Porosimetría de intrusión de Mercurio: algunas consideraciones sobre su utilización en el estudio del patrimonio histórico

1 POROSIMETRÍA DE INTRUSIÓN DE MERCURIO ALGUNAS CONSIDERACIONES SOBRE SU UTILIZACIÓN EN EL ESTUDIO DEL PATRIMONIO HISTÓRICO Ma ía Jesús Mosque a Díaz''' Resumen La aplicación de la Po osime ía de In usión de Me cu io como he amien a undamen al en el desa ollo de mi labo in es igado a, me ha penni ido p o undiza ani(í en las di e sas aplicaciones de la écnica den o del campo de la A queome ía. como en sus posibles limi aciones que pueden media iza , en g an medida, la e acidad de los esul ados ob enidos. Basándome en mi p opia ex pe iencia. en el p esen e abajo se esumen las aplicaciones más in e esan es de la écnica, y se e isan los e o es que han su gido en la in e p e ación de los e sul ados. Finalmen e, se desc iben posibles soluciones a dichos e oies. El em pleo de o as écnicas, como Mic oscopía o ensayos de po osidad accesible al agua, ep esen a una aliosa ayuda pa a la co ec a in e p e ación de los da os ob enidos. Palab as cla e: Po osime ía de In usión de Me cu io, sus aplicaciones, sus limi aciones. 1. FUNDAMENTO DE LA TÉCNICA El undamen o de la Po osime ía de In usión de Me cu io, se basa en el hecho de que el me cu io, debido a su ele ada ensión supe icial, o ma un ángulo de con ac o con exo (> 90°) con cualquie sólido de na u aleza po osa, que impide la pene iación espon ánea del me cu io en el in e io de los po os del ma e ial. La aplicación de una p esión ex ema pe mi e la in usión del me cu io en la es uc u a po osa, de mane a que el inc emen o de la p esión aplicada gene a la pene ación en po os cada ez más pequeños. Asumiendo que los po os poseen omia cilind ica, la aplicación de la ecua- ' '' Dpio. Química-Física. Facul ad de Ciencias. Polígono Río San Ped o Apdo. de Co eos 40. 11310 Pue o Real (Cádiz). E-mail: ma iajesü[email p o ec ed]. H) MmI Jl .l V /)/i/ ción de Washbum [ 1 j (ecuación 1) pe mi e ob ene la dis ibuciíui de po os de un ma e ial a pa i de los da os de pene ación de me cu io a p esiones c ecien es P 2 y co.s O (1) Donde P es la p esión aplicada; y es la ensión supe llcial del me cu io; ) es el án gulo de con ac o que o ma el menisco del me cu io con el ma e ial; co esponde al adio de po o del ma e ial. 2. INSTRUMENTACIÓN Todos los ensayos u ilizados en la discusión de es e abajo, se han lle ado a cabo en un Po osíme o modelo Pascal (Fisons Ins umcn s) que cons a de dos unidades de baja y al a p esión capaces de abaja en un ango de p esiones en e O.l Kpa (p e sión de acío) has a 400 Kpa. La aplicación de es e amplio in e alo de p esiones pe mi e de ec a odos los po os p esen es en el ma e ial analizado con adios de po o en e 58 pm y 2 nm. Además, el apa a o es capaz de co egi au omá icamen e los da os en unción de los alo es de comp esibilidad de) me cu io p oducidos a p esiones ele adas. A pa i de ios da os de me cu io in uido y p esión ex e na aplicada, el ins umen al calcula de o ma au omá ica los siguien es pa áme os: Po osidad o al den sidad apa en e, dis ibución de adios de po o y supe icie especí ica de las mues is ensayadas. " ^ aplicaciones de la écnica en a queome ía La Po osime ía de In usión de Me cu io es conside ada una he amien a lunda- men al en el es udio de nues o Pa imonio His ó ico. Sus aplicaciones den o del campo e a A queome ía inciden en aspec os an di e sos como los siguien es: 3-1. Ca ac ización e iden i icación de una amplia a iedad de: MATi:klAI.í:s a queológicos (a qui ec ónicos, pic ó icos, ce ámicos y di-: o íes ipos) La unica limi ación que p esen a la écnica en lo que se e ie e al ipo de ma e ial u I izado, es que se a e de un sólido de na u aleza po osa. En el ul imo año, hemos abo dado en nues o g upo de in es igación un es udio, den o del p oyec o "Ca ac e ización A queomé ica de Ce ámicas" (PBQó-i 52 I-C03- 02), que ha pe mi ido iden i ica , median e la aplicación de la Po osime ía, una ex ensa a iedad de ce ámicas de in e és a queológico p oceden es de di e sos yaci mien os si uados en la p o incia de Cádiz. Como ejemplo conc e o, ci a emos los esul ados ob enidos pa a un conjun o de ce ámicas de o igen a eso analizadas en es e es udio. El alo de po osidad o al pe manece cons an e pa a odas las mues as ensayadas, po lo que puede se u ilizado como pa áme o iden i icado del o igen de III CosdKi .so Nm ionai 1)1 Akyi i 61 bichas mues as. Po o a pa o, la ob ención de dos dis ibuciones de nn o i mon o dile en es ( igu a i) dependiendo dei ipo de elabo ación desa oil l e 1^. miiidad de es e pa áme o, en la iden i ieadón dei su p oceso de eb i " os e sen ido, es necesa io eco da que la aplicación de o as écnieas mi'Á""'""' d- mayo popula idad en el campo de la A queome ía. ales como ani'üsis Z - elemen os o es udio de la eomposieión mine aiógiea. no ha pemmid; Í ^ LiKKis en e ambos p ocesos de íabncaeión. Los da os ob enidos ponen de mani- iL-s o que la Po osime ía de Me eu io os una excelen e he amien a pa a la comole a ca ac e ización de cualquie ma e ial a queológico. 3.2. DiAONos i o s ies udio de: i.a e oll-cion de los e ocesos di: dio io o de: los i-diek ios hi.si-o kos Conside ando el papel undamen al del anspo e de agua en cualquie p oceso de de e io o, y la innuencia de la es uc u a po osa del ma e ial en dicho anspo e, la ca acTonzaeión mie oes ue u al de los ma e iales que componen nues o Pa imonio esul a de i al impo ancia en el es udio de sus posibles mecanismos de de e io o. En es e sen ido, den o dei p oyec o eu opeo "De clopmen o e aliia ion e i e ia p c- dic ion and con ol me hods conce ning sea salí e ec s on moniimenl s ones {ENV4CT950I ]())". dedicado ai es udio del p oceso de c is alización de sales hemos enido la opo unidad de es udia la al e ación de nume osos monumen os eu opeos. El abajo ealizado nos ha pe mi ido es ablece una di ec a elación en e la ciné ica de anspo o de agua, esponsable de g a es de e io os, y la dis ibución po osimé- ica de! ma e ial (2|. En la igu a 2. se mues an las dis ibuciones ob enidas pa a es ocas g aní icas ampliamen e u ilizadas en Galicia. De hecho, los adios e ec i os cal culados a pa i de da os ciné icos y da os de po osime ía ( abla 1) esul a on simila es, y pe mi ie on explica la len a elocidad de ascenso capila de uno de los ^ ani- os como consecuencia del ele ado amaño de sus po os. 2(1 1 —0— ATORNO —e— A MANO 1 -5 SJj 10 -3 5 0 - nQBDsn a Ai inn gi 0.001 0.01 0.1 1~ 10 100 KKHI adio de pu o (pni) hi in o /. Valo es meüios (¡e íHs ihucúin de adio de po o pa a ce ámicas a iesas elabo adas po dos p ocedimienios di e en es. UNIVERSIDAD DE SEVILLA Fac. G.® e His o ia-Biblio eca 62 M hi J M s / /)/ y Figu a 2. Dis ibución de adios de po o acumulada pa a es ocas g aní icas. > I 'jV.W-'-i, H.íI M lIl- Ki i.in AxciIi'n 3 • {{iii ü i I <. (i.(m oíxii o(H 01 1 10 oHi iiKHi .'idiij <Jc po oO'nii Tabla 1. Radios e ec i os ob enidos a pa i de da os ciné icos y da os MIP pa : es ocas g aní icas. a ialeanle Koan .• . ci os Velocidad capila íp ■ c n = - ^ 1.24- I(J ' 0.89 ■ 10 ' 0.24 ■ 10 ' Po osidad o al ( ol %) 2,72 2,02 1 .13 Radio e ec i o-ciné ico (nm) 5,78 5.32 1 .24 Radio e ec i o-M.Í.P. (nmi 5.74 1 4,67 1 ,52 3.3. Con ol de la e icacia de a amien os de limpieza, consolidacic'jn Y PROTECCIÓN aplicados A DICHOS EDIFICIOS Los a amien os de conse ación se ealizan, en muchas ocasiones, sin p o undi za en posibles daños que pueden lle a asociados. Po ejemplo, la aplicación de con solidan es, con obje o de inc emen a la du eza y esis encia del ma e ial, gene a cam bios en su mic oes uc u a que a ec an di ec amen e al p oceso de anspo e de agua, y en consecuencia a su de e io o [3]. En la igu a 3, se mues a la e olución que ex pe imen a la dis ibución de po os de una a iedad de g ani o as la aplicación de dos a amien os consolidan es comúnmen e u ilizados en conse ación. La aplicación de Tego akon gene a el espe ado descenso de olumen po oso ( abla 2), mien as Con solidan e OH p o oca un lige o inc emen o que pod ía se debido al desa ollo de en siones en el in e io de los po os, p o ocadas po el secado del consolidan e. Es as ensiones pod ían gene a up u as que se en e lejadas en el aumen o de po osidad. Además, hemos conseguido en es e abajo es ablece es echas elaciones en e dis ibución de po o y p ocesos de anspo e. III Nacional dl ARüi'Lo.M RiA 63 Sin Inila Tci:o akim Consoliilan -OH GRANITO BALEANTE O. MIl D.OI 0.1 I 10 .idio de p ini (nm) llXl KMX) Tabla 2. Valo es de Po o sidad o al an es y después del a amien o. T a amien o P (F ) Sin a a 2.80 Tego akon 2.40 Con.solidan e-OH 32>2 Figu a .í. E olución de la dis ibución de po os en un g ani o as la aplicación de dos a amien os de consolidación. 4. LIMITACIONES DE LA TECNICA A con inuación, se desc iben algunas limi aciones que p esen a ia Po osime ía de In usión de Me cu io. Mien as algunas de dichas limi aciones ya han sido desc i as po o os au o es, algunas o as son u o de mi expe iencia pe sonal. En odos los ca sos. se in en a da posibles soluciones que puedan .se i de ayuda a o os in es iga do es in e esados en la aplicación de la écnica. 4.1. GI'OMETRÍA CILINDRICA DEL .SISTEMA POROSO La ecuación de Washbii n, undamen o de la écnica, supone que odos los po os del ma e ial po.secn o ma cilind ica. E iden emen e, ningún ma e ial es á cons i uido al 100% po po os de geome ía cilind ica. En los úl imos años, han su gido nue os modelos (es uc u a elíp ica, ec angula ) que se ajus an mejo a la o ma eal de los po os [4]. No obs an e, su aplicación en ocas g aní icas ha pe mi ido cons a a que las dis ibuciones de po os ob enidas a pa i de es os modelos p esen an escasas di e encias con las dis ibuciones co espondien es al modelo cilind ico p opues o po Washbum. 4.2. El alo de ángulo de con ac o me cu io-sólido pe manece cons an e A LO LARGO DE TODA LA EXPERIENCIA Cuando .se p oduce la ex usión de me cu io, se obse a una modi icación de di cho ángulo. Un e ec o que gene a es e cambio, y que ha sido ampliamen e discu ido [5], es ia apa ición de un enómeno de his é esis cuando se p oduce la salida del me cu io, al disminui la p esión aplicada. Sin emba go, es a a iación del ángulo de con ac o no suele ene e ec o sob e los esul ados ob enidos, ya que solamen e los da os de in usión se u ilizan pa a la ob ención de dichos esul ados. 64 4/ j s „ , i, ¡)i / 4.3. La íiSTRLCTl RA l'OR JSA iJhl. MATI.RIAI. NO lA MURADA A lo I AR(,(j DE LA HXPÍ£RII-;NC IA En algunos casos, se obse a una modi icación de la csi uclu a in e na del n i e- ial a p esiones ele adas. En ma e iales especialmen e débiles, eoioo abuinos eenien- os. se han desc i o [6] al e aciones del ma e ial después del ensayo ie po osiniein'a En nues o abajo con ma e iales pé eos y ce ámicas, el examen del ma e ial ai Mi c oscopio óp ico an es y después de la Po osime ía. ha pe mi ido e i ica la inal e abilidad de las mues as an e e.s e ipo de ensayos. 4.4. Conexiones en e E ;Kos La exis encia de una es uc u a ipo "cuello de bo ella", ca ac e ís ica de ma e ia les en los que las conexiones en e po os p esen an meno dimensión que los po o.s p opiamen e dichos, o igina la ob ención de dis ibuciones de adio de po o Liue cc>- ^e.sponden ealmen e a los adios de acceso, y no a los p i os p opiamen e dichos. Una ap oximación demasiado gene alizada que ealizan muchos au o es, es e e i se siem p e a las dis ibuciones de po o ob enidas po MIP como dis ibuciones de adios de acceso [7J. En el caso conc e o de las ocas g aní icas, su examen median e Mic os copía de Fluo e.scencia nos ha pe mi ido cons a a , como se ap ecia cla amen e en la igu a 4, que los g ani os es án compues os po una ed de isu as plana es pe lec a- men e in e conec adas en e sí y con un adio p ác icamen e cons an e a lo la eo de oda la isu a. La exis encia de es a es uc u a, nos pe mi ió a i ma que la dis ibu- ción de po os ob enida po MIP co esponde a la dis ibución de isu as isualizada po ic oscopía. De hecho, los alo es de adios de po o ob enidos po ambos mé o dos son muy .simila es como se ap ecia en la abla 3. 4.5. P epa ac ión de las Mia-ISTRAS A pesa de que en la bibliog a ía consul ada no .se le ha dado excesi a impo an cia al mé odo de p epa ación de las mues as que son some idas a un ensayo de Po osime ía, nues a expe iencia en la u ilización de la écnica, nos ha pe mi ido cons a a que. en algunas ocasiones, los mac opo os de ec ados po Po osime ía son ealmen e a e ac os o iginados en el p oceso de co e de las mues as. Como ejemplo Tabla 3. Valo es de adio de po o co espondien es al g ani o isualizado en igu a 4 ob enidos po MIP Radio mac o- isu a.s ígm) 40-2 0.013-0.002 Radio mic o- isu a.s gm) Figu a 4. Imci^en de! sis ema isu a! de un > ani (> ob enida median e Mic oscopía Op ica de Fluo escencia. di C iMiKi.sd Nachiwi di-: Akgi í conc e o, es posible ci a los ensayos MIP ealizados en a ios g ani os en los que se obse o un .dén .eo am nio máximo de po o (.s8 pm) pa a odas las mues as anali- c. . Sin emba go, el examen de las mues as median e Mic oscopía Óp ica de Fluo e.scencia pe mi ió cons a a que el amaño máximo de po o e a meno en odos los casos y di e en e pa a cada g ani o analizado. Con el in de elimina dichos a e ac os í iginados en el co e, se ealizó un pulido de las mues as median e di.sco de dia man e. Los mac opo os íue on aho a eliminados, y el alo de adio máximo nc p áe- icamen e eoinciden c con el alo isualizado po Mic oscopía de Fliio esceneia. Como ejemplo conc e o, en la abla 4 se mues an los alo es de adio máximo, ob enidos an es y después del pulido, pa a una a iedad conc e a. Las g á icas de dis ibución de adio de po o an es y después del a amien o ( igu a 5) ue on p ác icamen e coin ciden es. excep o pa a los po os de mayo amaño que desapa ecie on en la mues a pulida. Tabla 4. Valo es de adio má.xinio de isu a de un g ani o ob enidos po di e en es mé odos. Fnsayo Radio máximo {um) MlP-inucs as sin puli 58 Mic oscopía de Fluo escencia 10 MlP-muesl as pulidas 13 4.6. Tamaño de; la.s mle.s as Exis en algunas disc epancias en cuan o al amaño mínimo que deben posee las mues as u ilizadas en un ensayo MIP. Algunos in es igado es ponen, incluso, en en edicho la e acidad de los esul ados debido al pequeño amaño de las mues as em pleadas. En nues o labo a o io, hemos abo dado un es udio de compa ación en e mues- .^0 2.1 20 i 15 ^ 10 o 1 gnmiin .sin puli g ani o pulido O.OOl 0.01 0.1 I 10 adio de po o (jim) 100 I0(X) Figu a 5. E olución de la dis ibución de adios de po o de un g ani o os el pulido de la mues a. 66 M HI J S S hR [)l / as de di e en e amaño. Los esul ados ob enidos ue on simila es en lodos los casos analizados. Asimismo, los da os de po osidad o al ob enidos en es as mues as ( a bla 5), cuyas dimensiones máximas no pudie on sob epasa en ningún caso las di mensiones máximas del dila óme o de ensayo (2 cm'), p ác icamen e coincidie on con los alo es de po osidad accesible al agua (RILEM), en el que se u iliza on p obe as de 5 cm Tabla 5. E olución de los alo es de Po osidad o al en unción el amaño de las mues as. Dimensiones mues a (cm) 5 • 5 ■ 5 2 • 0,8 • 0,5 2,11 4 ■ 0.8 ■ ()J> 2.09 Po osidad o al (%) 2,10 5. CONCLUSIONES Los esul ados e isados y discu idos en el p esen e abajo pe mi en es ablece las siguien es conclusiones sob e la u ilidad de la Po osime ía de In usión de Me cu io den o del campo de la A queome ía: • La Po osime ía de In usión de Me cu io puede se u ilizada como una excelen e he amien a pa a la ca ac e ización mic oes uc u al de cualquie ma e ial de in e és a queológico. Además, su aplicación esul a undamen al en el es udio de los p oce sos de de e io o de nues o Pa imonio His ó ico. • A la ho a de in e p e a los da os ob enidos, es necesa io conside a cie as limi- ó ciones de la écnica, que en muchas ocasiones, pueden se pe ec amen e sol en a das con una co ec a p epa ación de la mues a, o la adecuada iden i icación de la geo me ía de su sis ema po oso. El empleo de o as écnicas adicionales, como la Mic oscopía o la ealización de ensayos de po osidad accesible al agua, puede esul a una aliosa ayuda pa a log a la co ec a in e p e ación de los esul ados ob enidos. 6. BIBLIOGRAFÍA [I] Washbum, E., 1921, No e on a me hod o de e mining he dis ibu ion o po e sizes in a po ous ma e ial, P oc. Na . Acad. Sci. (USA), 7, 115-116. Mosque a, MJ., Ri as, T., P ie o, B. y Sil a, B., 1999, Capilla y ise in g ani ic ocks. In e p e a ion o he kine ic on he basis o po e s uc u e, In . J. Colloid. and In . Sci. (acep ado). 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