PROCEDIMIENTO PARA HIDROFUGAR Y CONSOLIDAR ROCAS Y OTROS MATERIALES DE CONSTRUCCION.

Procedimiento para hidrofugar y consolidar rocas y otros materiales de construcción.

Se trata de un tratamiento capaz de hidrofugar y consolidar de forma simultánea el sustrato pétreo tratado.

Este procedimiento penetra profunda y eficazmente en los poros de la roca alterada, incrementando su cohesión y al mismo tiempo, impide que el agua en estado líquido, principal vehículo de sales y agentes contaminantes, penetre en la estructura porosa de la roca.

Su principal aplicación es la conservación de edificios monumentales y otras piezas de valor histórico-artístico

Procedimiento para hidrofugar y consolidar rocas y otros materiales de construcción.

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a un procedimiento de conservación y restauración para rocas y otros materiales de construcción de naturaleza porosa. En concreto, se trata de un tratamiento capaz de hidrofugar y consolidar de forma simultánea el sustrato pétreo tratado. Su principal aplicación es la conservación de edificios monumentales y otras piezas de valor histórico-artístico. En general, puede ser utilizado como tratamiento protector en materiales de construcción utilizados en obras actuales.

Estado de la técnica anterior a la fecha de presentación

Las intervenciones de restauración de los monumentos y obras artísticas se remontan a la misma época de su construcción, aunque su filosofía era radicalmente opuesta a la que existe actualmente. En la antigüedad, las intervenciones sobre obras de arte se entendían como una simple sustitución de las piezas deterioradas, mientras que el concepto moderno de conservación implica la preservación a toda costa de la obra artística original.

En el año 1972, se redacta la Carta del Restauro en la que se sientan las bases de la restauración actual, ampliándose el concepto de obra a restaurar al entorno ambiental en la que la obra ha sido, históricamente, legada. Este concepto conduce a una división de las obras de intervención en dos tipos:

        •        vtcortaunaRestauración, que consiste en una intervención directa sobre el material alterado. Como ejemplos, se pueden citar la limpieza del edificio o la consolidación de los materiales erosionados.

        •        vtcortaunaConservación, se trata de actuar sobre el entorno de la obra artística eliminando o reduciendo los factores responsables de la alteración. La conservación se realiza sobre materiales sanos, o bien sobre materiales que han sido sometidos previamente a restauración. El control de parámetros como humedad relativa o temperatura del entorno (sólo se puede llevar a cabo en obras artísticas localizadas en el interior de museos o edificios), y la hidrofugación, son los procedimientos más habituales.

La hidrofugación impide la penetración de agua líquida - que actúa como vehículo de la mayor parte de agentes que provocan el deterioro- en el sistema poroso de la roca tratada. La presencia de agua en la piedra origina los siguientes procesos de deterioro:

        •        vtcortaunaGrietas producidas por las raíces de colonias de hongos y líquenes.

        •        vtcortaunaRoturas causadas por el incremento de volumen que origina la formación de hielo.

        •        vtcortaunaCorrosión química por los ácidos de azufre SO₂ y SO₃ disueltos en el agua de lluvia o por sales de origen marino, originándose un peligroso tipo de alteración conocido como eflorescencia.

Por esta razón, desde la antigüedad, se han aplicado diferentes materiales de naturaleza hidrófoba sobre la roca, como: ceras, aceites. Otras técnicas que fueron utilizadas habitualmente con esta finalidad, han sido el recubrimiento de las fachadas de los edificios con cal, o con pinturas compuestas de resinas orgánicas. Sin embargo, todos los procedimientos comentados están hoy en día totalmente desaconsejados porque impermeabilizan las superficies tratadas, es decir, evitan la absorción del agua líquida y también del agua vapor a través del sistema poroso de los materiales tratados. No se puede reducir, ni mucho menos eliminar completamente, el trasporte de vapor de agua porque evitaría la eliminación de agua interna que ha ascendido al edificio a través de otras vías, como por ascenso capilar desde el subsuelo.

En la actualidad, se utilizan diferentes productos sintéticos, conocidos como hidrofugantes, que evitan la absorción de agua líquida a través de los poros de la roca, mientras la permeabilidad al vapor no se modifica. En la Figura 1, se explica el comportamiento frente al agua de una pared sin tratar y tratada con un hidrofugante y un impermeabilizante. La impermeabilización sella los poros de la piedra al paso de agua en estado líquido y vapor, mientras la hidrofugación forma una capa hidrorepelente en la superficie que deja los poros abiertos al paso de vapor.

La ecuación de Young (ecuación 1) permite racionalizar el proceso de humectación y por tanto, explicar el mecanismo de actuación de un hidrofugante.

ecuación 1cos ? = frac{? _SV - ? _SL}{? _LV}

donde ? es el ángulo de contacto sólido-agua, ?_SV es la tensión superficial sólido-aire, ?_SL es la tensión superficial sólido-agua y ?_LV es la tensión superficial líquido-aire.

Se produce la humectación cuando el agua se extiende sobre el sólido, formándose un ángulo de contacto inferior a 90º (Figura 2), situación propiciada -de acuerdo con la ecuación de Young- si la tensión superficial sólido-aire es mayor que la tensión superficial sólido-agua, es decir, la energía libre superficial de la superficie del sólido es superior que la que posee cuando dicha superficie está recubierta por el agua, de ahí la estabilidad de esta situación, que favorece por tanto, el mojado. Por el contrario, si el ángulo de contacto es superior a 90º (Figura 2), no se produce humectación. En este caso, la tensión superficial sólido-aire es menor que la tensión superficial de la interfase sólido-agua, o sea, la superficie del sólido en contacto con el aire es más estable que la superficie sólido-agua. Por tanto, el líquido tienda a establecer la menor interfase de contacto con el sólido posible.

Las rocas son materiales hidrófilos en los que La tensión superficial sólido-aire es superior a la tensión superficial sólido-agua. Por tanto, el agua tiende de forma espontánea a extenderse sobre la superficie formando un ángulo de contacto inferior a 90º. Si se aplica un hidrofugante sobre la superficie de la roca, se produce un aumento en la intensidad de fuerzas atractivas en la interfase, incrementando el valor de la tensión superficial sólido-agua. Cuando ésta supera la tensión superficial sólido-aire, el ángulo de contacto, según la ecuación de Young, se hace mayor que 90º, convirtiéndose en una superficie hidrófoba. Para incrementar la tensión superficial en la interfase, los hidrofugantes deben poseer una parte polar que interacciona con la roca y una parte apolar (habitualmente un componente orgánico) que se proyecta hacia el exterior.

En el libro de Price (Stone Conservation. An Overview of Current Research. Editado por The J. Paul Getty. 1996) aparece una amplia revisión sobre los tres grupos de hidrofugantes más populares. A continuación, se comentan brevemente, las características de los citados grupos:

        1.        ALQUILALCOXISILANOS: están constituidos por un monómero de silicio que polimeriza espontáneamente en el interior de los poros de la roca. En concreto, son derivados del silano en los que algún hidrógeno es sustituido por un radical alquilo, mientras el resto de hidrógenos son reemplazados por radicales alcoxi. Se obtiene un producto con propiedades hidrofugantes y consolidantes porque además de los enlaces Si-O-Si que se establece entre la roca y el producto (responsables del efecto consolidante), existen enlaces Si-C de carácter apolar, responsables del efecto hidrofugante. A este grupo pertenecen los productos Rhodorsil X54-802 (comercializado por Rhhat{o}ne-Poulenc), Brethane (Colebrane Lmt.), Wacker H (Wacker) y T40140 (Dow Corning).

        2.        POLISILOXANOS: Son resinas silicónicas en las que su componente activo es un polisiloxano. A diferencia del grupo anterior, estos productos...

1. Procedimiento para consolidar e hidrofugar simultáneamente rocas u otros materiales de construcción de naturaleza porosa que consiste en:

        a)        Preparación de un sol estable mediante las siguientes etapas:

•        vtcortaunaMezclar un alcoxisilano o un polixilosano de bajo peso molecular con un disolvente orgánico en el que se solubilize el alcoxisilano o en su caso, el polixilosano y agua.

•        vtcortaunaAñadir un organosiloxano en proporción respecto al alcoxisilano inferior al 50% v/v

•        vtcortaunaAñadir un tensioactivo no iónico en una proporción inferior a su concentración micelar crítica.

        b)        Aplicación sobre el sustrato poroso objeto de tratamiento mediante las siguientes etapas:

•        vtcortaunaAdición de agua al sol.

•        vtcortaunaAplicación del sol sobre el sustrato poroso.

2. Procedimiento para consolidar e hidrofugar simultáneamente rocas u otros materiales de construcción de naturaleza porosa que consiste en:

        a)        Preparación de un sol mediante las siguientes etapas:

•        vtcortaunaMezclar un alcoxisilano o un polixilosano de bajo peso molecular con agua y con un disolvente orgánico en el que se solubilize el alcoxisilano o en su caso, el polixilosano y el agua.

•        vtcortaunaAñadir un organosiloxano en proporción respecto al alcoxisilano inferior al 50% v/v

•        vtcortaunaAñadir un tensioactivo no iónico en una proporción inferior a su concentración micelar crítica.

        b)        Aplicación inmediata sobre el sustrato poroso objeto de tratamiento.

3. Procedimiento según reivindicaciones 1 ó 2, donde el alcoxisilano es tetraetoxisilano (TEOS) puro o parcialmente hidrolizado.

4. Procedimiento según reivindicaciones 1 ó 2, donde el disolvente orgánico es un alcohol alifático de bajo peso molecular, preferiblemente etanol.

5. Procedimiento según reivindicaciones 1 ó 2, donde el organosiloxano es el polidimetilsiloxano.

6. Procedimiento según reivindicaciones 1 ó 2, donde el tensioactivo no iónico es una amina primaria, preferentemente n-octilamina.

7. Procedimiento según reivindicación 2, donde se mezcla TEOS, etanol y agua, sometiéndose la mezcla a agitación de ultrasonidos, añadiéndose gota a gota PDMS y añadiendo finalmente n-octilamina mediante agitación, siendo las relaciones molares de la mezcla: 1TEOS/4Etanol/4agua/0,04 PDMS/0,0028 n-octilamina.

8. Geles híbridos orgánico-inorgánicos de naturaleza mesoporosa y tamaño de poro uniforme, obtenidos a temperatura ambiente en el interior de los poros del sustrato a consolidar/hidrofugar, según reivindicaciones 1 a 7.

9. Aplicación del procedimiento y materiales, según reivindicaciones 1 a 8, a la consolidación/hidrofugación de piedras y otros materiales de construcción de naturaleza porosa.