ESTUDIO DE LA ALTERACIÓN DE LOS BLOQUES DE TERMOARCILLA
DEL CERRAMIENTO DEL HOSPITAL DE DENIA (ALICANTE).
M. LOUIS Y. SPAIRANI M.A. GARCÍA-DEL-CURA
Dr Arquitecto prof. Arquitectura Dr. Geología Universidad Alicante Universidad Alicante IGEO (CSIC,UCM)
LPA. Unidad Asociada UA-CSIC. LPA. Unidad Asociada UA-CSIC. Miguel.louis@ua.es Yolanda.spairani@ua.es agcura@geo.ucm.es
R. PRADO J. A. HUESCA
Dr. Geología prof. Arquitectura técnica Universidad Alicante Universidad Alicante
Raul.prado@ua.es jahuescat@gmail.com
RESUMEN
En el presente trabajo se exponen las investigaciones realizadas para encontrar la causa de la alteración de los bloques de termoarcilla utilizados en la construcción del hospital de Denia, Alicante (España). Aproximadamente en junio de 2013 empezó a caerse el revestimiento de mortero de algunas zonas de las fachadas, apareciendo puntualmente los bloques de termoarcilla desagregados o arenizados. Se ha procedido a su análisis en laboratorio para conocer la causa de su arenización.
La alteración de los sulfuros que contienen y que ponen de manifiesto los análisis EDX, creemos es el factor responsable de la alteración, debido a la presión de cristalización por la formación de sales.
1. INTRODUCCIÓN
El hospital de la Marina en Denia se construyó en 2008, por la UTE formada por las empresas Ecisa y Fomento de Construcciones y Contratas, ejecutándose los cerramientos entre mayo y septiembre de dicho año. Estos se realizaron con bloques de termoarcilla de la empresa Fantini Scianatico.
La termoarcilla es un bloque cerámico de baja densidad y mayor grosor que el ladrillo convencional, que se utiliza como alternativa a otros materiales de construcción más comunes, como los ladrillos o los bloques de hormigón (Fig.1). Entre sus cualidades singulares figura su porosidad, que permite la transpiración, y su buena inercia térmica. Partiendo de una
mezcla de arcilla, con aditivos aligerantes, que se gasifican durante el proceso de cocción a más de 900 ºC sin dejar residuos, se origina una fina porosidad homogéneamente repartida en la masa cerámica del bloque. Esta constitución especial del material cerámico, junto con una geometría de la pieza específicamente estudiada, confieren a este nuevo producto características singulares, con grandes posibilidades de utilización, consiguiendo que muros de una hoja tengan prestaciones equivalentes o superiores en algunos aspectos, a los muros compuestos de varias capas, ya que reúnen en un solo material todo el conjunto de características exigibles a una
construcción moderna. Fig. 1 Bloque de termoarcilla
En la norma que regula sus características (1) se hace referencia a aspectos de forma, a su resistencia mecánica, propiedades térmicas y tan solo limita su composición química al contenido de sales solubles activas, de Na+, K+ o Mg2+, según categorías, con una exigencia máxima para la S2 del 0,06% de Na+, K+ y del 0,03% para Mg2+.
Hace aproximadamente un año empezó a caerse el revestimiento de mortero de algunas zonas de las fachadas, apareciendo puntualmente los bloques de termoarcilla desagregados o arenizados.
2 En este caso se ha producido su disgregación a pesar de estar los bloques revestidos y en zonas aleatorias, lo que hace suponer que el problema se puede deber a su propia composición más que al mortero de rejuntado o a la acción de agentes externos, y solo en determinadas partidas.
Puede deberse a un exceso de aditivo aligerante en su fabricación, lo que produce un exceso de porosidad, o a la presencia de minerales secundarios hinchables en su materia prima.
Con este estudio se pretende demostrar que la causa de la disgregación se debe al propio bloque y para ello es necesario conocer su composición, su estructura y su porosidad.
La torre pintada de negro, en la que figura el nombre del hospital, reúne además una serie de condiciones de diseño que facilitan el desprendimiento de los morteros.
Ha sido ejecutada sin juntas de dilatación a pesar de su gran superficie, se supone que por motivos estéticos, con revestimiento de mortero con un espesor excesivo que incluye una malla plástica, y la pintura negra hace de captador de energía solar, con lo que las dilataciones en días soleados son muy fuertes, provocando que el mortero se desprenda de la superficie soporte: los bloques de termoarcilla del cerramiento.
2. ESTUDIO DIAGNÓSTICO.
En el presente trabajo se ha realizado un estudio en el laboratorio de los materiales que componen las fábricas del cerramiento, los bloques de termoarcilla, para determinar las causas de los daños y deducir los sistemas de intervención más adecuados, así como comprobar la eficacia de los posibles tratamientos. Para ello se han seguido las recomendaciones de la norma UNE 41805-1 IN/2009, Anexo A de UNE-EN 771-1:2011,sobre “diagnóstico de edificios” (2) y las europeas de la RILEM commission 25-PEN (3) así como las establecidas por Niglio (4).
2.1. Toma de muestras
Se han tomado tres muestras de diferentes puntos del edificio, de acuerdo a lo exigido por la normativa y se han denominado de la siguiente manera:
HD-01 Fachada norte, zona exterior de la planta técnica.
HD-02 Fachada norte, zona interior de la planta técnica, junto al suelo. HD-03 de la esquina derecha de la torre negra (Fig. 2).
Presentan caras alteradas y caras sanas, lo cual permitirá comprobar mejor la causa de la alteración.
Fig. 2 Localización de las muestras extraídas. Las observaciones realizadas sobre ellas y los análisis, han dado los siguientes:
2.2. Resultados
Primeramente se han observado a simple vista, después con la lupa binocular y finalmente con el microscopio electrónico de barrido MEB, que junto con los correspondientes análisis de EDX ha permitido determinar la causa de la alteración por lo que se ha estimado innecesario realizar más análisis.
HD-01 Masa anaranjada con gránulos blancos de entre 0,5 y 1mm y alguno negro. Está muy cuarteada. HD-02 Similar a la anterior.
HD-03 De color más rojizo con gránulos blancos y grises y estructura lajosa.
2.2.1. Microscopio electrónico de barrido (MEB).
Se ha estudiado el material alterado con un Microscopio Electrónico de Barrido de presión variable, Hittachi S3000N equipado con un detector para microanálisis de energías dispersivas (EDX) Bruker modelo XFlash 3001. Se ha trabajado a bajo vacío sin recubrir las muestras.
En este caso el estudio se ha hecho sobre muestras sin recubrir como puede observarse si se miran los espectros, ésto permite hacer observaciones con electrones retrodispersados y hacer análisis químicos (espectros EDX) sin interferencias de materia de recubrimiento C o Au.
Un pequeño fragmento revestido con oro o carbono es expuesto a un haz de electrones obteniéndose imágenes del material a distintos aumentos, reconociéndose los minerales, fósiles y poros en tres dimensiones.
En el presente caso se trata de un material cerámico que incluye unos áridos, que deben añadirse como desgrasante, con una moda de tamaño 2-4mm, que a simple vista en fractura presentan diversos colores entre gris-beige-blanco.
El color blanco es debido a la presencia de sales desarrolladas preferentemente en la porosidad circungranular del árido (Fig. 3), formado por la alteración de los sulfuros que contienen y que ponen de manifiesto los análisis EDX, y creemos es el factor responsable de la alteración, debido a la presión de cristalización consecuencia de la formación de dichas sales (5).
Muestra HD– 02 Interior
4 Aspecto de las agujas que forman los sulfuros en distintas escalas. Aparecen concentrados en determinados puntos. En su formación aumentan considerablemente de volumen provocando fuertes presiones, causantes de la disgregación del material.
En la zona más lisa en la que no están los áridos en superficie se ven peor los efectos causantes de esa alteración, o son bastante menores, pero si se observa la porosidad (Fig. 4).
Fig. 4 Fotomicrografías realizadas con MEB. Aspecto de la superficie de la muestra (x100 y x20µm).
2.2.2. Analisis por Energias Dispersivas (EDX o EDS).
Fig 5. Espectro EDX 1. Ejemplo composición árido: Arido 1
Element AN Series unn. C norm. C Atom. C Error [wt.%] [wt.%] [at.%] [wt.%] --- Oxygen 8 K-series 62.56 57.49 75.03 16.7 Magnesium 12 K-series 0.88 0.81 0.69 0.2 Aluminium 13 K-series 5.13 4.71 3.65 0.6 Silicon 14 K-series 5.27 4.84 3.60 0.5 Sulfur 16 K-series 4.68 4.30 2.80 0.4 Potassium 19 K-series 1.27 1.17 0.62 0.2 Calcium 20 K-series 26.79 24.62 12.83 1.6 Iron 26 K-series 2.23 2.05 0.77 0.2 Phosphorus 15 K-series 0.01 0.01 0.01 0.0 --- Total: 108.83 100.00 100.00
Su composición es básicamente caliza, aunque con un alto porcentaje de silicatos de aluminio y hierro, típica de los materiales cerámicos. Pero la presencia de azufre es elevada (4,30%) lo que confirma lo
observado en el MEB. 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 keV 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 cps/eV O Mg Al Si S K K Ca Ca Fe Fe P
Fig 6. Espectro EDX 2. Ejemplo composición: árido 2
Spectrum: HDM 1 A2.spx
Element AN Series unn. C norm. CAtom. C Error [wt.%] [wt.%] [at.%] [wt.%] --- Oxygen 8 K-series 58.55 54.23 72.41 16.6 Magnesium 12 K-series 0.76 0.71 0.62 0.2 Aluminium 13 K-series 5.31 4.92 3.89 0.6 Silicon 14 K-series 5.41 5.01 3.81 0.5 Sulfur 16 K-series 4.85 4.50 3.00 0.4 Potassium 19 K-series 3.63 3.36 1.84 0.3 Calcium 20 K-series 28.67 26.56 14.16 1.8 Iron 26 K-series 0.78 0.72 0.28 0.1 --- Total: 107.95 100.00 100.00
Los resultados son muy similares, algo más rica en Ca pero también en silicatos, en este caso potásicos y con poco hierro. La presencia de azufre es también mayor (4,50%).
Composición de la matriz: Spectrum: HDM 1-1.spx
Element AN Series unn. C norm. C Atom.C Error [wt.%] [wt.%] [at.%] [wt.%] --- Oxygen 8 K-series 51.48 50.82 69.23 14.5 Magnesium 12 K-series 3.00 2.97 2.66 0.4 Aluminium 13 K-series 3.96 3.91 3.15 0.5 Silicon 14 K-series 10.15 10.02 7.77 0.9 Sulfur 16 K-series 0.43 0.42 0.29 0.1 Potassium 19 K-series 1.43 1.41 0.79 0.2 Calcium 20 K-series 27.71 27.35 14.88 1.7 Titanium 22 K-series 0.32 0.32 0.15 0.1 Iron 26 K-series 2.83 2.79 1.09 0.3 --- Fig 7. Espectro EDX 3. Total: 101.31 100.00 100.00 Mayor porcentaje de silicatos cálcicos y menor presencia de Al y Fe. La presencia de Mg es tres veces mayor que en las muestras anteriores, aunque puede estar en forma de dolomía. El descenso del contenido en S es muy significativo (0,42%). 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 keV 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 cps/eV O Mg Al Si S K K Ca Ca Fe Fe 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 keV 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 cps/eV O Mg Al Si S K K Ca Ca Ti Ti Fe Fe
6 Composición superficie lisa:
Fig 8. Espectro EDX 4.
Fig 8. Espectro EDX 4.
Presencia de carbonatos cálcicos y magnésicos probablemente, aunque los silicatos siguen estando presentes. Ausencia total de azufre. Es la cara lisa de una pieza no alterada, lo que abunda en que la causa del deterioro es el sulfuro. El porcentaje de Mg es muy alto, 4,51%.
Muestra HD-01 Zócalo terraza:
Fig.9. En estas microfotografías parece que le hubieran hecho un tratamiento anterior (x250 y x50µm). Las sales son menos fibrosas pero también están. Podemos pensar que están en proceso de crecimiento. Si se observa el proceso de desescamación de la pieza en las últimas microfotografías (Fig. 10).
Spectrum: HDM 1L TOTAL.spx
Element AN Series unn. C norm. C Atom. C Error [wt.%] [wt.%] [at.%] [wt.%] --- Carbon 6 K-series 7.45 6.42 10.93 3.4 Oxygen 8 K-series 54.76 47.22 60.35 14.0 Magnesium 12 K-series 5.23 4.51 3.79 0.6 Aluminium 13 K-series 8.11 6.99 5.30 0.8 Silicon 14 K-series 12.28 10.59 7.71 1.1 Potassium 19 K-series 1.16 1.00 0.52 0.1 Calcium 20 K-series 23.17 19.98 10.19 1.4 Iron 26 K-series 3.81 3.28 1.20 0.3 --- Total: 115.95 100.00 100.00 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 keV 0 1 2 3 4 5 6 cps/eV C O Mg Al Si K K Ca Ca Fe Fe
Fig.10. Fotomicrografías realizadas con MEB en modo de electrones retrodispersados de sales ligadas a los procesos de descamación. (x20, x10, x500 y x50µm).
3. CONCLUSIONES
Los bloques de termoarcilla de la empresa Fantini Scianatico, empleados en la realización de los cerramientos del hospital de Denia, contienen en su composición importantes cantidades de sulfuros, cuya procedencia es imputable al agregado desgrasante, aunque esto no ocurre en todas las partidas, por lo que pudiera corresponder con una cantidad de bloques limitada, dentro del total de piezas empleado.
Las fases de alteración de los sulfuros al cristalizar lo hacen en forma de agujas, de mayor o menor tamaño en función de distintas variables como puede ser la temperatura, % de humedad, provocando aumentos de volumen que crean presiones internas en las piezas arenizándolas. Esto provoca el desprendimiento del revestimiento exterior, quedando las piezas de termoarcilla expuestas a los agentes atmosféricos, aumentando con ello las posibilidades de que se produzca el ciclo disolución recristalización de las sales.
Las propuestas para subsanar el problema de alteración de las piezas de termoarcilla no son sencillas, ya que no existe la seguridad de que nuevas piezas puedan alterarse aunque, dado el tiempo transcurrido, es muy probable que el problema no se vuelva a repetir y que se limite a un número reducido de piezas. Se debe primeramente proceder a la limpieza de las superficies alteradas con aspiradores, aire a baja presión y cepillos de cerdas suaves para eliminar todo el polvo atmosférico adherido. En zonas más alteradas se puede emplear la limpieza mecánica en seco de toda la superficie, especialmente en aquellas zonas con costras de sulfatos y carbonatos, con el sistema MicroStrip BM-60 MS/TP. La microproyección se realizará a baja presión (una media de 2 - 5 bares, según la zona y espesor de las costras) con silicato de aluminio.
Posteriormente se debe proceder a la aplicación de un inhibidor de sales como el Isolsan de la casa EDILTECO, con ello se evita la cristalización de las sales incluso en estado de sobresaturación.
Consolidación de las zonas con pulverulencia con silicato de etilo (estel 1000 o similar); por impregnación aplicándolo sobre la superficie hasta saturación, insistiendo y repitiendo el proceso en piezas con elevado grado de alteración.
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4. GRACIAS
Nuestro agradecimiento a la empresa Ecisa, por haber permitido esta investigación mediante un convenio con la Universidad de Alicante.
5. REFERENCIAS
(1) EN-771-1. “Especificaciones de piezas para fábricas de albañilería”. Parte 1. Piezas de arcilla cocida. Tipo LD. De baja densidad para fábricas revestidas.
(2) UNE 41805-1 IN/2009, Anexo A de UNE-EN 771-1:2011,sobre “diagnóstico de edificios”. (3) RILEM commission 25-PEN.
(4) Niglio O. (2004) «Tecnologie diagnostiche per la conservazione dei beni architettonic i ». Ed. Il prato, Padova.
(5)
Pauly, J.P. (1996). “Altération alvéolaire: évolution et climatologie”. Mém. Soc. Géol. France, 169, 421-426.
(6) Louis M., Spairani Y., Chinchon S. (1997). “Study of treatments for the elimination of soluble salt and dampness in the repair of coating stone buildings”. 4th International Symposium on the Conservation of Monuments in the Mediterranean. Rodas, pp. 177-191.