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1. Introducción

Las eflorescencias son lesiones patológicas de aspecto irregular y de tonalidades variables que van desde coloraciones claras a oscuras dependiendo de la tipología del mineral que las producen [1,2,3]; este tipo de lesiones normalmente se presentan en la superficie de elementos constructivos como concretos, morteros y materiales cerámicos expuestos a agentes externos como la lluvia y el agua contenida en el suelo, las cuales son generadas por sales solubles que ingresan al interior de elementos porosos por medio de procesos de accesión y difusión de humedad ocasionados por la acción capilar [4,5,6,7]. Esta lesión patológica de tipo química degrada la superficie de los acabados arquitectónicos, afectan su estética, estabilidad y por ende reducen su durabilidad debido a los procesos de meteorización, desprendimientos de superficies, decoloración, manchado y lixiviación [8,9,10,11,12,13].

Muchas investigaciones han estudiado las causas de este fenómeno y han establecido estrategias de solución para esta problemática, pero las alternativas planteadas se han enfocado en el uso de barreras y agentes químicos de control superficial como se muestra a continuación:

Carrio Juan [4], establece que, si se solucionan los problemas de humedad ligados a la filtración o a la capilaridad se eliminan las problemáticas relacionados con las eflorescencias; debido a que el agua es el medio de transporte de sales solubles; entre las soluciones planteadas con relación a la humedad capilar se encuentran: cuñas drenantes, ataguías, zanjas drenantes, pozos drenantes, drenajes eléctricos, laminas impermeables por bataches, laminas metálicas plegadas hincadas, inyecciones de hindrofugación en masa e hidrofugación superficial. Los tratamientos establecidos por el autor proporcionan una solución a la humedad y por ende a las eflorescencias, pero en su gran mayoría son de aplicación superficial y no son consideradas como una alternativa preventiva propias del elemento constructivo desde su ejecución.

Por otro lado, otros estudios [2],[14] establecieron en sus investigaciones que unos de los factores determinantes para la formación de eflorescencias en la superficie de morteros, mamposterías y concretos independiente de los problemas asociados a la humedad eran las circunstancias ambientales, la composición química de los elementos constructivos, los detalles constructivos, los procesos de ejecución y los tratamientos realizados a las fachadas.

Del mismo modo Groot y Gunneweg [10] determinaron en su estudio sobre problemas asociados a la presencia de eflorescencias en las mamposterías de molinos que en ocasiones, este tipo de agente degradante es transmitido a los mampuestos por los procesos de adsorción de agua que estos realizan a la humedad presente en los morteros de pega; además, establecieron que el uso de selladores como alternativa de solución a la humedad y eflorescencias es poco eficaz con el paso del tiempo debido a la formación de microgrietas en los muros como resultado de las cargas dinámicas de los molinos.

Según Cultrone y Sebastián [15] en su estudio establecen que las eflorescencias como agente degradante de los elementos constructivos como morteros, en especial las generadas por la presencia de sulfato de sodio son consideradas como las sales más dañinas para las edificaciones patrimoniales debido a los procesos de cristalización, hidratación y expansión térmica, donde los procesos de cristalización son acompañados por un aumento de volumen y tensiones internas que ocasionan fisuras y grietas; además, determinan que el uso de aditivos inclusores de aire en morteros de cal reducen el aumento de soluciones salinas, agua y otros fluidos debido a que se crea una porosidad cerrada que minimiza el daño en las estructuras de constitución de morteros.

Al igual que [15], otros investigadores [16,17,18,19,20,21], han establecido estrategias y metodologías que permiten controlar este tipo de lesiones a través del manejo de la humedad en sistemas constructivos como: fachadas, sobrecimientos, muros en bloques de tierra comprimida, pisos en gres cerámico, cubiertas y soportes pictóricos, posterior a la aparición del problema.

Sin embargo, si se controla la adsorción de humedad desde la elaboración de elementos constructivos (bloques de concreto y bloques de tierra comprimida) como en [22,23,24] se establece que podría reducir la presencia de esta problemática, aunque sería necesario garantizar impermeabilidad en los morteros de pega, para generar estanqueidad del sistema constructivo debido a que estos son los puntos críticos con relación a los procesos de adsorción, difusión y transmisión de humedad en estas obras de albañilería [25].

Cabe resaltar que la adición de aditivos bituminosos ha sido ampliamente utilizada en la fabricación de mampuestos [22,23,24], sin embargo en la literatura estudiada esta no ha sido aplicada e implementada en la fabricación de morteros de pega como alternativa de reducción a lesiones patológicas como la humedad y eflorescencias en la edificación, es por lo anterior, que en esta investigación surge la necesidad de analizar el comportamiento de los morteros de pega mediante la incorporación de aditivos bituminosos como alternativa de reducción de la humedad y la presencia de eflorescencias en sistemas constructivos pertenecientes a las mamposterías (Figura 1).

2. Metodología

En esta investigación se analizó el comportamiento de morteros de pega con adiciones y sin adiciones de compuestos bituminosos (emulsión asfáltica en frío) frente a la humedad, la formación de eflorescencias y comportamiento mecánico (resistencia a la compresión); se fabricaron 225 cubos de mortero de 0.05m de lado y 75 probetas cilíndricas de 0.1m de diámetro y 0.05m de altura, distribuidos de acuerdo a lo mostrado en la Tabla 1 con relación a los tiempos de fallado y porcentaje de emulsión utilizados respecto al peso del agua, este último aspecto como factor de proporcionalidad frente a los componentes líquidos empleados. Además, se fabricaron 5 cubos adicionales para los ensayos no destructivos correspondiente a análisis mediante ultrasonido.

Todas las muestras sin emulsión estudiadas se realizaron con un mortero tipo M de consistencia plástica (fluidez entre 100-120%), con una dosificación correspondiente a una parte de cemento Portland tipo 1 por tres partes de arena de pega lavada y una relación agua-cemento de 0.5 según parámetros establecidos [8].

Para la realización de las probetas con emulsión asfáltica en frío (Emulsión Asfáltica Sika®) como aditivo impermeabilizante, se conservaron similares características a las muestras sin emulsión, pero con una variación en la adición de compuesto bituminoso y la relación agua cemento, como se muestra en la Tabla 1, las densidades de los materiales utilizados se muestran en la Tabla 2.

El desarrollo experimental se dividió siete etapas: i) caracterización de los materiales respecto a la densidad (Tabla 2), medición del pH de la arena de pega como de la emulsión asfáltica y análisis de módulo de finura de los agregados a partir de la norma ASTM D 422 [26], ii) caracterización microscópica de las muestras mediante el uso del Microscopio Electrónico de Barrido (SEM por su sigle en inglés) [27], iv) análisis de succión capilar según la norma UNE PrUNE 83.982 [28] y la norma ASTM C1585-04 [29]; v) ensayos de penetración de agua con base en el método RILEM CPC 11.2 [30], vi) ensayos de compresión de acuerdo a la norma ASTM C109 [31] y ensayos de módulo de elasticidad mediante el uso de ultrasonido norma ASTM C597 – 16 [32]. Por último, se realiza el análisis de formación de eflorescencias mediante la norma ASTM C67 [33] perteneciente a la etapa vii).

3. Resultados y discusión

Proporcionada la caracterización de materiales, para la medición del pH de la arena y la emulsión asfáltica se utilizó un pH-metro digital WTW™ y probetas de vidrio de capacidad volumétrica de 50ml y 100ml; una vez calibrado el equipo se toma una muestra de 10ml de emulsión asfáltica en frío en la probeta de 50ml y 50g de arena de pega con 30 ml de agua destilada en la probeta de 100ml, posteriormente se procedió con la medición del pH mediante el uso de un electrodo Sentix™ 41, obteniendo valores de 10.9 para el compuesto bituminoso y 7.9 para la arena, ambos resultados correspondientes a un pH básico, los anteriores análisis según parámetros establecidos en [34].

Luego se realizó la caracterización granulométrica, para esto se utilizó una muestra de 500 g de arena de pega, la cual fue sometida a un proceso de vibración rotatoria y tamizado mediante Ro-tap ® [26], una vez tamizada la arena, se obtienen los porcentajes del material retenido y pasante, con los cuales se determinó un módulo de finura correspondiente a 2.53%, indicando que el material granular pertenece a una arena media, debido a que su módulo de finura se encuentra entre 2,30 y 3,10 [35].

Para la segunda etapa se realizó una caracterización de la morfología microscópica de las muestras con emulsión al 40% y sin emulsión, lo anterior mediante el uso del microscopio electrónico de barrido (SEM) con el objetivo de determinar la microcomposición por análisis de Energías Dispersivas de Rayos X (EDS por sus siglas en inglés), forma y distribución de tamaño de partícula [27]. Para este análisis las probetas fueron sometidas a un proceso de pulverización de forma manual mediante el uso de un mortero y un mazo cerámico para su posterior análisis microscópico.

La composición mineralógica de las muestras analizadas y sus diferencias se muestran en las Figuras 2 y 3 y en la Tabla 3. Como se puede apreciar, las partículas sin emulsión (Figura 2 A) son más uniformes en tamaño (alrededor de 5µm) y forma (tendientes a esferas), mientras que en las muestras que con emulsión (Figura 3 A) las partículas son menos uniformes en tamaño y forma. Por otra parte, vemos grandes cambios composicionales (Tabla 3) debido precisamente a la adición de la emulsión, por ejemplo, vemos la aparición del carbono y el magnesio en las muestras aditivadas y menos presencia de elementos como O, Al, Si, Ca, Na y K debido precisamente a la emulsión utilizada para mejorar las propiedades de la mezcla.

En la tercera etapa, con el análisis de succión capilar se determinaron las características de permeabilidad según parámetros establecidos [36], en cuanto al coeficiente de absorción capilar, también se evaluó la influencia de la emulsión asfáltica como aditivo impermeabilizante en morteros de pega con relación a la porosidad, la resistencia a la penetración del agua y la velocidad de absorción capilar según las normas UNE (PrUNE 83.9829) [28] y ASTM C1585-04 [29]. Para este análisis se utilizaron 75 probetas cilíndricas, distribuidas en 5 grupos según el porcentaje de emulsión asfáltica utilizado (Tabla 1).

Las muestras cilíndricas son pesadas posterior a su proceso de curado y secado, luego se analizó el contenido de humedad de equilibrio mediante el uso de un humidímetro digital de agujas, dando un valor correspondiente a 13%, con temperatura promedio de 25 °C y humedad relativa de 65%; una vez realizado el anterior procedimiento los cilindros de mortero fueron impermeabilizados en su cara lateral, secados e inmersos en un recipiente plástico con un nivel constante de agua de 0.005m con relación a la altura de los mismos (Figura 4).

Los cilindros fueron pesados diariamente hasta alcanzar un punto de estabilización de absorción de humedad por succión capilar y con los datos obtenidos se calculó el coeficiente de absorción capilar, la porosidad, la resistencia a la penetración del agua y la velocidad de absorción capilar (Tabla 4), se determinaron de acuerdo con los parámetros establecidos en la literatura [22,23,24,25,26,27,28,29].

En la cuarta etapa se evalúo la resistencia a la penetración de agua por el método RILEM CPC 11.2 [30], con la finalidad de establecer la capacidad de repelencia que presentan las probetas de mortero adicionadas y sin adición de emulsión asfáltica frente a agentes externos como lo es el agua lluvia; considerada como uno de los factores de incidencia en la formación de florescencias en sistemas de mampostería de fachadas [19]. Para este ensayo fue utilizado un tubo de vidrio en forma de L conocido como pipeta Karsten, con capacidad volumétrica de 5 cm³, la cual fue adherida a la superficie de las muestras de mortero mediante una pasta impermeable evitando así la presencia de fugas (Figura 5).

El ensayo de penetración de agua tuvo una duración de 10 minutos por probeta de mortero, durante cada minuto fueron registrardos los datos y posteriormente se graficaron los resultados obtenidos para determinar la cantidad de agua que penetro el interior de las muestras analizadas, como se muestra en la Tabla 5 y Figura 6.

Una vez realizados las anteriores pruebas con relación a las propiedades físicas de las muestras de mortero, se procedió con el análisis de propiedades mecánicas (resistencia a la compresión) según la norma ASTM C109 [31] y ensayos de módulo de elasticidad mediante el uso de ultrasonido norma ASTM C597 – 16 [32]. Se utilizaron muestras cubicas de 0.05m de lado, sometidas a ensayos destructivos posterior al proceso de curado con relación a los tiempos de fallado como se muestra en la Tabla 6 y la Figura 7, estos análisis se realizaron mediante el uso de una presa universal, con una duración de ensayo por probeta de 5 minutos. Los resultados obtenidos durante el ensayo muestran que la resistencia a la compresión es inversamente proporcional al porcentaje de emulsión utilizado.

Paralelo a los ensayos destructivos se procedió con las pruebas no destructivas mediante el uso del ultrasonido en probetas testigo; para este ensayo se garantizó que las muestras a analizar con emulsión asfáltica y sin emulsión mantuvieran siempre un contenido de humedad de equilibrio igual a 13% ± 1% con el fin de no generar variaciones con relación a los resultados como se muestra en la Figura 8. Los datos obtenidos de la resistencia a la compresión (ensayos destructivos) y módulo de elasticidad mediante ultrasonido (ensayos no destructivos) se muestran en la Tabla 6.

Para la última etapa se procedió a analizar el comportamiento de los morteros de pega adicionados con emulsión asfáltica con relación a la formación de eflorescencias, para este análisis se tomó como referencia la norma ASTM C67 [33]; sin embargo, como método experimental, las muestras fueron sometidas a un proceso de adsorción de humedad en agua destilada, adicionada con 1000g de sales de sulfato de sodio. Lo anterior con la finalidad de garantizar el proceso de formación de eflorescencias en las muestras de mortero. Para este análisis, inicialmente se realizó la limpieza de las muestras para evitar la presencia de impureza o partícula de polvo sobre sus superficies; posteriormente las muestras son sumergidas parcialmente dentro de una bandeja metálica con una cobertura de agua, la cual se mantuvo a un nivel constante de 0.01m durante 7 días; una vez transcurrido el periodo de tiempo fueron inspeccionadas todas las superficies de las probetas para determinar la presencia de eflorescencias como se muestra en la Tabla 7 y Figura 9.

Para analizar el proceso de evolución de la formación de sales en los cilindros de mortero se optó por mantener las muestras inmersas con el mismo nivel de agua durante un año. Luego se procedió con el análisis de formación de eflorescencias y el cálculo del área de afectación de las superficies superiores; lo anterior mediante el uso de herramientas de diseño como el AutoCAD el cual permitió diagramar las áreas afectadas y determinar el valor porcentual de afectación [37] (Figura 10 y Tabla 8).

Al realizar adiciones de aditivos bituminosos se obtienen mejoras respecto a la impermeabilidad, por lo que se promueve la reducción de la presencia de eflorescencias respecto a las muestras patrón cuando se encuentran sometidas a procesos de succión capilar, sin embargo el uso de emulsión asfáltica como aditivo conlleva a la reducción de las propiedades mecánicas de los morteros de pega; debido a lo anterior el valor óptimo para garantizar parámetros en cuanto a la resistencia a la compresión según parámetros normativos ASTM C70- 07 [38] corresponden al 40% ó 30%, cuyas adiciones generan eficacia frente a las eflorescencias y resistencias superiores a los 2,4 Mpa correspondientes a morteros tipo O, no estructurales; sin embargo con este tipo de adiciones no se logran resistencias correspondientes a valores iguales o superiores a los 17,2 Mpa pertenecientes a morteros tipo M, para lo cual fue diseñada la muestra patrón.

4. Conclusiones

A través de los análisis realizados en esta investigación, se concluye que el uso de emulsión asfáltica como aditivo bituminoso en la fabricación de morteros de pega, trae beneficios con relación a la mejora de propiedades físicas (coeficiente de absorción capilar y porosidad); el uso de adiciones de emulsión asfáltica de un 10%, permitió una reducción de la porosidad de las muestras del 72%, al igual que el coeficiente de adsorción capilar con una disminución del 82% y velocidad de adsorción capilar del 30%; a su vez, trajo como ventaja adicional un aumento de la resistencia a la penetración de humedad del 146% correspondientemente.

Es de resaltar que a partir de los incrementos porcentuales de emulsión asfáltica de un 10% y 20% se lograron coeficientes de adsorción capilar menores a 0.030 (Kg s^-1/2m^-2), obteniendo con esto cualidades de repelencia frente a la humedad en las muestras de mortero y con porcentajes de 30% y 40% se lograron coeficientes de adsorción capilar menores a 0.008 (Kg s^-1/2m^-2), haciendo que las muestras sean consideras hidrófugas respecto al agua [36]; por lo anterior se concluye además que el uso de emulsión asfáltica permite clasificar a las muestras de mortero según la ASTM C67 [33] como muestras con eflorescencias despreciables, cuando se utiliza 10% de emulsión como aditivo y no eflorescente para las muestras con 20%, 30% y 40% respectivamente, posterior a 7 días de análisis.

Sin embargo, posterior a un año de prueba, con relación al estudio de eflorescencias se concluye que los aditivos bituminosos reducen la afloración de esta lesión en un 27% respecto al área de análisis para las muestras con 10% de emulsión, del 47% con 20% y de 100% para las muestras con 30% y 40% respectivamente con relación a un área superficial de 0.0078m².

Por lo tanto, cabe resaltar que, aunque el uso de los aditivos bituminosas trae ciertas ventajas frente a las propiedades físicas de los morteros, inversamente conlleva a la reducción de propiedades mecánicas como la resistencia a la compresión, ocasionando una disminución de la resistencia final respecto a las muestras patrón del 50%, 62%, 68% y 69% para una adición de emulsión del 10%, 20%, 30% y del 40% respectivamente.

El uso de los compuestos bituminosos permitió en esta investigación mejorar la durabilidad de los morteros frente a lesiones patológicas relacionadas con las florescencias, donde la ciencia de los materiales aplicada al sector constructivo juega un papel fundamental para el desarrollo de técnicas que permiten aumentar la durabilidad de elementos de construcción como los morteros aplicados a componentes de la edificación.

Como complemento para este estudio, en futuras investigaciones se recomiendo evaluar la viabilidad económica de morteros de pega tradicionales frente a morteros modificados con adiciones de emulsión asfáltica, además se sugiere evaluar el comportamiento de sistemas constructivos como sobrecimientos en los cuales no solamente se emplee morteros adicionados con compuestos bituminosos, sino, además bloques de concreto adicionados con emulsiones asfálticas. Lo anterior como una alternativa a la solución de problemas de durabilidad ocasionados por la humedad en sistemas constructivos (tabiques y sobrecimientos) pertenecientes a edificaciones.

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Información adicional

Como citar: H. Cañola, F. Granda-Ramírez, J. Arroyave-Rojas, “Emulsión asfáltica como alternativa de reducción de la presencia de eflorescencias en morteros de pega,” Rev. UIS Ing., vol. 20, no. 1, pp. 103-114, 2021, doi: 10.18273/revuin.v20n1-2021009

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