dimarts, 2 d’abril de 2013

Les sals: origen, dinàmica i efectes

Què són

Com que aquest post tracta de “sals” caldria posar-nos d’acord amb una definició d’aquest terme en relació amb el Patrimoni. Des del punt de vista químic una sal és el producte de la reacció entre un àcid i una base, però quan en Patrimoni es parla de sals es sol fer referència a aquells compostos solubles en aigua que es mobilitzen en dissolució i cristal•litzen en la superfície i en l’interior dels porus dels materials (normalment, en els dos llocs a l’hora: en els porus propers a la superfície i sobre aquesta).

D’on venen

La presència de sals en els materials de construcció és freqüent, però no generalitzada. No tots els materials contenen sals, ni aquestes poden aparèixer espontàniament sense cap raó. El seu origen pot ser molt variat: que formin part de la mateixa naturalesa de la pedra (poc freqüent, val a dir-ho), que provinguin del subsòl –clavegueram, usos anteriors...-, que siguin el resultat d’una reacció entre materials de construcció, o fins i tot que provinguin del particulat atmosfèric (com esprai marí o a conseqüència d’una activitat humana)... i de vegades, són directament aportades per una activitat de l’home. Considerant la diversitat de possibles fonts, sembla evident que qualsevol acció que es decideixi emprendre per tractar d’eliminar-les, requereix una mínima recerca que permeti saber la causa que les origina, altrament els esforços que es facin per eliminar-les no serviran per a res si no s’accedeix a tractar la font del problema, o al menys es coneix quina és aquesta.

Per a això disposem d’eines que poden delimitar quins han estat els processos que han generat les sals i de quin lloc procedeixen. D’una banda l’anàlisi de la naturalesa de les sals sol donar pistes fiables sobre el seu origen: els nitrats solen estar relacionats amb matèria orgànica en descomposició (present o passada), el sulfats alcalins solen ser el resultat de la lixiviació de ciment pòrtland, els sulfats (entre ells el guix) poden relacionar-se amb els morters -però en aquest cas cal una recerca una mica més aprofundida-, el clorur de sodi sempre té un origen marí, però això no vol dir que provingui directament del mar.
Addicionalment, l’estudi de la dinàmica de l’aigua en un edifici o bé patrimonial ajuda de forma molt directa a comprendre els camins que poden seguir les sals per arribar als materials afectats. Mesures directes (resistivitat) i indirectes (imagineria infraroja) aporten dades molt importants sobre la presència i mobilitat de la humitat, que en definitiva és el vehicle que mobilitza les sals.

On van

Un cop produïdes o quan hi ha sal en algun lloc immediat, l’única forma de mobilitzar-se és en presència d’aigua líquida i per tant, viatgen dissoltes en aigua seguint el camí d’aquesta, fins que s’evapora, les sals cristal•litzen i es fan aparents.

L’aigua sol seguir el camí de la gravetat, és a dir, cap avall; tot i que cal considerar també l’ascensió d’aigua per capil•laritat, que pot assolir alguns metres en condicions adequades. Pel que fa a la capil•laritat, tot i que normalment l’aigua prové del terreny, també es dóna en cornises planes, terrasses o altres llocs on s’acumula l’aigua ocasionalment. Això vol dir que podem trobar sals força lluny (metres o desenes de metres) del punt on s’han produït o d’on provenen.

Quan l’aigua evapora cristal•litzen les sals, les quals apareixen sempre en el front l’evaporació, el qual depèn de les condicions climàtiques, microclimàtiques i ambientals: si una cara d’un mur està més calenta que l’altre, aquesta serà –prioritàriament- on s’evapori més aigua i per tant, on preferentment apareixeran les sals. La qual cosa no vol dir que no cristal•litzin també en la cara més freda del mur: dependrà de la concentració, de les oscil•lacions diàries i estacionals de les condicions ambientals, etc.

Què fan

La seva presència, ultra l’efecte poc estètic, contribueix a la degradació dels materials afectats seguint diversos processos:

a)    en general, en cristal•litzar en els porus exerceixen pressió (pressió de cristal•lització) sobre les parets d’aquests i poder arribar a produir despreniments,
b)    hi ha sals que canvien el seu estat d’hidratació seguint les condicions ambientals, i com que aquest procés implica un augment de volum, pressionen sobre les parets de porus. Un exemple paradigmàtic és el sulfat de sodi –habitualment procedent de la presència de ciment-, que passa d’anhidre a decahidratat seguint les oscil•lacions diàries d’humitat i temperatura,
c)    en algun cas (sobre tot el clorur de sodi) arriben a segellar completament els porus i produeixen disgregació de les parets d’aquests a causa de la dilatació tèrmica, netament superior a la dels minerals que formen la majoria de les pedres. Per això el clorur de sodi només afecta pedres amb una mida de porus prou petita com per que la sal pugui omplir-los totalment: si els porus són grans, només folra les parets i té espai per dilatar sense exercir cap pressió,
d)    ocasionalment, alguna sal en solució por reaccionar amb els components del material (pedres, ceràmiques...) i general compostos potencialment patògens. Per exemple, el guix reacciona amb la dolomita (un mineral que forma part d’algunes calcàries) per donar sulfats de magnesi, molt més solubles i per tant, més mobilitzables que el propi guix.
e)    en solució, la presència d’ions grans (anions i sobre tot el sulfat) por accelerar processos de degradació basats en hidròlisi i la presència de sals dissoltes en contacte amb el ferro accelera dramàticament la seva oxidació per un procés de transferència electrònica entre aquest i els ions en solució.

Què fer?

És evident que la presència de sals requereix alguna acció de restauració, però la veritat és que aquesta no té cap sentit sense conèixer abans quines són les sals que es volen tractar, d’on venen, com s’han produït o como han arribat allà on són i quins són els danys (actuals o potencials) que poden causar als materials afectats. Per tant, davant d’un creixement de sals cal determinar què són abans de procedir a la seva extracció, alhora que establir si es tracta d’un procés actiu (les sals segueixen produint-se o arribant) o d’una cosa que va succeir en algun moment i ara ja no té lloc. I finalment, només desprès d’aquestes anàlisis, decidir quin és el procediment adequat per extreure-les i establir l’efectivitat d’aquest i el grau d’afectació sobre els materials que contenen les sals. 

Però d’això en parlarem en un altre post...

ALGUNS EXEMPLES

Catedral de Palma de Mallorca: sals procedents del subsòl per ascensió capil·lar, produides en el propi subsòl i parcialment, com a reacció entre materials de construcció: són sulfats de magnesi. Noteu que l'afectació de la pedra es produeix majoritàriament en una franja situada entre els fronts assolits per l'aigua del subsòl a l'estiu i l'hivern. La zona inferior, casi sempre mullada, no està degradada perquè les sals només degraden quan l'aigua evapora i aquestes cristal·litzen.



Sant Martí de Lleida: les sals del absis són bàsicament nitrats alcalins, associables a la presència d'antigues clavegueres actualment inactives, si be contenen esporàdicament aigua i -òbviament- matèria orgànica en descomposició.








Sals en els basaments de les pilastres de la Seu Vella de Lleida. Són exclusivament sulfats de magnesi produits com a reacció entre la pedra de construcció (una dolomia més o menys local) i el guix que contenen els morters. Les sals s'han produit sobre tot en les voltes quan l'edifici es va quedar sense coberta, però apareixen en el basament seguint el camí descencent de l'aigua que en certa època escolava des de les filtracions de les cobertes. Es tracta d'un procés actualment inactiu, si be francament eficaç pel que fa a la degradació: la solució en aquest cas és complexe i requeriria una actuació en diversos punts de la construcció, altrament, la seva extracció no serveix per a res.


Un detall de l'efecte degradatiu d'aquestes sals a la Seu Vella: entre dos cristalls de dolomita que formen part de la pedra, creixen petits cristalls (al centre de la imatge) de sulfat de magnesi, que al exercir una forta pressió de cristal·lització en un espai confinat, tendeixen a separar els cristalls de dolomita, que es desprenen de la pedra.





Un exemple evident de degradació per la presència del clorur de sodi: l'Aquarium de Sant Sebastià, on l'aigua de mar impacte en forma d'ones i arriba a mullar tota la paret.
El clorur sòdic cristal·litza entre els porus de la pedra i els arriba a segellar completament: com que el seu coeficient de dilatació tèrmica és més alt que el de la pedra, la pressió exercida per la dilatació (cada dia) acaba disgregant la pedra: que es degradi més o menys ràpidament depèn només de la mida dels porus. Porus grans no s'arriben a segellar mai del tot i queda espai per dilatar la sal, per tant no es degrada. En porus petits el procés es altament destructiu.

Porta de Sant Antoni, a la muralla de Tarragona. La degradació dels carreus es deu a la presència de clorur sòdic, que en aquest cas arriba com esprai marí en estar relativament prop del mar i orientada al Garbí, que bufa com a marinada cada dia a l'estiu. Observeu, a la foto de microscòpia electrònica de la part superior esquerra, l'aspecte deliqüescent de la sal, que adsorbei aigua superficial, la qual col·labora a la dissolució i a segellat dels porus de la pedra.

 Un altre cas de degradació per clorur de sodi; la catedral de Palma, en la que les voltes han "caigut" sistemàticament des de la seva construcció fins el 1802. Vegeu la reconstrucció d'una d'elles (es nota pel diferent color de la pedra emprada en la reparació). Com que les voltes no "cauen" si no s'obren els estreps, i en aquest cas no hi ha evidències de danys en els estreps (carcanyols i contraforts), cal pensar que "cauen" perquè es degrada o la pedra o el morter entre plements.

El cert és que a la catedral es troba clorur sòdic una mica per tot arreu, però no es pot atribuir a l'esprai mari perquè hi ha zones on aquest no arriba. D'on ve, dons, la sal? La inspecció de les antigues pedreres dóna la pista: la sal arriba amb les pedres perquè les pedreres són (en molts casos) a la vora del mar. És a dir, la sal la portaven en barca juntament amb les pedres.
En aquestes condicions, la pedra no es degrada perquè els porus són bastant amples, però probablement, es degraden els morters, de porus més petits. Si en una plementeria desapareixen els morters, la volta no col·lapsa, però les pedres cauen.
Això devia ser, molt possiblement, el que va passar a la catedral de Palma: que els morters es degraden (hi ha moltes evidències històriques i actuals d'aquest fet) i les voltes van "caure" fins el 1802.
Que va passar el 1802? Dons que un mestre d'obres va recomanar construir una coberta sobre les voltes de la catedral i per tant, va deixar d'entrar aigua a través de la part superior de les voltes... i el problema es va acabar. Fins a l'actualitat.


I finalment, un problema induit per l'acció restauratòria: aquest mosaic romà es va col·locar sobre un llit de morter de ciment portland i com que hi arriba humitat (ningú va corregir les línies d'escolament de l'aigua), el ciment lixivia elements alcalins (Na, K), que es transformen espontàniament en sulfats, que cristal·litzen sobre les tessel·les.
En aquest cas, com que el sulfat de sodi és especialment destructiu degut al cambi de fase entre la forma anhidra i la decahidratada, el problema és certament greu.

3 comentaris:

Javi ha dit...

Molt interessant, com sempre!
Si m'és permés, m'agradaria proposar una idea per a futures entrades: les sals i altres alteracions en materials mobles (ceràmiques, metalls, etc.). Aquests materials, sovint degut al fet d'haver estat sota terra, de vegades en camps de conreu, presenta alteracions molt interessants també (nitrats, fosfats, recarbonatacions, etc.) i altres problemàtiques curioses.
Salutacions, J

nuria casadevall ha dit...

Fantastiques explicacions, molt entenedor. Gracies!

Patrimoni 2.0 ha dit...

Nuria, Javi, gràcies pels vostres comentaris. Mirarem de preparar un post amb el que dius, Javi, però el problema és complexe.