Rehabilitación con morteros de cal hidráulica natural
Por Pablo José Andreu, Responsable de Asistencia Técnica de Mortero
Tratamiento científico, compatibilidad físico-química y metodología operativa en el patrimonio histórico
Edificio Tabacalera (Madrid)
Foto: IBERMORA Cementos
La conservación y restauración del patrimonio histórico arquitectónico constituye uno de los desafíos más complejos e interdisciplinares de la ingeniería de la edificación y la arquitectura contemporánea. A lo largo de la historia, las diversas civilizaciones han empleado la cal como el ligante por excelencia para la confección de morteros de asiento, revestimientos y hormigones. Desde las monumentales construcciones del Imperio Romano hasta las sobrias fábricas de mampostería medievales, la cal ha demostrado una compatibilidad físico-química y una durabilidad excepcionales a lo largo de los siglos. Sin embargo, el advenimiento de la Revolución Industrial y el posterior descubrimiento del cemento Portland a las puertas del siglo XIX provocaron un cambio radical en los paradigmas constructivos. Las altas resistencias mecánicas iniciales y los rápidos tiempos de fraguado del cemento eclipsaron el uso de las cales tradicionales, relegándolas a un plano marginal de la industria constructiva.
Durante gran parte del siglo XX, se generalizó de forma indiscriminada el uso de morteros cementicios y resinas sintéticas en intervenciones de consolidación y restauración de monumentos históricos. Los resultados a medio y largo plazo de esta práctica han sido, en una gran cantidad de casos, catastróficos. El uso de materiales incompatibles y de durabilidad no atestiguada en estructuras antiguas ha generado patologías severas e irreversibles, acelerando la degradación de soportes pétreos y cerámicos que habían permanecido estables durante milenios bajo el amparo de los materiales tradicionales. En las últimas décadas, la entrada en vigor de documentos internacionales de referencia como la Carta de Cracovia (2000) y las estrictas directrices de la normativa técnica europea (como la UNE-EN 459-1) han impulsado un retorno científico hacia los materiales tradicionales. En este escenario, la Cal Hidráulica Natural (NHL, por sus siglas en inglés Natural Hydraulic Lime) ha emergido como el material idóneo y el estándar de excelencia para la formulación de morteros de restauración. Este artículo pretende analizar en profundidad las propiedades, criterios de selección, metodologías de aplicación y el comportamiento patológico comparativo de los morteros de cal hidráulica natural en la intervención del patrimonio edificado.
¿Cómo funciona el ciclo de la cal hidráulica natural?
Para comprender de manera rigurosa la idoneidad de la cal en la restauración, es imprescindible analizar la naturaleza química de su producción y endurecimiento, proceso conocido universalmente como el ciclo de la cal.
El proceso se inicia con la calcinación de rocas calizas con un alto contenido en carbonato cálcico (CaCO3) en hornos a temperaturas comprendidas entre los 900 °C y 1000 °C. Esta aportación calórica provoca una reacción de descomposición térmica (descarbonatación), liberando dióxido de carbono a la atmósfera y produciendo óxido de calcio, comúnmente denominado cal viva:
CaCO3 + calor → CaO + CO2 ↑
Posteriormente, la cal viva debe someterse a un proceso de hidratación o "apagado" mediante la adición controlada de agua, dando lugar al hidróxido de calcio o cal apagada:
CaO + H2O → Ca(OH)2
Una vez que este material se pone en obra en forma de pasta o mortero, se inicia el proceso inverso de endurecimiento por carbonatación. El hidróxido de calcio reacciona con el dióxido de carbono presente en el aire, absorbiéndolo y reconvirtiéndose paulatinamente en carbonato cálcico, cerrando así el ciclo y retornando a la composición de la piedra original:
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O ↑
Diferencias entre la cal aérea y la cal hidráulica natural
Dentro del espectro de las cales, la clasificación técnica se fundamenta estrictamente en el mecanismo de fraguado y la pureza de la roca de origen de la que proceden:
- Cales Aéreas (Cales Grasas): Proceden de calizas con una pureza en carbonato cálcico superior al 95%. Carecen de componentes arcillosos y su endurecimiento depende única y exclusivamente de la presencia del CO2 atmosférico. Requieren un contacto directo con el aire, por lo que su fraguado en capas interiores gruesas es extremadamente lento, pudiendo prolongarse durante años o incluso siglos.
- Cales Hidráulicas Naturales (NHL): Proceden de la calcinación de calizas que contienen de forma intrínseca impurezas arcillosas (sílice y alúmina) de manera homogénea en su matriz mineral. Durante la cocción, además de formarse óxido de calcio libre, la sílice reacciona con el calcio dando lugar a la formación de silicatos y aluminatos cálcicos. Estos compuestos confieren al ligante la propiedad única de fraguar y endurecer tanto en ambientes aéreos como bajo el agua o en ausencia de aire, mediante reacción química directa con el agua de amasado.
La doble cualidad de las cales hidráulicas naturales (un fraguado hidráulico inicial rápido seguido de un proceso de carbonatación aérea continuo en el tiempo) las convierte en una solución tecnológicamente superior para intervenciones estructurales y paramentos exteriores expuestos a la intemperie.
Propiedades de la cal hidráulica natural en la rehabilitación del patrimonio
La selección de un mortero de cal hidráulica natural en la rehabilitación patrimonial no responde a criterios estéticos arbitrarios, sino a un conjunto de propiedades físicas, mecánicas y químicas esenciales que garantizan la compatibilidad con las fábricas preexistentes.
Permeabilidad al vapor de agua y transpirabilidad
Una de las mayores virtudes de los morteros de NHL es su elevada porosidad abierta y homogénea. Esta estructura capilar permite una excelente transpiración del edificio, facilitando la difusión de los flujos de vapor de agua desde el interior de los muros hacia el exterior. Al comparar la resistencia a la difusión del vapor de agua (coeficiente μ), los resultados son contundentes: mientras que el aire posee un valor de referencia de 1, el mortero de cal presenta un coeficiente aproximado de 6, netamente inferior al del mortero de cemento tradicional (cuyos valores oscilan entre 20 y 25) o al de acabados acrílicos e impermeables que actúan como barreras estancas (con coeficientes que superan los 3000). Esta propiedad reduce drásticamente el riesgo de condensaciones intersticiales y la acumulación de humedad en el núcleo de las estructuras históricas.
Módulo de elasticidad y flexibilidad mecánica
Las estructuras históricas son entes dinámicos sujetos a asentamientos diferenciales, variaciones térmicas y movimientos vibratorios recurrentes. Los morteros de cemento desarrollan altas resistencias a la compresión pero adolecen de una rigidez extrema debido a su alto módulo de elasticidad. Ante cualquier movimiento de la fábrica, el mortero rígido no se deforma, induciendo tensiones mecánicas severas que terminan por fracturar y desagregar la piedra o el ladrillo original, que suelen ser estructuralmente más débiles.
Por el contrario, los morteros de cal hidráulica natural poseen un bajo módulo de elasticidad y una notable plasticidad intrínseca. Tienen la capacidad de deformarse plásticamente ante micromovimientos y tensiones mecánicas, adaptándose a las deformaciones del soporte sin fisurar ni dislocar las piezas de la mampostería.
Comportamiento pasivo y ausencia de sales solubles
El cemento introduce de forma inherente en la estructura porcentajes significativos de álcalis solubles y sulfatos (sodio, potasio y magnesio). La cal hidráulica natural de alta pureza química carece de estas sales solubles nocivas. Su carácter es químicamente pasivo frente a soportes antiguos, elementos de madera estructural y armaduras o tirantes de hierro, actuando incluso como un protector natural contra la corrosión gracias a su elevado pH alcalino, que simultáneamente le confiere propiedades antisépticas, fungicidas y fungistáticas.
¿Qué es un mortero de sacrificio y por qué protege los edificios históricos?
El concepto de mortero de sacrificio es uno de los principios más inteligentes de la física aplicada a la conservación del patrimonio. Básicamente, consiste en diseñar un material de unión que sea química, física y mecánicamente "más débil" y permeable que la piedra o el ladrillo histórico, para que todos los procesos de deterioro ocurran en él y no en la estructura original.
Para entender la ciencia detrás de este fenómeno, hay que analizar cómo interactúan el agua, las sales y los poros del material:
La física del transporte de humedad por capilaridad
El agua se desplaza por el interior de un muro histórico mediante capilaridad. El diseño de un mortero de sacrificio (habitualmente basado en Cal Hidráulica Natural o NHL) busca que este tenga una porosidad abierta mayor y un diámetro de poros estratégicamente coordinado con el de la piedra.
Debido a los gradientes de presión de vapor, el agua líquida y la humedad ambiental buscan siempre el camino que ofrezca menor resistencia para su evaporación. Al ser el mortero más poroso y transpirable, funciona como un "imán" o un desagüe natural, desviando el flujo de agua hacia las juntas y alejándolo del sillar histórico.
El fenómeno destructivo: presión de cristalización
El agua subterránea o de lluvia que entra en el muro lleva sales disueltas (nitratos, sulfatos, cloruros). Cuando el agua llega a la superficie del muro y se evapora, las sales no pueden evaporarse y cristalizan. Este proceso genera dos fenómenos:
- Eflorescencias: Las sales cristalizan en la superficie exterior (como un polvo blanco). Son antiestéticas, pero no dañan el material.
- Criptoflorescencias: Las sales cristalizan dentro de los poros del material. Al pasar de líquido a cristal, aumentan su volumen y generan una presión de cristalización gigantesca (capaz de superar los 100 MPa). Esta presión rompe las paredes de los poros desde el interior.
Al forzar que el frente de evaporación ocurra en el mortero, las criptoflorescencias rompen el mortero de cal, salvando la piedra. El mortero se desmorona deliberadamente para que la piedra histórica quede intacta.
En la arquitectura histórica, la fuerza de un muro no depende de que sus juntas sean indestructibles, sino de su capacidad para liberar tensiones y humedad. Cambiar un mortero degradado cada 30 o 50 años es una intervención barata, sencilla y totalmente reversible; restaurar una piedra esculpida del siglo XII destruida por las sales es imposible.
Cómo aplicar morteros de cal en fachadas: sistemas de capas
La ejecución de revestimientos y revocos exteriores con morteros de cal en paramentos históricos exige el respeto riguroso de la metodología tradicional de aplicación multicapa, disminuyendo progresivamente el espesor de las capas y el tamaño del árido desde el interior hacia el exterior.
La siguiente tabla resume la metodología tradicional de aplicación por capas del revestimiento.
| CAPA DEL REVESTIMIENTO | DENOMINACIÓN | FUNCIÓN | ESPESOR |
|---|---|---|---|
| Primera capa | Salpicado, capa de agarre | Agarre, puente de adherencia, regularizador de absorción y cubrición de irregularidades profundas de la fábrica. | 5-6 mm |
| Segunda capa | Revoco de fondo | Conseguir la planeidad definitiva del paramento y homogeneizar la absorción higrométrica. | 10-20 mm |
| Tercera capa | Revoco/os de acabado | Protección final frente al agua de lluvia y acabado liso o extra liso | 3-5 mm |
| Cuarta capa | Estuco, jabelga, pintura | Acabado estético, cromático final | Micras |
Consideraciones prácticas de ejecución en obra
Preparación del soporte: El muro debe limpiarse exhaustivamente mediante métodos no agresivos, eliminando restos de suciedad, costras negras, pinturas plásticas estancas y morteros degradados o cementicios de intervenciones anteriores. Las juntas de colocación deben vaciarse hasta una profundidad mínima de 1.5 a 2 cm para garantizar el anclaje mecánico del nuevo mortero.
Humedecimiento previo: Es un requisito crítico humedecer el soporte de mampostería o ladrillo abundantemente con agua antes de aplicar cada capa. Esto evita que el soporte absorba por capilaridad el agua de amasado del mortero de cal de forma prematura, fenómeno que provocaría el "quemado" del mortero, impidiendo su correcto fraguado hidráulico.
Uso de mallas de refuerzo: En zonas de transición entre materiales disímiles (por ejemplo, contacto entre piedra y ladrillo) o cuando los espesores totales superen los 2 cm, es obligatorio embeber mallas de fibra de vidrio o mallas metálicas de triple torsión fijadas mecánicamente al tresbolillo. Estas mallas absorben los esfuerzos de tracción y previenen la aparición de fisuras.
¿Por qué el cemento Portland puede provocar patologías en edificios históricos?
La justificación del uso de morteros de NHL frente a ligantes modernos se evidencia científicamente al analizar el comportamiento patológico cruzado en edificios históricos. El cemento, debido a su química de fraguado a base de silicatos tricálcicos y aluminatos tricálcicos, altera de forma irreversible el equilibrio termodinámico e higrométrico de las fábricas antiguas.
Caso de estudio: el fenómeno del revestimiento estanco
Cuando una fachada de sillería o tapial antiguo se reviste con un mortero cementicio moderno, se genera una barrera prácticamente impermeable al vapor de agua. El agua subterránea que asciende por remonte capilar a través del muro encuentra bloqueada su salida natural de evaporación superficial. Al no poder evaporarse a través del mortero de cemento, el agua se ve obligada a ascender a mayor altura en el muro y a concentrarse en la interfase entre la piedra histórica y el mortero moderno. Las sales solubles transportadas por el agua cristalizan justamente debajo de esta capa rígida de cemento.
La tremenda presión de cristalización generada por sales como la mirabilita o la epsomita rompe mecánicamente la matriz porosa de la piedra antigua. Finalmente, la piedra se desintegra internamente, convirtiéndose en un polvo arenoso (desagregación arenosa), provocando el colapso del sillar y el posterior desprendimiento en placas del revestimiento de cemento.
La siguiente tabla resume las principales diferencias entre los materiales comparados.
| PARAMETRO TÉCNICO | MORTERO DE CEMENTO | MORTERO DE CAL HIDRAULICA NATURAL | MORTERO DE RESINAS |
|---|---|---|---|
| Resistencia Mecánica | Muy Elevada (induce tensiones) | Baja - moderada (compatible con materiales antiguos) | Muy elevada |
| Módulo de elasticidad (E) | Muy Elevado (rígido y frágil) | Bajo (óptima flexibilidad y adaptabilidad) | Variable, propenso a degradación por radiación UV |
| Porosidad (µ) | Cerrada (µ aprox. 20-25) | Abierta y homogénea (µ aprox. 6) | Totalmente estanco (µ > 3000) |
| Aporte de sales solubles | Elevado | Nulo o insignificante | Ausente, pero introduce compuestos orgánicos extraños |
| Reversibilidad en obra | Su retirada exige métodos mecánicos destructivos | Su retirada es fácilmente eliminable con herramientas manuales | Su retirada requiere disolventes químicos agresivos |
Cómo tratar la humedad por capilaridad con morteros de cal
La humedad por remonte capilar representa una de las patologías más destructivas y recurrentes en plantas bajas de edificios históricos. Para solventar esta problemática desde la perspectiva de la cal hidráulica natural, se combinan dos sistemas complementarios: barreras químicas por inyección y los morteros macroporosos deshumidificantes.
Barreras químicas de inyección con silanos y siloxanos
Para cortar el flujo ascendente de agua desde las cimentaciones, se ejecuta una barrera horizontal mediante la inyección controlada de cremas de silanos y siloxanos concentrados en base acuosa. La crema se expande en el interior de la red de poros del muro, reaccionando con la humedad residual y polimerizando para crear una microemulsión interna fuertemente hidrófuga que cambia el ángulo de contacto capilar. Este sistema bloquea eficazmente el remonte de agua líquida incluso en muros con niveles de saturación de hasta el 95%, pero manteniendo de forma crítica la transpirabilidad total del soporte al vapor de agua.
Morteros macroporosos deshumidificantes (clasificación R)
Por encima de la barrera de inyección, se aplican morteros macroporosos deshumidificantes formulados estrictamente con cal hidráulica natural y exentos de cualquier adición de cemento (conforme a la norma UNE-EN 998-1 Clasificación R). Estos sistemas basan su efectividad en una dosificación precisa que genera una estructura con un alto volumen de macroporos aireados en su matriz mineral. El agua cargada de sales penetra en el mortero desde el muro; debido a la estructura porosa, el frente de evaporación se sitúa de forma interna dentro del propio mortero y no en su superficie exterior.
El agua se transforma en vapor y se difunde libremente hacia la atmósfera, mientras que las sales cristalizan de manera inocua dentro de los macroporos aireados del mortero, que poseen suficiente espacio volumétrico para albergar los cristales sin generar tensiones de rotura ni desprendimientos.
Control de calidad y normativa para morteros de cal hidráulica natural
La puesta en obra de morteros de cal hidráulica natural en proyectos de restauración monumental de excelencia exige un estricto control de calidad documental y de laboratorio, huyendo de formulaciones empíricas descontroladas ejecutadas a pie de obra.
Clasificación de la cal hidráulica según la UNE-EN 459-1
La normativa técnica europea clasifica las cales hidráulicas naturales en tres categorías comerciales en función de su resistencia mecánica a la compresión a los 28 días de fraguado estándar:
- NHL 2: Cales de baja hidraulicidad, indicadas exclusivamente para revocos interiores decorativos, soportes de piedra blanda muy disgregada o pinturas texturizadas de alta flexibilidad.
- NHL 3.5: El estándar por excelencia para la restauración patrimonial general. Desarrolla una resistencia a compresión intermedia idónea para enfoscados exteriores, asiento de sillería común, rejuntados de ladrillo y restauración de fábricas de mampostería expuestas a condiciones climáticas medias.
- NHL 5: Cales de alta hidraulicidad, con resistencias mecánicas elevadas. Indicadas para consolidaciones estructurales profundas mediante lechadas de inyección, restauración de infraestructuras hidráulicas (estanques, canales, acequias), cimentaciones en terrenos húmedos o edificación expuesta a ambientes marinos de extrema agresividad.
Pliego de prescripciones técnicas para la puesta en obra
Para garantizar el éxito constructivo y evitar patologías derivadas de una mala ejecución por parte de mano de obra no especializada, se detalla a continuación el pliego técnico de condiciones de obligado cumplimiento en obra:
- Mezcla mecánica obligatoria: Prohibido el amasado manual. Tiempo mínimo en batidora: 5 minutos para asegurar la correcta dispersión capilar.
- Agua potable: Exenta de sulfatos, cloruros o materia orgánica que altere químicamente el fraguado. Prohibición Absoluta de Aditivos: No añadir cemento, yeso o resinas acrílicas al producto.
- Dosificación estricta: Respetar la relación agua/saco indicada por el fabricante (mirar siempre la información disponible en la ficha técnica).
- Proceso de curado húmedo: Mantener húmedo mediante nebulización sistemática de agua limpia durante 72 horas posteriores a la puesta en obra.
- Limitaciones climáticas: No aplicar con temperaturas inferiores a 5°C ni superiores a 35°C, ni bajo vientos secos intensos.
Conclusión y perspectivas futuras
La utilización de morteros de cal hidráulica natural en la restauración y rehabilitación del patrimonio arquitectónico e histórico no representa un retorno nostálgico hacia técnicas pretéritas, sino una decisión científica de primer orden avalada por la física de materiales contemporánea y por la experiencia patológica acumulada durante el último siglo. Las propiedades de alta transpirabilidad, bajo módulo de elasticidad, compatibilidad química y el comportamiento estratégico como material de sacrificio convierten a los sistemas de NHL en la única solución técnica capaz de garantizar la estabilidad estructural y la durabilidad monumental a largo plazo de nuestros conjuntos históricos.
De cara al futuro de la edificación y la arquitectura sostenible, el avance científico en el conocimiento de la cal hidráulica natural abre perspectivas de gran relevancia. Al tratarse de un material de origen natural, plenamente compatible con los postulados de la bioconstrucción y la arquitectura ecológica, su ciclo productivo presenta una huella de carbono netamente inferior a la del cemento Portland, absorbiendo e internalizando dióxido de carbono ambiental durante su fase secular de endurecimiento por carbonatación aérea, devolviendo al edificio su equilibrio histórico original.
