Morteros historicos
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NUEVAS TENDENCIAS EN MATERIALES CEMENTANTES EN CONSTRUCCIÓN
Dr. Eduardo M. Sebastián Pardo
Dpto. Mineralogía y Petrología
Universidad de Granada
Aglomerantes y morteros históricos: Caracterización y conservación
Universidad de Córdoba. Septiembre, 2010
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TERMINOLOGÍA
Mortero: aglomerante, agua y árido (arena)
Hormigón: aglomerante, agua, arena y grava (distintos tamaños de árido)
Pasta: aglomerante sólo, mezclado con agua para ser amasado
Lechada: aglomerante sólo, con exceso de agua
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Morteros
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Morteros
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FUNCIÓN CONSTRUCTIVA
a) Morteros de fábrica.
b) Morteros de revestimiento.
c) Morteros de decoración (estucos).
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NATURALEZA DEL AGLOMERANTE
(Aglomerante: partículas muy finas y muy reactivas químicamente).
1.- Mortero de barro. “Tierra arcillosa”.
2.- Mortero de yeso.
3.- Mortero de cal (material histórico tradicional): composicionalmente “grasa” o “magra”.
4.- Mortero de cemento.
5.- Mortero con ligantes orgánicos.
6.- Morteros bastardo (cal y yeso o cal y cemento).
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Históricamente: Mortero Tradicional
• Cuidadosa selección de materias primas
• Compatible con los demás elementos de fábrica
• Comportamiento activo
Actualmente: Mortero de cemento
• Incompatibles con los demás elementos de fábrica a
causa de su excesiva resistencia, adherencia y
microporosidad, así como sus elevados coeficiente
de dilatación térmica, conductividad térmica y
contenido en sales
SalesImpacto visual
Consecuencia:
Deterioro del Patrimonio Arquitectónico
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Características y propiedades mortero de calmortero de cemento
Portland
Temp. de calcinación de la materia prima (ºC)
850-1100 >1400
Fraguado lento rápido
Retracción medio-alta elevada
Permeabilidad alta baja/nula
Porosidad medio-alta muy baja
Color blanco gris acerado/oscuro
Rigidez baja/nula Elevada
Sales solubles ningunaalcalis, ettringita,
thaumasita
Reversibilidad si no
Conductividad térmica(W/mºC)
<1 >1
ANÁLISIS COMPARADO ENTRE MORTEROS
DE CAL Y MORTEROS DE CEMENTO GRIS
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MORTERO (UNE 83-800-94)
AGLOMERANTE + ÁRIDO + AGUA + (ADITIVO)
- PROPORCIÓN DE LA MEZCLA:
DOSIFICACIÓN AGLOMERANTE/ARIDO
DOSIFICACIÓN AGUA/AGLOMERANTE
Proporciones que permitan que la mezcla (fresca) sea fácil de
trabajar, con propiedades físico-mecánicas (adherencia,
resistencia, porosidad, permeabilidad) aceptables y adquirir
cierta durabilidad, al endurecer.
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Morteros de restauración con aireantes
(ADITIVOS. UNE 83-200-84)
Sustancias incorporadas al hormigón o mortero en
proporciones no superiores al 5% del peso del aglomerante.
No deben aminorar la calidad, la durabilidad ni la resistencia
del mortero frente a los agentes atmosféricos.
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Material añadido al aglomerante con el cometido de
estabilizar el volumen, hacer de relleno y disminuir la
retracción durante el secado del mortero. Proporcionan color
y textura. Deben ser químicamente inertes con el resto de
componentes.
AGLOMERANTE + ÁRIDO + AGUA + (ADITIVO)
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MORTERO
SILÍCEO
CARBONATADO
FRAGMENTOS DE MORTERO REUTILIZADOS
AGLOMERANTE + ÁRIDO + AGUA + (ADITIVO)
1.- Descripción del tipo de árido
(naturales, de machaqueo, árido ligeros)
2.- Características físicas (morfología,
granulometría, friabilidad, etc.).
3.- Descripción petrográfica (UNE 83-
109-85)
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MORTERO DE CAL
AGLOMERANTE + ÁRIDO + AGUA + (ADITIVO)
Cal viva (CaO)
Periclasa (MgO)
CARBONATACIÓN
CanteraCaliza (CaCO3)
Dolomía (CaMg)(CO3)2
Portlandita Ca(OH)2
Brucita Mg(OH)2
APAGADO O
HIDRATACIÓN• En polvo
• En pasta
+ H2O
+ CO2
CALCINACIÓN (800-1200 ºC)
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METODOLOGÍA ANALÍTICA
1.- Granulometría.
2.- Aspectos composicionales (FRX, DRX, MO, SEM/EDX,
ATD-TG).
3.- Textura y estructura (MO, SEM, PIM, BET).
4.- Propiedades Físicas/Mecánicas.
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ESTUDIO DE LAS MATERIAS PRIMAS
MATERIAS PRIMAS SELECCIONADAS
- Cales calcítica y dolomítica-Áridos calcítico y silíceo-Cemento Portland-Metakaolín
TÉCNICAS ANALÍTICAS
- Análisis Granulométrico-DRX-FRX-TG-Adsorción de N2
ELABORACIÓN DE LOS MORTEROS
ETAPAS DE LA ELABORACIÓN
1 Mezcla de componentes2 Amasado3 Enmoldado4 Desmoldado5 Conservación y curado (28dias)
ESTUDIO DE LOS MORTEROS
FASES DE ESTUDIO
1 En estado fresco y en proceso de endurecimiento
2 En proceso de carbonatación (28 días; 2 y 6-7 meses)
-Ensayos de consistencia y retracción-DRX-TG-MO; SEM-PIM; Adsorción de N2
-Ultrasonidos-Ensayos hídricos-Ensayos mecánicos
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LAS CALES
Cal calcítica en polvo
Cal calcítica en pasta
(14 años)
P(0001)
P(1011)-
P(0001)
P(1011)-
Cc
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MICROSCOPIA PETROGRÁFICA
Mortero árabe de cal
(la Alhambra)
Mortero “pret a porter”
de restauración
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MORTEROS DE CALES CALCÍTICAS
porosidad
zonas de despeguecomposición mineralógicagrietas de retracción
tamaño de cristal
Cal en polvo
Cal en pasta
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CARBONATACIÓN DE LOS MORTEROS
FENOLFTALEINA
10 días 28 días
CUALITATIVO
Predominio
de portlandita
Corona incolora
de calcita
DRX Y TGCUANTITATIVO
10 días
3 años
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CONCLUSIONES
1. La cinética de transformación textural es un proceso
más rápido:
- en zonas externas de los morteros
- en morteros más porosos
- en los morteros elaborados con cales envejecidas
2. La selección de materiales y su correcta
fabricación permite elaborar morteros de mayor calidad
técnica
3. A partir de estos datos se puede confeccionar un
mortero de restauración de cal.
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Morteros de Restauración
Similares a los morteros que sustituyen en la Intervención.
Compatibilidad con los demás productos de construcción
del Edificio Histórico.
Fácil trabajabilidad, rapidez y seguridad en su colocación.
Mínimo contenido en sales solubles e iones libres.
Impermeabilidad a los fluidos y permeabilidad al vapor de
agua.
Durabilidad y resistencia a la acción de agentes externos.
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MORTEROS DE YESO
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CaSO4 · 2H2O
YESO
CaSO4
ANHIDRITA
H2O
H2O
H2O
125 ºC
180 ºC
Fraguado
Calcinación
CaSO4 · 1/2H2OBASANITA
CICLO DEL YESO
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Fabricación del yeso por cocción
Deshidratación del aljez (S04Ca. 2 H2O)
Temperatura (ºC) Fases
130-150 Semihidrato(S04Ca.1/2 H2O)
180-200 Anhidrita III (S04Ca)
300-700 Anhidrita II (S04Ca)
1200- Anhidrita I (S04Ca)
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El yeso como fase
mineral
“Espejuelo”
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Atmósfera contaminada por SO2
3 m
5 m 10 m
5 m
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Santa María de los Angeles. Castril. Granada
![Page 28: Morteros historicos](https://reader036.fdocumento.com/reader036/viewer/2022081719/5572111b497959fc0b8e59a5/html5/thumbnails/28.jpg)
![Page 29: Morteros historicos](https://reader036.fdocumento.com/reader036/viewer/2022081719/5572111b497959fc0b8e59a5/html5/thumbnails/29.jpg)
Palacio de la Madraza (Granada)
DRX
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Alabastro
![Page 31: Morteros historicos](https://reader036.fdocumento.com/reader036/viewer/2022081719/5572111b497959fc0b8e59a5/html5/thumbnails/31.jpg)
ALBARRACIN. TERUEL
![Page 32: Morteros historicos](https://reader036.fdocumento.com/reader036/viewer/2022081719/5572111b497959fc0b8e59a5/html5/thumbnails/32.jpg)
![Page 33: Morteros historicos](https://reader036.fdocumento.com/reader036/viewer/2022081719/5572111b497959fc0b8e59a5/html5/thumbnails/33.jpg)
Técnicas de estudio
Difracción de rayos X (DRX)
Microscopía óptica de polarización
Microscopía electrónica de barrido (SEM)
Microscopía electrónica de transmisión (TEM)
Microsonda electrónica (EMPA)
Fluorescencia de rayos X (FRX)
Termogravimetría
Porosimetría
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TÉCNICAS
ANALÍTICAS
Pátina de Oro encima de Bol
(“Pan de Oro”)
![Page 35: Morteros historicos](https://reader036.fdocumento.com/reader036/viewer/2022081719/5572111b497959fc0b8e59a5/html5/thumbnails/35.jpg)
LA TIERRA COMO MATERIAL DE
CONSTRUCCIÓN
Tipos/Tecnologías:
Adobe
Tapial
Cerámicas
Ladrillos
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CONSERVACIÓN Y RESTAURACIÓN DE
CONSTRUCCIONES DE TAPIAL
![Page 37: Morteros historicos](https://reader036.fdocumento.com/reader036/viewer/2022081719/5572111b497959fc0b8e59a5/html5/thumbnails/37.jpg)
ANTECEDENTES EN LA INVESTIGACIÓN
SOBRE TAPIALES
Introducción
IMPORTANCIA HISTÓRICO ARTÍSTICA Estudios detallados de carácter histórico-artístico
y documental
Falta de experiencia en investigación científico-
técnica
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Encofrado utilizado en el tapialProceso de compactación de
las “tongadas” de tierra
Pisones de madera empleados
en la compactación
PUESTA EN OBRA
![Page 39: Morteros historicos](https://reader036.fdocumento.com/reader036/viewer/2022081719/5572111b497959fc0b8e59a5/html5/thumbnails/39.jpg)
Tapial de tierra
Tapial de piedras
Tapial de cal
Tapiales Árabes
TIPOS DE TAPIALES
Tapia Real
Siglos XII a XIII
Hormigón de cal
Siglo XI
Hormigón de cal
Siglo XI En cimentaciones de construcciones defensivas
![Page 40: Morteros historicos](https://reader036.fdocumento.com/reader036/viewer/2022081719/5572111b497959fc0b8e59a5/html5/thumbnails/40.jpg)
TIPOS DE TAPIALES
Tapial de tierra
Tapial de piedras
Tapial de cal
Tapiales Árabes
Tapia Real
Siglos XII a XIII
Hormigón de cal
Siglo XI
![Page 41: Morteros historicos](https://reader036.fdocumento.com/reader036/viewer/2022081719/5572111b497959fc0b8e59a5/html5/thumbnails/41.jpg)
TIPOS DE TAPIALES
Tapial Calicostrado
Siglo XIV
Tapial de tierra
Tapial de piedras
Tapial de cal
Tapiales Árabes
Tapia Real
Siglos XII a XIII
Hormigón de cal
Siglo XI
![Page 42: Morteros historicos](https://reader036.fdocumento.com/reader036/viewer/2022081719/5572111b497959fc0b8e59a5/html5/thumbnails/42.jpg)
El tapial como sujeto de conservación
Su fragilidad reside en sus propios constituyentes
- naturaleza del aglomerante y dosificación
Restauración de tapiales mediante la intervención
con reposición de material
OBJETIVOS:
Investigación con productos de consolidación
y protección compatibles con los tapiales.
Técnicas de aplicación.
CONSTRUCCIONES:
Palacio de los Abencerrajes y Silla del Moro.
![Page 43: Morteros historicos](https://reader036.fdocumento.com/reader036/viewer/2022081719/5572111b497959fc0b8e59a5/html5/thumbnails/43.jpg)
Fecha de edificación siglo XIII (Malpica, 1992)
Palacio de la primera época Nazarí
Actualmente son restos arqueológicos
PALACIO DE LOS ABENCERRAJES
Construcciones estudiadas
![Page 44: Morteros historicos](https://reader036.fdocumento.com/reader036/viewer/2022081719/5572111b497959fc0b8e59a5/html5/thumbnails/44.jpg)
Fecha de edificación: época Nazarí
Construido con muros de tapial calicostrado
Intervenciones siglo XX (Torres Balbas, Prieto Moreno)
Fortín de vigilancia
Construcciones estudiadas
SILLA DE MORO O CASTILLO DE SANTA ELENA
![Page 45: Morteros historicos](https://reader036.fdocumento.com/reader036/viewer/2022081719/5572111b497959fc0b8e59a5/html5/thumbnails/45.jpg)
Materiales y métodos de estudio
Palacio de los Abencerrajes: ABEN
Análisis granulométrico
Caracterización composicional y textural: DRX, MO, SEM
Parámetros físicos y mecánicos: Colorimetría, PIM,
Ensayos hídricos, Ensayos mecánicos
Ensayos de Envejecimiento Acelerado en laboratorio
Silla del Moro (Castillo de Santa Elena): SMO
MUESTREO
TÉCNICAS Y ENSAYOS
- Tapiales originales
- Hormigones de reconstrucción Formación Alhambra
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0
20
40
60
80
100
Qtz Cal Dol Fil Fds GpSMO14 SMO17 SMO19 SMO24 SMO1-1 SMO1-2
TAPIALESPalacio de Abencerrajes Silla del Moro
0
20
40
60
80
100
Qtz Cal Dol Fil Fds GpABEN2 ABEN3 ABEN4 ABEN6 ABEN7
Resultados
COMPOSICIÓN MINERALÓGICA (DRX)
0
20
40
60
80
100
Qtz Cal Dol Fil Fds
SMO18 SMO45 SMO46 SMO47
FORMACIÓN ALHAMBRA
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Qtz Cal Dol Fil Fds GpSMO1 SMO2 SMO3 SMO4
SMO7 SMO8 SMO11 SMO13
0
20
40
60
80
100
CementoSMO1 SMO2 SMO3 SMO4 SMO5
SMO7 SMO8 SMO11 SMO13 SMO16
MORTEROS Y HORMIGONES
(“Modernos”)
Resultados
COMPOSICIÓN MINERALÓGICA (DRX)
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PRODUCTOS APLICADOS:
Consolidante. Tegovakon (Tk), organosilícico tipo alcoxilano
Hidrofugante. Tegosivin (Tg), resina silicónica
METODOLOGIA DE APLICACIÓN: inmersión de las muestras en
los productos de tratamiento disueltos en Tolueno (al 10%)
Tratamientos de consolidación y protección
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Sin tratamiento
0
5
10
15
0 2 4 6a*
b*
Sin tratamiento (húmedas)
0
5
10
15
0 2 4 6a*
b*
Tegosivin
0
5
10
15
0 2 4 6a*
b*
a*
Tegovakon
0
5
10
15
0 2 4 6
b*
Resultados
DIAGRAMAS DE CROMATISMO. Estímulos
primarios a* y b*
![Page 50: Morteros historicos](https://reader036.fdocumento.com/reader036/viewer/2022081719/5572111b497959fc0b8e59a5/html5/thumbnails/50.jpg)
D
5 m
E
20 m
F
20 m
A
10 m
B
100 m
C
50 m
Resultados
Muestras tratadas con hidrofugante (Tg)
visualizadas en el SEM
![Page 51: Morteros historicos](https://reader036.fdocumento.com/reader036/viewer/2022081719/5572111b497959fc0b8e59a5/html5/thumbnails/51.jpg)
10 150 5 10 150 5
ABSORCIÓN
DESORCIÓN
t (h 1/2) t (h 1/2)
-8
-4
0
4
8
12
Wi(t)
ABEN 2 (blanco)
ABEN 7 (blanco)
ABEN 2 TG
ABEN 4 TG
ABEN 7 TG
ABEN 2 TK
ABEN 6 TK
ABEN 7 TK
SMO 19 TG
Resultados
ENSAYOS HÍDRICOS
![Page 52: Morteros historicos](https://reader036.fdocumento.com/reader036/viewer/2022081719/5572111b497959fc0b8e59a5/html5/thumbnails/52.jpg)
Resultados
E.E.A.A. Cristalización de sales (Na2SO4.10H2O)
Muestras tratadas con Tegosivin
ABEN 2
ABEN 4
ABEN 7
SMO 14
SMO 19
SMO 1-2
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
0 2 4 6 8 10
Nº ciclos
DM
/M
![Page 53: Morteros historicos](https://reader036.fdocumento.com/reader036/viewer/2022081719/5572111b497959fc0b8e59a5/html5/thumbnails/53.jpg)
Resultados
E.E.A.A. Ciclos de hielo-deshielo
Muestras tratadas con Tegovakon
ABEN 2
ABEN 3
ABEN 4
ABEN 6
ABEN 7
SMO 14
SMO 19
SMO 1-1
SMO 1-2
-1
-0,6
-0,2
0 5 10 15 20 25 30
Nº ciclos
DM
/M
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1. Diferencias entre los modelos constructivos del tapial árabe y el hormigón actual. Procedencia del árido en el tapial histórico de la Formación Alhambra.
2. Validez de las técnicas geológicas en el estudio de construcciones de tierra.
3. Composición del tapial: mezcla de material detrítico y cal apagada. Proporciones del aglomerante en las construcciones estudiadas entre 15% y 30%
4. Naturaleza de la cal (muy pobre en magnesio) y del árido (silíceo y carbonatado) utilizados en su fabricación.
Conclusiones I
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5. Estado de conservación de los tapiales analizados. Morfologías y procesos de alteración por la pérdida del revestimiento.
6. Diferencias frente a los e.e.a.a. de los tapiales: mejor comportamiento los que contienen árido de tamaño de grano menor y los que tienen dosificación de cal más elevada.
7. Modificaciones cromáticas apreciables originadas por los productos de tratamiento.
8. Mejoría acusada con la aplicación de tratamientos de consolidación y protección.
Conclusiones II
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Profundizar en el comportamiento químico, físico y
mecánico de la tierra como material de construcción y
su interacción con el ambiente
Analizar y evaluar la degradación originada por el
empleo de materiales incompatibles en intervenciones
de conservación o de restauración
Investigar canteras de árido y evaluar la calidad del
aglomerante previo a una intervención de conservación
en construcciones de tierra
Futuras líneas de investigación
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Agentes de alteración
Cataclismos
Viento
Lluvia
Temperatura
Humedad
Microorganismos, organismos y plantas superiores
Sales
Contaminación
Factores intrínsecos Mineralogía y quimismo
Textura
Propiedades físico-mecánicas
Factores extrínsecos
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Cal en polvo Cal en pasta
18 meses
18 meses10 días
10 días
MORTEROS DE CALES CALCÍTICAS
- Distribucion bimodal de radio de acceso de poro
- Disminución de la porosidad con el tiempo