Efectos de la exposición a elevadas temperaturas en las características físicas y el comportamiento mecánico de una caliza cretácica, la pedra de borriol

Resumen

Este trabajo muestra los resultados derivados de la caracterización de la Pedra de Borriol, una roca cretácica ampliamente empleada en edificios y monumentos históricos desde el s. XVII en la Comunidad Valenciana, antes y después de ser sometida a tratamiento térmico. El objetivo ha sido estudiar en qué modo afecta la exposición a elevadas temperaturas a las propiedades mineralógicas, físicas y mecánicas de esta roca. Se ha empleado un rango de temperaturas que son fácilmente alcanzables en el desarrollo de un incendio, entre 200 y 900 ºC. También se ha investigado el efecto que ejerce el modo de enfriamiento: uno denominado lento, que trata de simular la extinción natural del incendio, y otro denominado rápido, que trata de simular la extinción mediante agua. Se ha comprobado que el enfriamiento rápido casi siempre produce una degradación mayor y que, a temperaturas superiores a 900 ºC, esta roca sufre un deterioro tal que su estructura colapsa completamente. La Pedra de Borriol está constituida esencialmente por calcita, dolomita, cuarzo y óxidos de hierro, además de trazas de otros minerales. Con esta composición, los cambios mineralógicos más relevantes que experimenta la roca son la oxidación de la goethita para convertirse en hematites entre 300 y 400 ºC, y la descomposición de los carbonatos magnésico (i.e. dolomita) y cálcico (i.e. calcita) entre 500 y 900 ºC. El primer efecto, observable a simple vista, es un cambio de coloración en la roca, del pardo original al rojizo a temperaturas de hasta 400 ºC. A partir de esta temperatura la roca se torna gris, más oscuro cuando la temperatura de exposición es de 700 ºC. A 800 y 900 ºC, el color es blanquecino como consecuencia de la formación de una capa de cal en la superficie externa de la misma. Este efecto supone un daño estético importante. Esta capa de cal es la causante de una pérdida de masa y volumen muy significativo, como consecuencia de la formación de portlandita. Este proceso conlleva un aumento de volumen que provoca el desprendimiento de esta capa de cal y portlandita cuando la muestra se deja enfriar lentamente o por inmersión en agua. En ambos casos, se produce un importante daño estructural, disminuye su resistencia y dureza, al tiempo que aumenta su deformabilidad. Se ha comprobado que la resistencia, densidad y dureza de esta roca disminuyen a medida que la temperatura de exposición es mayor, al tiempo que la porosidad y la deformabilidad experimentan un importante aumento con la temperatura. En este trabajo se ha utilizado, por primera vez, el índice de dureza Leeb para estimar la resistencia de una roca sometida a tratamiento térmico. Los resultados han sido satisfactorios para temperaturas comprendidas entre 200 y 900 ºC, debido a que es un ensayo no destructivo de baja energía de impacto, sencillo, rápido y portátil. Además, teniendo en cuenta el valor de este índice, el aspecto de las probetas y los cambios de resistencia y deformabilidad que se observan, se ha propuesto una escala de dureza Leeb para rocas. De la misma forma se ha establecido una relación entre temperatura, color y resistencia y se ha concluido que es posible estimar la resistencia mediante el cambio de coloración que experimenta la roca con la exposición a la temperatura. También se ha obtenido una muy buena correlación entre los módulos de deformación estático y dinámico, lo que permitirá obtener el primero a partir de ensayos no destructivos, sin necesidad de tomar muestras de la estructura. Para finalizar, se ha definido un factor de daño térmico basado en la variación de la resistencia a compresión uniaxial, que tiene en cuenta el cambio de coloración, así como otros efectos y permite valorar el daño que la exposición térmica produce.