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MATERIALES PÉTREOS GRANÍTICOS. ALTERACIONES,
DIAGNOSIS Y EVALUACIÓN DE TRATAMIENTOS
Teresa Rivas
Grupo de investigación-Explotación de minas
ETSI MINAS-UNIVERSIDAD DE VIGO
Esta ponencia se centra en las particularidades mineralógicas y texturales de los granitos que
condicionan su alteración en monumentos, su respuesta a tratamientos de conservación y limitan
en muchos casos la aplicación de técnicas analíticas para evaluar la eficacia de estos
tratamientos.
La información utilizada para preparar esta charla procede de trabajos bibliográficos científicos y
también de los trabajos realizados por nuestro grupo de investigación, perteneciente a la ETSI
Minas de la Universidad de Vigo, en estrecha colaboración con otros grupos, como son el
ENCOMAT (con el que trabajamos en desalación de rocas por métodos electrocinéticos), el
grupo TE243 (con el que colaboramos en la medida de la eficacia de consolidantes e
hidrofugantes), con la Escuela Superior de Conservación y Restauración de Bienes Culturales de
Galicia, con los que siempre estamos en contacto directo, y con el centro de investigaciones
Tecnológicas de la Universidad de A Coruña, con los que colaboramos en limpieza de granitos
con láser.
Son dos los aspectos de las rocas que más condicionan su comportamiento en obra y su
respuesta frente a tratamientos [1]. La mineralogía (que hace referencia a qué minerales las
componen) y la textura (que se refiere a la disposición espacial de sus componentes, definiendo
un parámetro fundamental, que es el sistema poroso o sistema de espacios vacíos).
Ambos aspectos, en los granitos, van a determinar una susceptibilidad particular a los diferentes
mecanismos de meteorización química y física [2] y una determinada receptividad a ser
colonizadas por organismos vivos. Pero también influyen en la respuesta a los distintos
tratamientos de conservación (consolidación, hidrofugación, limpieza y desalación) y, de manera
muy particular, incluso actúan como condicionantes a la hora de aplicar técnicas analíticas para
evaluar la eficacia de dichos tratamientos. Esto determina que, para estas rocas, tengamos que
aplicar protocolos (de tratamiento, de análisis) adaptados a sus particularidades, lo que implica
una dificultad añadida en su estudio.
Si comparamos los granitos con el otro tipo de rocas más usadas en el patrimonio arquitectónico
y arqueológico, las rocas sedimentarias, vemos grandes diferencias [1]. Mineralógicamente, las
calizas se componen de un cemento, mayoritariamente carbonato de calcio, que engloba clastos;
en éstos, en el caso de rocas detríticas y biogénicas, vuelve a ser el carbonato cálcico el mineral
constituyente de manera mayoritaria. La textura de estas rocas es detrítica, definida por el
cemento que engloba los clastos. Las rocas graníticas, por el contrario, están compuestas
mayoritariamente por minerales del grupo de los silicatos; su génesis determina su textura, de
tipo granuda o cristalina, definida por granos individuales poliédricos en contacto directo,
formando un mosaico. Los mármoles, otro grupo de rocas de origen metamórfico, comparten con
las calizas su carácter carbonatado y con los granitos su textura cristalina.
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Empezando por la susceptibilidad a la meteorización química, podemos preguntarnos en primer
ligar qué mecanismos actúan en estos dos grandes tipos de rocas. Existen cuatro procesos de
meteorización química: disolución, hidrólisis, oxidación e hidratación.
La disolución es el proceso principal de alteración de las rocas sedimentarias carbonatadas. En
monumentos, es responsable de la formación de acanaladuras y picoteados; a través de una
disolución se forman también las conocidas costras negras en rocas carbonatadas, a través de la
precipitación de sulfato de calcio en la superficie por reacción del azufre atmosférico y el calcio
de la roca. La disolución, por el contrario, no afecta a minerales del grupo de los silicatos y así,
sólo algunos pocos minerales accesorios de estas rocas (apatito, por ejemplo) se podrían ver
afectados pero en condiciones de pH muy drásticas.
La hidrólisis sí ya es el proceso de alteración principal de los silicatos. Bajo las mismas
condiciones ambientales y de sitio, es un proceso mucho más lento que la disolución. Es el
mecanismo responsable de la edafogénesis o formación de los suelos, y se manifiesta en la
transformación mineral (por ejemplo, trasformación de la mica en vermiculita) y en la
neoformación mineral (por ejemplo, la formación de la caolinita a partir del feldespato potásico o
la formación de formas de Al, Si y Fe amorfas en los suelos).
En la mayoría de los estudios de diagnosis, no se detectan más cantidades de estos minerales
de neoformación o transformación en los monumentos que en las canteras de origen, por lo que
se considera que la meteorización por hidrólisis no progresa en los edificios [3]; así, en muestras
de arena de granitos afectados por arenización no existe más cantidad de caolinita que la que la
misma roca posee en canteras de origen. Como excepciones y de manera muy puntual,
únicamente se encuentran evidencias de meteorización por hidrólisis en rocas graníticas de
dólmenes en clima templado húmedo [4] (caolinitización y formación de micas hidroxiladas) y
formación de pátinas compuestas por fases minerales amorfas en construcciones que han
estado durante largo tiempo enterradas.
La oxidación la sufren por igual rocas sedimentarias o granitos, ya que afecta a aquellos
minerales (comúnmente accesorios) susceptibles a la oxidación, como sulfuros metálicos o
inclusiones ricas en hierro.
La hidratación, el cuarto proceso de meteorización química, es más factible que se produzca en
rocas sedimentarias detríticas de formación en ambiente evaporítico, que pueden poseer
minerales con capacidad de hidratarse, generalmente sales.
Vemos que, desde el punto de vista químico, los granitos se comportan de manera muy diferente
a las rocas sedimentarias, y podría decirse que bajo las mismas condiciones ambientales y
temporales, los granitos parecen ser más resistentes a estos procesos de meteorización
química.
¿Ocurre lo mismo con los mecanismos de deterioro físico? Nos centraremos en uno de los más
importantes: la cristalización de sales solubles. En este proceso de deterioro es la textura de las
rocas el factor que determina una mayor o menor susceptibilidad, siendo fundamentales dos
aspectos: el volumen de poros y la distribución espacial de los mismos (conectividad, forma,
etc…).
En las calizas, el volumen poroso suele rondar en torno al 20%. Y los espacios vacíos son
huecos más o menos equidimensionales. En los granitos, por el contrario, el volumen poroso es
mucho mas bajo (un granito se considera sano si no supera el 2% de porosidad); pero además,
los huecos son de morfología planar, tipo fisura, debido precisamente a la textura granuda o
cristalina.
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Los granitos, por tanto, poseen una baja porosidad (que conlleva una baja absorción de agua) y
generalmente son rocas muy permeables, es decir, sus fisuras están bien comunicadas unas con
otras. Pero a pesar de esta baja porosidad, el granito es igual de susceptible que las rocas
sedimentarias frente a procesos de alteración física que tienen como vehículo el agua:
cristalización de sales, hielo-deshielo y biodeterioro.
En el caso de la alteración por cristalización de sales, no sólo importa el volumen de poros, sino
la configuración. Es aceptado que las rocas más susceptibles a este proceso físico de deterioro
son aquellas que poseen poros grandes conectados a poros de pequeño tamaño, en donde la
presión de cristalización es mayor [5]. Y los granitos pueden tener esa configuración
demostrándose en trabajos científicos que efectivamente aquellos granitos que poseen una
distribución de tamaños de acceso de poros bimodal (macro y microfisuras) son más
susceptibles, a igual volumen de poros, que los granitos en los que predominan casi
exclusivamente poros de acceso ancho [6].
Y así, las manifestaciones de la acción de las sales en edificios graníticos son las mismas que
para las calizas, llegando a intensidades similares o mayores: placas, plaquetas y escamas,
desagregación arenosa y alveolización son las formas de alteración asociadas con sales
solubles en rocas graníticas [3].
Otro mecanismo de deterioro de las rocas en monumentos es el asociado con la actividad de
organismos colonizadores. También la mineralogía y la textura de las rocas influyen en la
intensidad de este proceso. En el caso de las calizas, se constata que los organismos
colonizadores alteran por procesos físicos y químicos, en este caso dando lugar a procesos de
neoformación mineral como los oxalatos cálcicos y el yeso [7]. En rocas graníticas, se ha
constatado que también estos organismos provocan cambios físicos, como el incremento de la
porosidad y fisuración en áreas superficiales asociado con el crecimiento y penetración de
estructuras como las hifas. Se podría pensar que siendo menos biorreceptivas químicamente
(estas rocas recordamos que no se alteran por disolución y son menos ricas en elementos
alcalinos y alcalino térreos, que constituyen nutrientes para los organismos vivos), los granitos se
alterarían menos que las rocas sedimentarias carbonatadas por procesos biogeoquímicos. Sin
embargo, se ha constatado también tanto la transformación mineral como la neoformación
(precipitación de oxalato de calcio y calcita), si bien se trata de procesos muy localizados y
relativamente lentos [8]. En cualquier caso, los granitos son rocas biorreceptivas, entendiéndose
este término como la facilidad de ser colonizada por organismos vivos. Investigadores de la
Universidad de Santiago han relacionado esta biorreceptividad con la porosidad accesible, el pH
de abrasión y, sobre todo, el coeficiente capilar, que determina que la roca absorba más
rápidamente el agua y permanezca más o menos tiempo húmeda [9].
Antes, se habló de las costras negras desarrolladas sobre rocas sedimentarias carbonatadas. El
mecanismo que da lugar a las costras negras no biogénicas en rocas graníticas parece derivarse
de procesos distintos a los que se producen en calizas. Un estudio reciente realizado por nuestro
grupo se centró en la caracterización de las costras negras en edificios urbanos de influencia
costera y en el análisis del origen del S que contenían [10]. Así, en esta ciudad realizamos un
muestreo de costras en numerosos edificios localizados en distintos puntos de la ciudad y
diferentes orientaciones. Las costras se analizaron aplicando distintas analíticas. Así mismo, se
realizó un muestreo de posibles fuentes de azufre. Con todas las muestras se realizó, por último,
un análisis isotópico del azufre que permite conocer la relación entre los dos isótopos comunes
del S: el 34S y 32S.
Todas las costras analizadas están compuestas de yeso. No hay transformación física ni
mineralógica por debajo de la costra.
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De las posibles fuentes de azufre analizadas (cementos y morteros de edificios, cementos, cales
y yeso comerciales, aguas de ascenso capilar desde los cimientos, residuos de combustión de
vehículos diesel y gasolina), las que poseen más S son los cementos, cales y yesos comerciales
y los residuos de la combustión de diesel y gasolina. En menor medida, los cementos y morteros
que están en el interior del edificio también contienen sulfatos. La atmósfera también es una
fuente importante de este ion, que es el segundo en importancia después el cloruro. La
concentración de sulfato atmosférico, en Vigo y su área de influencia, está muy ligada a la
deposición húmeda, es decir, al volumen de agua de lluvia, y especialmente a los frentes
lluviosos procedentes del mar.
Las relaciones isotópicas de las costras sulfatadas están muy próximas a las relaciones
isotópicas de la deposición atmosférica, indicando que el sulfato de estas formas de alteración
procede por tanto de la atmósfera. En estos dos grupos de muestra (costras y deposición
atmosférica), el azufre tiene una composición isotópica intermedia entre los dos extremos: el
azufre de origen marino (rico en 34S) y el azufre procedente de los residuos de combustión diesel
y gasolina (rico en 32S). Por tanto, en la génesis de las costras sulfatadas en granitos, no se
puede descartar la importancia del azufre procedente del mar y por tanto la contribución a esta
forma de alteración del aerosol marino. Con respecto al origen del Ca, a partir delas
observaciones en los edificios y de las analíticas de los depósitos, se deduce que este catión
procede de restos de antiguos revestimientos y de la disolución de morteros de juntas y de
cemento; por tanto, el correcto mantenimiento de los edificio y el uso de materiales adecuados a
la climatología sería la clave para que el proceso de sulfatación en granitos se ralentizase.
Las particularidades mineralógicas y texturales de las rocas graníticas condicionan en gran
medida las técnicas analíticas que pueden aplicarse con rigor para evaluar la eficacia y
durabilidad de tratamientos de conservación.
Por ejemplo, cuando se evalúa la eficacia de la consolidación e hidrofugación, una cuestión de
gran importancia es la medida de la profundidad de penetración. En los trabajos científicos, la
mayoría sobre rocas sedimentarias, la profundidad de penetración se establece a partir del
análisis de una señal propia del producto en la roca y su distribución en profundidad desde la
superficie tratada [11]. Debido a que los consolidantes e hidrofugantes comúnmente aplicados
son derivados del tetraetoxisilano-TEOS, el análisis del contenido de Si en profundidad en rocas
sedimentarias (de composición mayoritariamente carbonatada) suele dar muy resultados para
identificar la profundidad hasta la cual el producto ha penetrado. En granitos, el uso de la señal
del Si del TEOS como indicador de la profundidad de penetración es difícil de aplicar, ya que la
naturaleza química de la roca es de silicio casi en su totalidad.
La eficacia de un consolidante también es otra propiedad difícil de evaluar en granitos;
habiéndose descartado la utilidad de medidas de masa (compresión simple, por ejemplo [12, 13,
14]), la tendencia es hacia la aplicación de medidas superficiales, como la dureza superficial o el
Drilling Resistance Measurement System [15]. Ambos ensayos no son aplicables en rocas
graníticas, debido a su carácter polimineral y dureza elevada. Por tanto, para estas rocas, es
necesario optimizar métodos específicos a partir de ensayos ya normativizados (por ejemplo,
estamos ensayando la eficacia del Slake Durability test, normativizado por la ASTM como
herramienta de evaluación de la consolidación en granitos) o diseñando nuevos ensayos a partir
de premisas teóricas de mecánica de rocas. Un ensayo que nos ha dado resultado en evaluación
de la consolidación en campo es el Peeling test [16], aplicado con éxito por otros autores en
rocas sedimentarias y que en granitos precisa de una intensidad de descohesión inicial muy
elevada.
La medida de los cambios del color mediante espectrofotómetros y su expresión en los espacios
de color L*a*b* o L*CH también es problemática en rocas graníticas. La textura (equigranular,
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inequigranular, presencia de fenocristales) y el tamaño de grano condicionan muchísimo el área
de medida seleccionada y el número de medidas a tomar por superficie de evaluación. El
carácter polimineral constituye un factor de variación del color en la roca, y su discriminación del
efecto que ocasionan los productos de tratamiento, por ejemplo, el láser usado como técnica de
limpieza [17], debe hacerse a partir de análisis estadísticos, lo que implica un esfuerzo añadido.
Sin embargo, hay un campo de trabajo en el cual las rocas graníticas y sus particularidades
juegan a favor del investigador, y es la desalación por métodos electrocinéticos. Los métodos
electrocinéticos se aplican con éxito en la descontaminación de suelos y sedimentos y en la
extracción de cloruros en hormigón armado. Un estudio reciente elaborado por nuestro grupo en
colaboración con ENCOMAT, de la Universidad de Vigo [18], ha permitido constatar que la
desalación de sales de cloruros y sulfatos es eficaz en este tipo de rocas, y no provoca efectos
sobre el color o la estabilidad mineral. El método consiste en aplicar una corriente eléctrica en la
roca, estableciendo una diferencia de potencial a través de la colocación de electrodos que
fuerzan el movimiento de los iones en el interior de la roca: los cationes se dirigen hacia el
cátodo o polo negativo y los aniones hacia el ánodo o polo positivo. El método precisa saturar
previamente la roca con un electrolito que facilite este movimiento y actúe a la vez de sistema
tampón de las modificaciones de pH que se producen en el ánodo (donde el pH desciende
debido a la producción de hidrogeniones) y en el cátodo (donde el pH asciende debido a la
producción de hidroxilos). La superficie rocosa en contacto con los electrodos se protege a su
vez de estos cambios mediante la colocación entre la roca y el electrodo de una papeta
amortiguadora de pH. La elevada permeabilidad de las rocas graníticas y la relativa estabilidad
de los silicatos es la clave del éxito de esta técnica; por otra parte, se ha encontrado, a diferencia
de otros métodos de desalación como el uso de papetas adsorbentes, que la distribución de
poros de las rocas no parece afectar a la eficacia, salvo en lo que respecta al tiempo necesario
para alcanzar la desalación completa.
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