRACION EN PILARES DE TRAVERTINO DE LA COLEGIATA DEL SALVADOR (ALBAYCIN) Los morteros de reintegración que han sido utilizados en la obra de restauración realizada en el curso 1993/94 fueron fabricados específicamente para reintegrar las faltas en los pilares de travertino. Que presentasen una resistencia mecánica inferior a la del travertino. además de un tamaño Que la proporción de poros de dimensiones menores de 1 m no fuese elevada. para conseguir una porosidad elevada en los morteros. Que contuviesen la menor proporción posible de cemento portland (que incluye en torno a 2-5% de yeso). el aireante utilizado consistió en poliestireno expandido (poliespán). para evitar problemas de infiltración capilar preferente a través de los morteros. La adición de tal cantidad de poliestireno expandido confirió unas propiedades mecánicas deficientes en la mayoría de los morteros. Los resultados obtenidos se presentan en los diagramas l-l de la Figura 12. Cal Cal Cemento aérea hidráulica Portland m1 . No obstante. etc. Esto es importante ya que cualquier mortero de reintegración debe responder con menor efectividad que el material pétreo original ante cualquier esfuerzo aplicado. . módulo de Young). En esta figura pueden apreciarse los tramos elásticos de las curvas ll donde el esfuerzo es directamente proporcional a la deformación (i.e..5 m2 . 4.5 m3 m4 m5 m6 m7 3 m8 3 m9 m10 m11 3 m12 3 Arido Aireantes Acetato de polivinilo 1 - - 3 4 0 1 - - 2 3 0 1 1 1 2/3 - 3 2 4 4 3 6 - 1 1/3 - 4 5 1 1/15 - 4 5 0. de cristalización de sales o de la transición hielodeshielo en el interior del sistema poroso. Puede apreciarse que los valores de los módulos de Young para los travertinos son bastante mayores que para los morteros de restauración M3 y M4. como esfuerzos derivados de cambios volumétricos debidos a cambios de temperatura. 1 - 2/3 4 6 1 - 1/3 4 5 1 - 1/15 4 5 0. que se indican en los diagramas (expresados enMpa). Es en estos tramos donde se han medido las constantes de proporcionalidad (i. ya que el primero presenta mayores valores de E y las diferencias respecto de los valores de E del travertino son de un orden de magnitud. el mortero M4 es preferible al M3.Tabla 4. 1 - 1/30 4 5 0. ley de Hooke). lo que garantiza una mayor debilidad mecánica de estos últimos. Composición (partes en volumen) de los morteros de reintegración diseñados para reintegrar los pilares detravertino del patio de la Iglesia del Salvador (Albaycin).RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN UNIAXIAL Las probetas utilizadas fueron cilíndricas de 4 cm de diámetro por 10 cm de alto.1.e. Se ensayaron 4 probetas de travertino y 3 probetas por cada tipo de mortero de restauración. 1 1/30 - 4 5 0.. y no por fracturación. puede concluirse que la porosidad de los morteros no difiere excesivamente de la de los travertinos. No obstante.Figura 12. Las cifras que aparecen en los diagramas son los módulos de Young respectivos calculados mediante regresión lineal sobre los tramos rectos de las curvas. Los resultados obtenidos se muestran en la Figura 13. 4.Diagramas esfuerzo-deformación para las muestras de travertino y morteros M3 y M4. que permite apreciar la gran heterogeneidad en la distribución de poros del travertino y la homogeneidad de la porosidad de los morteros.01 milímetros (1-10 micras).POROSIDAD La porosidad se ha obtenido con un porosímetro de inyección de mercurio sobre pequeñas muestras de unos mm de diámetro. Por otra parte. . el comportamiento mecánico de los morteros de restauración M3 y M4 es esencialmente plástico..2. En términos generales. lo cual permite suponer que la deformación se acomodará por deformaciones permanentes. los mayores porcentajes de porosidad se localizan en ambos tipos de materiales en el rango de 0.001 y 0. los ensayos de saturación libre en agua y desorción permiten especular con una macroporosidad similar en ambos materiales. una mayor absorción de agua supone que los morteros actuarán como “esponjas” por comparación con el travertino. las curvas de desorción indican que los morteros expulsan mayores cantidades de agua que el travertino en rangos de tiempo similares. Además. no se dispone de información sobre la porosidad macroscópica tan elevada que presentan tanto los travertinos como los morteros de restauración fabricados. Aunque este tipo de ensayo no permite evaluar los porcentajes de radios de poro mayores de 1 mm. . lo cual es claramente una ventaja adicional de estos morteros de restauración.3. Esta característica no debe ser interpretada necesariamente como negativa.. El ensayo de desorción se realizó bajo condiciones de temperatura (ca.SATURACION Y DESORCION DE AGUA Se utilizaron 3 probetas cúbicas de dimensiones 3 x 3 x 3 cm por cada tipo de material. No obstante.Distribución de la porosidad en función del tamaño de poro en los travertinos y morteros M3 y M4. lo que garantiza su alteración preferente de los morteros. Las curvas Wtcomportamiento del material se representan en la Figura 14. 20 ºC) y humedad relativa (40-50 %) controladas. 4. Por otro lado. que caracterizan el Los resultados obtenidos permiten concluir que los morteros de restauración absorben mayores cantidades de agua que el travertino. ya que debe tenerse en cuenta que los pilares de travertino rara vez se encontrarán inmersos en agua (sólo una gran inundación daría las condiciones apropiadas).Figura 13. 4. Aunque el ascenso capilar no debe una fuente importante de degradación en los pilares. han sido eliminados. y que eran una fuente importante de agua en el subsuelo que ascendía por capilaridad. ante la ausencia de un reservorio de agua de riego. Las curvas se han construido sobre los valores medios respectivos obtenidos para cada tiempo. Las curvas de succión y penetración capilar (Figura 15) muestra que los coeficientes de absorción y penetración capilar son algo mayores en los morteros que en el travertino.CAPILARIDAD Se han utilizado probetas prismáticas de dimensiones 3 x 3 x 10 cm (3 probetas por tipo de material).Curvas de saturación libre (diagramas de la derecha) y desorción (diagramas de la izquierda) en las muestras de travertino y morteros M3 y M4. En consecuencia.S son los coeficientes de absorción y desorción. ya que los arriates que anteriormente existían adyacentes a los pilares. aunque las diferencias son mínimas y las formas de las curvas son similares para todos los materiales. respectivamente. se recurrió a hidrofugarlos con un protectivo hidrorrepelente.. Se indican además las barras de error sobre las medias para cada tiempo y el error en las regresiones lineales con las que se han estimado los coeficientes 4. C.Figura 14.A y C. . la succión capilar en los morteros de restauración fabricados será algo mayor que en el travertino. La importancia de esta característica negativa puede minimizarse a nuestro juicio. Figura 15.C. respectivamente. son los coeficientes de succión y penetración capilares. y C. Se indican además las barras de error sobre las medias para cada tiempo y el error en las regresiones lineales con las que se han estimado los coeficientes. .P.C.Curvas de succión y penetración capilar en las muestras de travertino y morteros M3 y M4. Las curvas se han construido sobre los valores medios obtenidos para cada tiempo. C..S. es la densidad (kg/m3) y g es la aceleración debida a la gravedad (m/s2).donde: es el peso específico (N/m3). . El peso específico depende del valor de la gravedad en el punto de medida.
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