P ROPIEDADES HÍDRICAS

4.2.1.1.PERMEABILIDAD AL VAPOR DE AGUA

En la tabla 4.8. se recogen los coeficientes de conductividad del vapor de agua (δ) en las probetas de mortero usado como control (M11-Blanco) y con la aplicación de los distintos productos. Se muestran ordenados por orden decreciente del descenso de la permeabilidad.

Tabla 4.8. Coeficientes de conductividad de vapor de agua del mortero de cemento (δ) con y sin tratamientos consolidantes

δ (Kg/m.s.Pa) % reducción M5- SIL + NC (4:1) 0,70E-12 63,1 M4- SIL + NC (1:4) 0,77E-12 59,4 M8- NS1 + SIL (1:9) 0,84E-12 55,9 M2- SIL 0,87E-12 54,2 M1- NC 0,92E-12 51,5 M9- NS1 + SIL (1:1) 0,95E-12 50,0 M3- NS1 1,05E-12 44,8 M7- NS1+ NC (3:2) 1,16E-12 39,0 M6- NS1+ NC (1:6) 1,38E-12 27,3 M10- NS2 1,44E-12 24,3 M11- Blanco 1,90E-12 -

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El coeficiente de conductividad al vapor de agua del mortero sin consolidante es de 0,19.10-11 kg/m s Pa. Si contrastamos este dato con la bibliografía disponible [FRATTOLILLO et al., 2005; CARMONA, 2010], surgen morteros con composiciones y

dosificaciones muy distintas, así como resultados con unidades diferentes, derivando en una comparación compleja. Asimismo, cabe destacar que el tipo de mortero y la relación árido-cemento (5:1) y agua-cemento (1:2) son particulares para este trabajo, pues cuenta con unas propiedades determinadas en su diseño que favorecen una mayor porosidad, incrementando su permeabilidad al vapor respecto a otros ejemplares.

No obstante, en comparación con materiales pétreos presenta una permeabilidad al vapor de agua baja, similar o inferior a variedades graníticas (tabla 4.9) [NEVILLE, 1996] que registran generalmente valores inferiores a otros pétreos

comúnmente empleados en patrimonio: de 0,08583.10−11 kg/m s Pa del granito de Roan hasta los 0.04083−11 kg/m s Pa del granito de Axeitos [RIVAS et al., 1998].

La reducción en la tasa de transmisión de vapor de agua resultante de los tratamientos es muy variable, entre un 63 y un 24%. Siempre que está presente el silicato de etilo, en comparación con los otros dos compuestos (nanopartículas de hidróxido de calcio y nanopartículas de dióxido de silicio) se favorece una mayor reducción de la permeabilidad. Así, el mayor descenso se corresponde con la probeta M5 (silicato de etilo + nanopartículas de hidróxido de calcio en proporción (4:1) con una permeabilidad de 0,7.10-12 kg/m.s.Pa), seguida de la M4 (silicato de etilo + Tabla 4.9. Coeficiente de permeabilidad al vapor de agua para distintos materiales pétreos y relación agua/cemento (A/C) de pastas de cemento para la misma permeabilidad [NEVILLE, 1996]

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nanocal, 1:4), M8 (nanosílice 1 + silicato de etilo, 1:9) y M2 (silicato de etilo) todas ellas con descenso superiores al 50%. Por el contrario, las nanopartículas de dióxido de silicio, así como sus combinaciones con nanopartículas de hidróxido de calcio, son los que presentan una menor disminución de la permeabilidad, en particular el NS2.

En general, es inevitable la reducción de la permeabilidad al vapor de agua tras la aplicación de los consolidantes, pues se añade un producto que va a ocupar un espacio antes vacío. Con la aplicación de TEOS se obtienen resultados diversos, como recoge la bibliografía. Así, esta propiedad se ve reducida de un 17-61% en función del contenido de órgano-silicio del producto [CASELLI y KAGI, 1995]. Mosquera et al.

[2008] recogen descensos inferiores, entre 11 y 33%. Maravelaki-Kalaitzaki et al. [2008], en contraposición a este estudio, observan una menor reducción de esta propiedad con la aplicación de TEOS (30(±6) - 28(±4)%) que con una dispersión de partículas de sílice (43(±8) - 51(±9)%). Mientras que Maxová et al. [2000] registran mayores descensos con el silicato de etilo que combinado con humo de sílice.

En el caso de las nanopartículas de portlandita, autores como Yang et al. [2011] señalan que entre sus ventajas está el dejar traspirar a la piedra mejor que otros productos, originando descensos en la permeabilidad, en muchos casos, despreciables. Por el contrario, otras publicaciones relacionadas con la consolidación por biomineralización del carbonato cálcico con bacterias, sí reflejan una reducción de la permeabilidad al vapor de agua tras la carbonatación [VAN TITTELBOOM et al., 2010].

Esta modificación depende de la especie de bacteria, así como de la metodología empleada, aunque algunos autores han encontrado resultados comparables en permeabilidad al vapor similar a algunos siloxanos [DE MUYNCK et al., 2008]. En

nuestro estudio, la reducción de esta propiedad es de ≈ 50%, superior a la producida por la nanosílice, como también han observado Licchelli et al. [2011].

Maravelaki-Kalaitzaki et al. [2006] registran descensos de permeabilidad de entre el 12-15% con la aplicación de la nanosílice, inferiores a los de este estudio, que oscilan entre un 24 y un 45% según la marca de sílice empleada.

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Otros materiales como el poliéster pueden provocar reducciones en la permeabilidad de una arenisca de un 70%, o de un 40% en el caso de una cera [MAXOVÁ et al., 2006].

Autores como Zádor [1992] recomiendan no superar un máximo de pérdida de vapor de agua del 15% respecto a la superficie sin tratar, sin embargo, otros apuntan límites próximos al 25% [MARAVELAKI-KALAITZAKI et al., 2006]. En este estudio la

reducción en los valores porcentuales de las probetas tratadas respecto a las no tratadas supera, en la mayor parte de los casos, estos umbrales, oscilando entre un 24 y un 63%, si bien, estos resultados son próximos a experiencias similares donde se han obtenido disminuciones en la difusión del vapor de agua del 40 al 60% [PIACENTI et

al., 1995; ALCALDER et al., 1990].

Es necesario remarcar que en este estudio la reducción en la permeabilidad se ha valorado sobre especímenes de laboratorio en buen estado de conservación y no en morteros disgregados y más porosos. Por tanto, habría que ajustar estas reducciones en función de una problemática concreta. Lo ideal sería conseguir, tras la aplicación de un consolidante, una permeabilidad similar a la del material sin degradar que permita la evaporación del agua del interior del monumento sin obstáculos. De lo contrario, se favorecen fenómenos de retención de humedad o cristalización de sales en la interfase entre la piedra tratada y la sana, lo que generaría tensiones que podrían dar lugar a disyunciones y posterior desprendimiento.

4.2.1.2.ABSORCIÓN DE AGUA A BAJA PRESIÓN

Es importante conocer la hidro-repelencia de los productos para valorar si es recomendable aplicar un producto hidrofugante tras el consolidante.

Las variaciones que se producen en la absorción de agua dependen, tanto del producto aplicado (naturaleza polar o apolar, capacidad para rellenar los poros, etc.),

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como del sistema poroso del material investigado (presencia de aditivos, relación agua/cemento, árido, etc.) [GISBERT et al., 2007].

En la tabla 4.10 se representa la cantidad de agua absorbida por las distintas superficies estudiadas. La aplicación de los consolidantes ha resultado en una notable disminución de la absorción de agua, especialmente la combinación de silicato de etilo con nanosílice (M8; 0,33 kg/m2 h) o con nanocal (M5; 0,35 kg/m2 h). El silicato de etilo solo y las nanopartículas de hidróxido de calcio son tratamientos menos hidro- repelentes (M1, M2; 1,05 kg/m2 h) mientras que la nanosílice sola (M10) o en combinación con un bajo porcentaje de nanocal (M7) prácticamente no modifican la capacidad de absorción del mortero.

Tabla 4.10. Absorción de agua a baja presión de los morteros de cemento tratados con los consolidantes y sin tratar (por orden de menor a mayor absorción a los 60 minutos)

Absorción de agua

(kg/m2 _h) Absorción entre 5-15 min. _(cm3₎

M8- NS1 + SIL (1:9) 0,33 0,02 M5- SIL + NC (4:1) 0,35 0,03 M9- NS1 + SIL (1:1) 0,42 0,04 M4- SIL + NC (1:4) 0,75 0,08 M6- NS1 + NC (1:6) 0,93 0,14 M1- NC 1,05 0,17 M2- SIL 1,05 0,15 M10- NS2 1,93 0,27 M11- Blanco 1,98 0,1 M7- NS1 + NC (3:2) 2,19 0,4

De acuerdo con el umbral de absorción de agua establecido por Nwaubani y Dumbelton [2001], 0,35 kg/m2 h, solo dos tratamientos, M8 y M5, mantendrían bien hidrofugado al mortero. Otros autores, por el contrario, consideran que un material es resistente a la penetración de agua de lluvia si el contenido de agua absorbida por el material con el tubo Karsten entre 5 y 15 minutos es igual o inferior a 0,5 cm3[DE

WITTE et al., 1998]. En este caso, el mortero sin tratar ya sería de por sí resistente a la

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La evolución de la absorción de agua con el tiempo se representa en la figura 4.16. La mayor pendiente y, por tanto, mayor velocidad de absorción de agua, se produce durante los primeros 15 minutos. Los tratamientos más eficientes son los que provocan durante esta fase inicial una menor absorción de agua [NWAUBANI y

DUMBELTON, 2001]: M5 (SIL+NC (4:1)), M8 (NS1+SIL (1:9)) y M9 (NS1+SIL

(1:1)). Por el contrario, las probetas tratadas con nanosílice, M7 (NS1+NC (3:2)) y M10 (NS2), que muestran la mayor velocidad de absorción de agua inicial, presentan la menor hidro-repelencia tras la hora de ensayo.

Fig. 4.16. Absorción de agua a baja presión de las probetas tratadas y sin tratar

En materiales pétreos tratados con silicato de etilo [GARCÍA-GARMILLA et al.,

2002] se han determinado reducciones de la absorción de agua superiores al 90%. En este estudio el mayor descenso en la absorción de agua, en torno al 80%, se consigue con una mezcla de silicato de etilo y nanosílice (M8; NS1+SIL (1:9)).

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

1 min 15 min 30 min 45 min 60 min

cm 3. de ag ua a bs orbido s M1 NC M2 SIL M4 SIL+NC 1:4 M5 SIL+NC 4:1 M6 NS1+NC 1:6 M7 NS1+NC 3:2 M8 NS1+SIL 1:9 M9 NS1+SIL 1:1 M10 NS2 Blanco

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El uso de sílice como aditivo o sustitutivo de parte del cemento, desde hace más de 50 años, ha demostrado ser también un reductor de la permeabilidad [BAYASI,

1992;BAYASI yZHOU,1993;SEGEL, 2006]. Las partículas de nanosílice, por su alta

superficie efectiva de reacción, aumentan el volumen de productos de hidratación refinando los poros del material [LIN yTSAI, 2006; SEGEL,2006]. En este estudio, sin

embargo, la adición de NS1 una vez fraguado el mortero no modifica la permeabilidad al agua líquida, pero sí en combinación con otros compuestos que facilitan su penetración (su principal inconvenientes frente al resto de los tratamientos).

Las nanopartículas de hidróxido de calcio son reconocidas en la bibliografía como responsables de significativos descensos de la permeabilidad al agua líquida. Así, por ejemplo, Varenyam Achal [2011] registra descensos del 80% en morteros de cemento. En este trabajo la nanocal disminuye en un 47% la absorción de agua, pero en combinación con el silicato de etilo el descenso supera el 60% (M4; SIL+NC (1:4)) y el 80% (M5; SIL+NC (4:1)).