Caracterización de materiales mediante rayos X y análisis patrimoniales: aplicación al acueducto de Punta Paloma

Abstract

En este Trabajo Fin de Grado (TFG) se aborda la caracterización de materiales estructurales de construcciones patrimoniales, utilizando técnicas de rayos X, con el objetivo de proponer pautas para trabajos de reparación y rehabilitación, así como para el desarrollo de futuros protocolos de conservación preventiva conforme a la legislación actual y siguiendo también los avances científicos más recientes. Como caso de estudio se analiza el puente de Churriana en el acueducto de Punta Paloma (Tarifa, Cádiz, España). Esta estructura de transporte de agua pertenece al conjunto arqueológico de Baelo Claudia, uno de los asentamientos romanos más relevantes de la Península Ibérica. El presente trabajo se estructura en tres bloques: En el primero se desarrolla una revisión exhaustiva de la normativa y la literatura científica para obtener un marco de conocimiento lo más completo posible. Como resultado, se propone un conjunto de fichas útiles parala caracterización patrimonial. Aunque este TFG está enfocado a las técnicas de rayos X, es notable la falta de normativa específica en lo que respecta a la aplicación de técnicas de ensayos no destructivas desde un enfoque de preservación del patrimonio. La segunda parte se centra en el caso de estudio, y comprende dos fases: i) la caracterización de materiales y elementos estructurales desde una perspectiva patrimonial (basada en la revisión de literatura científica), y ii) la campaña experimental con técnicas de rayos X que proporciona las propiedades físicas, químicas y morfológicas del elemento estudiado. Esta campaña se llevó a cabo durante el curso 2019/2020 en el Centro de Investigación, Tecnología e Innovación de la Universidad de Sevilla (CITIUS). La tomografía computarizada (TC) y los ensayos de microscopía electrónica de barrido (SEM) proporcionaron datos sobre la porosidad de las muestras (claves para futuros análisis de durabilidad y compatibilidad de materiales), mostrando también la existencia de estrías en la piedra para mejorar la adhesión entre materiales y la presencia de fibras vegetales en el mortero para incrementar la resistencia. De los ensayos de difracción y fluorescencia de rayos X (DRX y FRX) se obtuvieron los siguientes datos relevantes sobre la composición del mortero: se trata de un mortero de cal (de base óxido cálcico CaO) en el que el árido es arena de playa. Por el proceso de envejecimiento el material ha meteorizado formando calcita (CaCO3) . Es necesario ampliar la campaña experimental para determinar el carácter hidráulico del mortero. En el tercer bloque se proponen pautas para los trabajos de reparación en el puente de Churriana basados en los resultados obtenidos y en trabajos similares de otros investigadores, y se aplican las fichas mencionadas anteriormente. Aunque es necesario realizar ensayos adicionales, con los datos actuales se pueden plantear tres escenarios posibles para composición del mortero (cal hidráulica, cal hidratada y situación mixta). En consonancia, se proponen dos tipos de mortero de reparación para los casos de mortero de cal hidratada(inyecciones de micro-mortero y mortero de reposición).Los procedimientos descritos en este TFG, así como el conjunto de dichas se podrían aplicar en casos similares, por ejemplo en el resto de estructuras hidráulicas de Baelo o en otros elementos patrimoniales.

This TFG consist on the characterization of structural heritage materials by using X-ray techniques in order to provide guidelines for repair-refurbishment-retrofiitting works, as well as for the development of future conservative prevention protocols, following both the current legislation and the most relevant scientifiic approaches. As a case study, Churriana Bridge in the Aqueduct of Punta Paloma (Tarifa, Spain) ischosen. This hydric structure belongs to the Archaeological Site of Baelo Claudia, a Roman assemble in the Iberian Peninsula. This work is structured around three work blocks:The first section provides an exhaustive review on Codes, Standards and scientific literature in order to obtain a knowledge as complete as possible on the issue. From the review, a tab set to be used in heritage characterization works is proposed. Despite this TFG is focused on X-ray techniques, the lack of specific and consolidated legislation on non-destructive techniques to be used in building heritage characterization from a conservative prevention framework is noticed. The second section focuses on the case-study, comprising two stages: i) the building material and structural elements characterization from a heritage framework (based on a literature review); and ii) an X-ray-based experimental campaign that provides physical-chemical and morphological features of the studied element. The experimental campaign was performed during the 2019/2020 course in the Centrode Investigación, Tecnología e Innovación de la Universidad de Sevilla (CITIUS). Computed Tomography and Scanning Electron Microscope revealed the porosity of the samples (crutial regarding futurecompatibility and durability analyses), as well as a grooving along the stone in the interface to improve adhesion between materials and the presence of vegetal fibres in the mortar to increase the strength.X-ray diffraction and X-ray fluorescence tests (XRD and XRF) provided the following data: it is alime-based mortar (CaO base) with a beach sand aggregate. Due to the ageing, it turned out in calcite (CaCO3) suggested the presence of beach sand in the mortar (due to the location and the quartz content). In order to determine the hydraulicity of the mortar, additional test are required.In the third section, based on the obtained results and on similar works, guidelines for future repair works to be performed on the Churriana Bridge are proposed, applying the tab set of the first section. Despite the need of further investigation, three scenarios (hydraulic lime, hydrated lime and a mixed situation) are settled based on the nature of the mortar. According to that, an approximate composition for two types of repair mortar in the hydrated lime-based scenarios (micro-mortars injections and repointing mortar) are proposed.The procedures described in this TFG, as well as the tab set could be applied to similar constructions, such as other hydric structures of Baelo or other Built Heritage elements.