Ciencia aplicada

Ing. Daniel E. Ortolá

 

 

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Traducción del artículo de la SGQ  (The Stained Glass Quarterly) Spring 2005: “Analysis and Comparison of Old and New Lead  Came”

 reprinted with permission from  the Spring 2005 issue of The Stained Glass Quarterly ( www.stainedglass.org )

Traducción: Ing. Daniel E. Ortolá             Affiliate

 

 

ANÁLISIS Y COMPARACIÓN DE PERFILES DE PLOMO ANTIGUOS Y NUEVOS

por Veda-Anne Ulcickas, Ingeniera en Materiales

Introducción de Frederick B. Shea, Presidente de Stained Glass Resources, Inc.

 

En el medio siglo último a medida que muchos de los vitrales en los Estados Unidos alcanzaron la edad de 100 años, ha crecido la necesidad de su restauración, tanto como las dudas y preguntas que rondan a esta actividad.

¿Que es “restauración?. ¿Existe una “buena” y una “mala” manera de restaurar vitrales? ¿En qué manera se diferencia de la preservación, conservación o la reparación? ¿Cuales son las partes históricas,  artísticas y valiosas  significativas de un vitral? ¿Tiene el plomo una vida útil determinada, y en ese caso cuál es?

¿Puede ser esta vida útil prolongada o acortada? ¿Qué parte juega el clima en la condición general de un vitral? ¿Cuáles son las señales de peligro para un vitral emplomado? ¿Hay síntomas que podamos utilizar para tomar medidas a tiempo? ¿Hay intervenciones que producen más daño que mejoras? Así como todos nosotros proclamamos nuestra larga experiencia y los muchos trabajos realizados con perfiles de plomo, ¿tenemos algún dato científico que nos avale?

Mientras el cliente generalmente lidia  con las difíciles decisiones que involucran el valor histórico, artístico o sentimental de sus vitrales nosotros, como expertos en vitrales, somos convocados  para un asesoramiento más cuantificable. Dado que nuestra opinión y consejo puede tener un efecto enorme sobre la supervivencia del vitral, es en extremo necesario que nuestro asesoramiento sea tan completo y exacto como sea posible

El informe que SGR comisionó y que sigue a continuación intenta entender el deterioro del perfil de plomo, sus causas sus síntomas y algunos `posibles remedios. Si bien no puede contestar el total de las dudas que rodean la restauración de vitrales y sus distintas técnicas, proporciona sólidas e irrefutables  evidencias científicas para poder elegir uno u otro procedimiento, en forma profesional

Quizás este artículo no sólo proveerá respuestas a algunas de las preguntas planteadas sino que también  provocará una franca y abierta discusión sobre las técnicas y prácticas de restauración de vitrales utilizando hechos y no conjeturas

 

Historia y discusión

 El plomo utilizado después de  la Revolución Industrial es una sustancia enteramente  moderna, con una pureza y un control de composición que los artesanos medievales del vidrio no podrían llegar a imaginar. De hecho, en la época en que se crearon muchos de los famosos vitrales  europeos, quienes producían sus propios perfiles no poseían la habilidad de determinar qué otros metales estaban en aleación con el plomo, y mucho menos  refinarlo a los estándares modernos o producir aleaciones adecuadas. Las investigaciones realizadas  revelaron que el análisis de los perfiles  medievales  indicó que el plomo de esa época contenía plata, antimonio, cobre, estaño, etc., en variadas proporciones.

 A mediados del siglo XIX, se desarrollaron modernos procesos de refinación que permitieron extraer estos metales extraños del plomo. Lamentablemente, al extraer esos componentes de la aleación del perfil,  éste  resultó mucho más débil. El perfil medieval sin refinar sostenía mucho mejor el peso del vidrio que soportaba las fuerzas del viento  a las que estaban expuestos los vitrales y al propio peso vidrio-plomo. El plomo moderno de “calidad de restauración” está  basado en el análisis de algunos perfiles  medievales. Como lo muestra el análisis químico realizado en esta investigación, el plomo para “restauración” contiene un mayor porcentaje de elementos que producen mayor dureza  del plomo que la del  utilizado a  fines del siglo XIX y principios del XX. A pesar de que esto significa que el plomo actual  para restauración es más fuerte que el antiguo de mayor pureza, incluso estos perfiles,  al igual que sus antecesores medievales, muy probablemente fallarán.

La razón por la que los perfiles de plomo finalmente han de fallar es la naturaleza propia del material. El plomo es poco sensible  al calor y se puede recristalizar en forma espontánea a temperatura ambiente, haciendo imposible cualquier tratamiento de endurecimiento  para  ningún período de tiempo útil.

 Debido a su baja temperatura de fusión, el plomo puede “estirarse” a las temperaturas en las que normalmente se lo utiliza. Este estiramiento  es una deformación lenta, plástica (es decir  permanente que  no vuelve a su forma anterior cuando se quita la presión a la que está sometido) de los materiales bajo presión o tensión constante. Este es el caso de la matriz de  perfiles de plomo que sostiene los vidrios de un vitral. Esto significa que las  combas y las rajaduras en perfiles  que se ven en vitrales  del siglo XIX y del XX es una falla estructural  inevitable  e inherente al propio perfil de plomo, que resulta de la combinación de los procesos modernos de refinado y su misma  naturaleza. Aun cuando el plomo medieval y el de restauración soportarán mejor las fuerzas a las que están sometidos  debido a su composición química, incluso estos perfiles fallarán al fin y al cabo  de una forma similar.

Como mostró nuestra prueba de laboratorio, los perfiles antiguos  no se pueden resoldar tan efectivamente como los nuevos. Por lo tanto, una vez que un vitral  sufre fallas estructurales en el plomo – junturas rotas, perfiles  quebrados, secciones estiradas o rotas - la solución estructural más efectiva es el reemplazo completo del plomo fallado. Esto es cierto no importa cuál haya sido el motivo de la falla, aun cuando éste sea la  falta de barras de refuerzo. Como mostró nuestra prueba, cualquier  método que se utilice para preservar  el perfil quebrado o combado –el aplanado, la re-soldadura o el agregado de barras de sostén- no darán como resultado un vitral  robusto desde el punto de vista estructural. No hay consolidación posible para el plomo desgarrado, estirado, quebrado o deformado

 Algunos profesionales han expresado su preocupación  en el sentido de que reemplazar la matriz de plomo por entero afecta negativamente tanto el valor estético como el valor histórico de un vitral. Sin embargo, un sistema de soporte defectuoso no se compara en modo alguno con las rayaduras superficiales, las abolladuras o el quebrado de antigüedades valiosas. Ningún anticuario de muebles que se precie  de tal sugeriría reparar una pata de escritorio combada o astillada con injertos  de madera enchapada  y clavos  para “preservar la historia” de tal daño estructural. Esto es análogo al método de “aplanar, resoldar y reforzar” invocado por algunos restauradores  para los perfiles de plomo.

Reemplomar un vitral no altera el efecto artístico  del vidrio. Simplemente reemplaza el soporte fallado. Un restaurador de reputación buscará preservar la esencia  original del vidrio y cualquier otro efecto especial, utilizando perfiles de plomo que sean exactas réplicas de los originales y preservando aquellos componentes que sean  irreemplazables.

 El vidrio es una sustancia frágil y se rompe fácilmente. Una vez que un vitral se ha combado, los  vidrios de  sus paneles están sujetos a cargas jamás planificadas por el diseñador del vitral. Los perfiles quebrados y estirados ya no pueden soportar sus cargas originales, y éstas se transfieren al vidrio. Esta es una receta segura para su destrucción.

 En su esfuerzo por preservar el plomo “auténtico”, el dueño del vitral  o el restaurador  que use la técnica de aplanado, incrementará sustancialmente la probabilidad de daño al vidrio.

 El reemplomado asegura  preservar lo artístico de un vitral, al transferir las cargas a una nueva matriz de perfiles de plomo. Esto nos permite ver lo artístico de ese vitral tal como se la diseñó originalmente: plano, estructuralmente robusto, y con el vidrio original preservado.

 Como lo indican las pruebas de resistencia a la tracción, el plomo es un material débil y de baja resistencia. El combado de  las matrices  de plomo y las rajaduras  por sobrecarga de las paredes del perfil son típicos ejemplos de fallas estructurales que sufren  elementos que soportan carga. Tomando como base  los perfiles de plomo tradicionales, esto parece inevitable: el propietario de un vitral antiguo  tendrá que decidir entre salvar y preservar el plomo viejo, o salvar y preservar los paneles del vitral..Ir a Conclusonies

 Antecedentes

Las pruebas fueron realizadas por la Massachussets Materials Research, Inc. (MMR) de West Boylston, Mass a pedido de la Stained Glass Resources Inc., que comparó y evaluó perfiles  de plomo de varias fuentes, y que documentó diferencias relacionadas con la edad de los perfiles. Se realizaron  

  • Pruebas comparativas de fuerza en tensión, para perfiles  viejos y nuevos.
  • Análisis metalúrgico de viejas y nuevas juntas de soldadura en perfiles viejos y nuevos.

Estos análisis se eligieron como la mejor forma de analizar  diferencias entre los perfiles viejos y los nuevos  y para evaluar estas diferencias con respecto a la integridad estructural de un vitral

 El término “viejo” tal como se usa en este informe se refiere a perfiles  producidos desde mediados del siglo XIX hasta mediados del siglo XX. Documentar los efectos del tiempo, el stress y la exposición atmosférica, como también las diferencias cuantitativas entre reparaciones parciales y reemplazo total del plomo, puede ayudar a desarrollar una forma más científica de evaluar las condiciones de un vitral. Este análisis fue un primer paso hacia esa meta.

 Resultado de la Investigación Técnica

 Examen Visual

 Se eligieron  perfiles viejos de dos vitrales para la evaluación y comparación con perfiles nuevos.

 Se tomaron juntas re-soldadas de una reparación realizada a mediados de los 70 para su evaluación con respecto a una junta nueva. El re-soldado es una  práctica común en la reparación de vitrales. Por lo tanto, es clave la comparación de las juntas producidas al evaluar las diferentes prácticas de solución mencionadas antes, especialmente los efectos de reparar y/o resoldar versus reemplomar por completo.  Los vitrales  elegidos para testeo fueron provistas por Stained Glass Resources, pero las muestras reales fueron seleccionadas por MMR. Estas muestras se listan en la Tabla I – pág. 55.

El examen visual de los perfiles  más viejos reveló una multitud de fracturas finas  extendiéndose dentro del perfil  desde sus bordes exteriores. La Fig. 1 – Pág. 53 muestra varios de estas fracturas  a lo largo de una longitud de una pulgada en la Muestra A. Las juntas más viejas revelaron también fracturas ampliamente repartidas en zonas extendidas. 

Las Fig. 2 y 3 (Pág. 53) muestran fracturas  de junta en la Muestra A. La fractura  en la junta más baja que muestra la Fig. 2 se examinó posteriormente con análisis EDS (Espectroscopio de Rayos X). Para comparación, la muestra E, una soldadura  nueva sobre plomo nuevo, se ve en la Fig. 4 – Pág. 53. Fracturas  visibles fueron el denominador común a todas las muestras viejas y no estuvieron presentes en las muestras nuevas. Como la fractura  visible a simple vista  no necesariamente es la única existente, se realizó además un examen microscópico. 

Examen con microscopio binocular

Un microscopio binocular es un microscopio liviano del tipo común. Otro nombre para este equipo es microscopio stereo. 

Este examen se hizo para inspeccionar los perfiles en objetivo, en aumento de hasta 50X. También las fracturas seleccionadas se abrieron con cuidado para revelar sus superficies internas  de fractura y ser examinadas con este método.  

Este examen no reveló ninguna información nueva con respecto a las superficies de los perfiles. Las superficies de las fracturas, sin embargo, eran obviamente diferentes en apariencia de las superficies brillantes y pulidas creadas en laboratorio formadas por exposición de las fracturas. Cuando se abre una fractura para su inspección, el metal que se hallaba aun intacto en el entorno de la fractura en cuestión produce una nueva fractura. Esta es la fractura creada en laboratorio. A pesar de no estar relacionada con la fractura inicial, puede proveer información sobre el metal de base para ser comparado con la fractura en cuestión. 

Las fig. 5 y 6 (Pág. 53) muestran la superficie de fracturas en los perfiles  de las muestras A y B respectivamente. Ambas fotografías fueron tomadas en los mismos lugares, bajo las mismas condiciones de iluminación, con diferencia de minutos. Nótese que la superficie de fractura de la fractura de la Muestra A es notablemente más oscura que la de la fractura de la Muestra B. En la Fig.6 se ve una porción de la fractura creada en laboratorio. Esta fractura creada en laboratorio tiene bordes como cortados a cuchillo y es brillante. Contrasta esta apariencia brillante y lisa con las superficies de las fracturas más viejas. Las superficies de fractura más oscuras son probablemente resultado de mayor oxidación. Para verificar que la mayor oxidación es la causa de diferencia de apariencia, se examinaron estas superficies de fractura en un microscopio electrónico Scanner. 

Análisis con microscopio electrónico scanner (SEM)

El microscopio electrónico scanner (SEM) se usó en esta investigación por dos razones: para revelar el modo de quiebre de las fracturas, si no estaban demasiado corroídas, y para analizar la superficie buscando diferentes niveles de oxígeno para ver si había una diferencia detectable entre muestras de diferentes edades. Un microscopio SEM es diferente de un microscopio binocular en cuanto utiliza, en vez de luz, un rayo electrónico para formar una imagen de la superficie a ser analizada. Esto significa que la resolución y la profundidad de campo se incrementan mucho. El análisis SEM provee vistas de muestras con un aumento mayor que los microscopios binoculares.

Las superficies de las fracturas mostradas en las Fig. 5 y 6 se examinaron tanto en las condiciones en que fueron recibidas como también después de ser limpiadas. La capa de óxido presente en ambas superficies oscureció los rasgos de la fractura en la condición primera, de modo que se utilizó para quitarla una solución limpiadora liviana conocida como Alconox. Después de la limpieza, ambas superficies de fractura mostraron una forma de ruptura porosa, con estiramiento y rotura final. Fig.7 (Pág. 55). Esto indica un metal muy dúctil y deformable. Esta es la misma forma  de fractura que muestran la mayoría de los metales dúctiles en los tests a la tracción, excepto que en general los especimenes testeados no se fracturan fácilmente. Representa la exposición del metal a una fuerza superior a su capacidad física de soporte. Dicha rotura podría ocurrir si existieran ráfagas de viento inusualmente fuertes, perfiles demasiado pequeños, estiramiento  del plomo, paneles fuera de línea, o demasiado peso del vidrio.

Se examinaron también las superficies planas del perfil  de la Muestra  A  para buscar fracturas no visibles a simple vista. Se estudiaron varias regiones elegidas al azar y aproximadamente un tercio de las mismas tenía fracturas. 

Varias de estas fracturas se muestran en las Fig. 8 a 10 (Pág. 55). Nótese que el aumento en estas figuras va de 50X a 500X. Ninguna de estas fracturas era visible a simple vista, y sólo una se vio a 15X (la que muestra la Fig.10 a 50X, para más claridad). La Fig. 11 (Pág. 55) muestra la región donde se localizaba la fractura mostrada en la Fig. 8. Nótese que no es visible a 15X. Esto significa que aquella reparación llevada a cabo sobre fracturas visibles deja una multitud de fracturas sin tocar y sin remediar

Se examinó también la capa de óxido y cualquier diferencia que ésta pudiera mostrar sobre perfiles  de diferentes edades. Este examen se hizo antes de la limpieza. Para efectuar este análisis, se utilizó Espectroscopio de Rayos X con energía dispersa (EDS) para analizar las dos superficies de fractura en cuestión contra superficies de fractura de base creadas en laboratorio. El análisis EDS utiliza equipo unido a un SEM para descubrir los elementos presentes en la región analizada basándose en las emisiones de Rayos X características del espécimen. 

Esta es una técnica de análisis cualitativo microquímico, entendiendo por esto que detecta cantidades relativas de elementos. No puede detectar compuestos (ej. detectará sodio y cloro, pero no cloruro de sodio) o determinar composición porcentual. Produce gráficos, llamados espectrogramas, que muestran picos de varias alturas que corresponden a la abundancia relativa de un elemento en la región analizada. De este modo, resulta sencillo ver de manera gráfica en qué zona hay más oxígeno. 

Las fig. 12 y 13 (Pág.56) son los espectrogramas de la fractura vieja de la Muestra A (presente cuando se recibió Muestra A) y de la nueva (creada en laboratorio). La diferencia en los niveles de oxígeno es rápidamente visible, teniendo la fractura vieja un pico de oxígeno aproximadamente 3 veces más alto que el de la fractura creada en laboratorio. 

La diferencia es un poco menor en las Fig.14 y 15 (Pág. 56), que muestran para la Muestra B, la fractura vieja y la creada en laboratorio con sus respectivos niveles de oxígeno por encima del pico de la fractura nueva. Recordemos que la Muestra B es más joven que la A, de modo que es más probable que más tarde ocurrieran fracturas en la Muestra B suponiendo presiones  y entornos similares. Esto se traduce en menos tiempo de oxidación para la fractura de la Muestra B que para la de la Muestra A. 

La oxidación produce una capa de producto corrosivo sobre la superficie de una fractura. A medida que pasa el tiempo, esta capa se vuelve más gruesa mientras el proceso de corrosión va consumiendo más metal. Para evaluar el grosor de esta capa, se crearon preparados metalúrgicos.

Análisis Metalúrgico

Se prepararon  varias muestras en  epoxy limpio, plano y pulido para revelar interiores de juntas soldadas y cortes  de perfiles. Los resultados se examinaron en la condición de mayor pulimento para buscar el mejor contraste entre los  metales de la soldadura y del perfil como así también  la presencia de  fracturas, vacíos  o inclusiones  existentes. La Fig. 16 (Pág. 58) muestra una junta nueva soldada sobre perfiles nuevos. (La Muestra E, creada con fines comparativos). Los perfiles  unidos por soldadura están marcados como “C1” y “C2” y la soldadura está marcada con una “S”. Nótese que no hay claros entre los perfiles  y la soldadura y que ésta es sólida, sin inclusiones (es decir  partículas extrañas), ni fracturas, sin porosidad (agujeros) ni regiones con fusión insuficiente. Esto se dio en toda la soldadura

La Fig. 17 es de una junta, la Muestra F, que fue re-soldada a mediados de los 70. Nótense las formas redondeadas y oscuras que indican porosidad y cómo la nueva soldadura parece unir una mayor cantidad de metal de lo que realmente hace. A mayor aumento, se descubre que la falta de fusión es todavía mayor de lo que aparecía originalmente en la vista con menor aumento, Fig.18. No debería haber grandes zonas con porosidad ni falta de fusión en una junta estructural. El suave perfil de la junta nueva y el sólido rellenado de su soldadura hacen de ésta una junta más firme que el material de la resoldada. La porosidad y la falta de fusión representan zonas donde hay claros en la junta que la debilitan. El perfil dentado de la junta crea lugares conocidos como “elevadores de tensión”, o lugares donde las tensiones  que experimenta la junta son incrementados  debido a efectos puramente “ geométricos”. Los elevadores de tensión aceleran  las fallas en la junta soldada.

 Las muestras  metalúrgicas también revelan la profundidad de cualquier capa de óxido presente. Las Fig. 19 a 21 muestran los bordes de las paredes del perfil de plomo  de la muestra nueva, Muestra C, y de perfiles viejos, ( Muestras A y B respectivamente). Tal como se esperaba, el perfil nuevo, mostrado en la Fig. 19, no tiene capa de óxido visible. La Muestra A, Fig. 20, tiene una capa de óxido bien desarrollada y fuertemente adherida sobre el perfil od. Los residuos que se ven en el perfil id son remanentes del masillado. La capa de óxido es de aproximadamente 0,0008 pulgadas de espesor. Es sabido que el plomo produce una capa de óxido protectora, de modo que esta muy delgada capa es normal y deseable, incluso después de aproximadamente 91 años. 

La Muestra B, que data de los años 30, se ve en la Fig. 21. La capa de óxido presente en esta muestra es de aproximadamente 0,0005 pulgadas de espesor. La diferencia en el grosor es ínfima y la no continuidad en la capa de la Muestra B fue causada muy probablemente por el raspado  del óxido, o por su caída durante el desmontaje del panel. En resumen, el análisis metalúrgico reveló diferencias ínfimas de capas de óxido entre las dos muestras más viejas estudiadas y una muestra nueva. Esto es normal, ya que es sabido que el plomo produce una capa de óxido adherente y protectora cuando se expone a los elementos. Una vez formada, la capa de óxido protectora hace decrecer en mucho la oxidación futura, y se logra una condición relativamente estable.

Lo que reveló este examen fue también una notable diferencia entre una junta nueva y una más vieja re-soldada. La nueva era sólida, no tenía porosidad y estaba bien fusionada con los perfiles. La re-soldada tenía porosidad, falta de fusión, un perfil dentado elevador de tensión  y la fusión al perfil granulosa. Todo esto hace de la junta resoldada una construcción mucho más débil. Las razones para resoldar juntas viejas o reemplazar parcialmente los perfiles fracturados suponen que las juntas resultantes quedan “como nuevas” si se hacen “correctamente”. Correctamente generalmente se refiere a una limpieza adecuada, control de temperatura, selección de flujo y diseño de juntas. Sin embargo, tal como lo mostró este examen y el de SEM, las fracturas de los perfiles  tienen capas de óxido. No importa cuán bien se cepille o se limpie la superficie plana del perfil, la capa de óxido en la superficie de la fractura persistirá debido a su geometría. El correcto flux  (decapante) no sustituye la limpieza y no puede remover las capas de óxido tan  bien adheridas y persistentes.

Respecto de los decapantes, no debería esperarse que produzcan tal efecto. Los decapantes  remueven películas de suciedad, evitan la oxidación durante el proceso de soldado, y bajan la tensión superficial del estaño de soldar. Soldar sobre una fractura llena de óxido no producirá algo que sea metalúrgicamente equivalente a un trozo de perfil nuevo y sin fractura. Incluso puede producir compuestos ínter metálicos frágiles indeseables dentro y cerca de la junta de soldadura que aceleran su fractura. 

Como muestra la Fig.3, la fractura en juntas resoldadas es un problema. Además de la fractura, nótese la forma dentada del perfil y las regiones derretidas en esta junta en T. Estas son las típicas características de una soldadura pobre. La apariencia mal derretida y dentada, con bordes comidos, del perfil, es producida o bien por demasiado calor o bien por demasiado contacto entre el soldador y el perfil en estas zonas. Aquí se ilustran todos los temas de “elevadores de Tensión” tratados antes y relacionados con la geometría despareja de la fractura. Las fracturas en la zona de la base de la soldadura, comunes en las muestras examinadas de diferentes vitrales, son el resultado de que el metal trata de acomodarse a las presiones inducidas por el proceso de soldar. Esto puede deberse a excesiva aplicación de calor, decapante atrapado en los espacios, creación de compuestos frágiles entre los diferentes metales, o mala distribución de las tensiones  en alguna otra zona del perfil debida a otro trabajo de reparación anterior. 

La abundancia  de tales grietas reparadas imperfectamente en las muestras examinadas de diferentes fuentes sugiere que no se deben tanto al nivel o capacidad de la persona que está resoldando la junta (aunque la calidad general de la junta de la Fig.3 es muy pobre), sino a la dificultad inherente a la reparación de una junta que involucre plomo viejo agrietado y obviamente oxidado

También como se vio en la sección sobre examen SEM, las fracturas visibles no son las únicas presentes en el perfil. Muchas de las grietas  presentes en las superficies de los perfiles  examinadas eran visibles sólo con aumentos de arriba de 100X. Aun suponiendo que pudieran resoldarse correctamente, ubicar todas esas fracturas en una muestra para reparación requeriría un examen microscópico exhaustivo. 

Examen de resistencia a la tracción

El examen a la tracción se realizó sobre muestras de perfiles viejos y  nuevos. Se eligió este tipo de examen porque puede dar una comparación entre especímenes a simple vista. Este tipo de examen consiste en tensar a un espécimen con una tensión lenta y controlada hasta que se agrieta o se rompe. Los perfiles muestra, tanto los viejos como los nuevos, se tensaron  en su configuración natural  con una tensión normal que corresponda a su ubicación en la matriz de plomo, en vez de hacerlo, como se haría en una prueba a la tracción  con aparatos. Esto dio idea real en la comparación entre muestras, ya que las fracturas existentes en los viejos perfiles no se realizaron  con aparatos. Los resultados del examen se muestran en la Tabla II. Nótese que las designaciones de las muestras aquí son específicas de este examen y no se refieren a las designaciones de la Tabla I. Los perfiles nuevos  examinados se eligieron sobre la base del tamaño, para comparar con perfiles más viejos. Esto significa que una nueva Muestra B era del mismo tamaño y configuración que la Muestra A; y la Muestra D era del mismo tamaño y configuración que la Muestra C. Esto se ve en la Fig. 22. Estos resultados indican que la solidez de un perfil nuevo es como mínimo dos veces y media mayor que la solidez de uno  viejo. En otras palabras, usar un perfil nuevo provee 250% más resistencia a la tracción  que usar uno viejo. Como los perfiles de plomo son el marco estructural del vidrio, esto se traduce en una mayor capacidad de soportar el peso del vidrio y las cargas de viento a las cuales están sujetos los vitrales. Esto es significativo porque el examen SEM de una superficie de fractura vieja mostró una forma  de fractura relacionada  con una falla por sobrepeso; el mismo tipo de falla que produce un test de tracción.

La práctica de dejar asentar un panel combado y re-aplanarlo con presión no arreglará las fracturas que eran las causantes  de reducir  la fuerza de soporte  de los perfiles  viejos. De hecho, el intentar presionar para llevar las alas combadas y distorsionadas de los perfiles viejos de nuevo a su posición original, puede extender las fracturas ya existentes, como también causar nuevas, cuando el metal estirado es forzado a aplanarse otra vez. Esta es una respuesta geométrica simple. Las paredes del perfil  de plomo no pueden “desestirarse”

 Análisis Químico

Se realizó análisis químico sobre los perfiles  de las Muestras A, B y C para determinar si existían diferencias en la composición entre plomos viejos de principio del siglo XX y plomo nuevo comprado como “de calidad para restauración”. Los resultados se resumen en la Tabla III. Estos resultados indican que los perfiles  de plomo de 1913 y 1930 (Muestras A y B respectivamente) son muy similares entre sí y son a su vez muy similares a las aleaciones del Sistema Unificado de Numeración: L52505 aleación plomo-antimonio y L52510, 99.8 % Plomo. Esto se relaciona  con los esfuerzos de fabricación de la época para producir plomo de alta pureza para perfiles de ventanas.

 El nuevo “plomo de restauración” (Muestra C) contiene un nivel mucho más alto de antimonio y estaño que el plomo viejo. Esta aleación es similar a muchas aleaciones del Sistema Unificado de Numeración, entre ellas: L52560 Aleación para balas, L52615 Aleación Plomo-Base para moldes, etc.

 El nuevo plomo contiene una mayor cantidad de elementos que producen lo que se  conoce como “efecto de endurecimiento de solución sólida” (ej. antimonio, bismuto, arsénico, estaño, etc.). Esto significa que plomo con la  composición química del plomo nuevo sería algo  más fuerte que el plomo con la  composición química del viejo, aún si ambas muestras estuvieran nuevas y sin fracturas. Una aleación más fuerte es capaz de dar mayores  condiciones de soporte que una más débil.

 

Conclusiones

Se pueden sacar varias conclusiones de los resultados de los análisis y de la revisión de las técnicas de reparación y reemplomado.

Estas se presentan listadas a continuación.

  • Las técnicas modernas de refinado produjeron plomo de mucha más pureza en los vitrales  de mediados del siglo XIX a mediados del siglo XX. Este plomo es muy diferente tanto del medieval como de su contraparte moderna,  el “de restauración”.
  • El plomo de más pureza es un metal más débil que las aleaciones de plomo medievales y el actual de restauración. Como consecuencia, el plomo puro es menos capaz de soportar el peso del vidrio y las cargas de viento que las aleaciones. Eventualmente se producirá  estiramiento de las paredes de  los perfiles  y  su fractura.

 

  • Presionar para aplanar un vitral  combado no repara las fracturas en los perfiles. El procedimiento de presión probablemente creará nuevas fracturas.

 

  • Resoldar juntas viejas en perfiles viejos da como resultado baja calidad de junta y puede inducir a futuras fracturas en la base de la soldadura. Esto no restaura la matriz  de plomo del vitral a una condición de “como nuevo”.

 

  • El combado de un vitral debido a falla estructural en la matriz de perfiles  transfiere cargas, que antes soportaba  el plomo, a los paneles de vidrio. Esta es la receta ideal para provocar la rotura del vidrio debido a su inherente fragilidad.

 

  • El plomo moderno de “calidad de restauración” consiste en una aleación predeterminada  basada en el análisis químico de plomos medievales. El uso de este plomo de aleación en la restauración de vitrales debería dar como resultado una mayor capacidad de la matriz de perfiles de plomo restaurada para soportar cargas, con respecto al  plomo más puro utilizado a fines del siglo XIX y principios del siglo XX. Sin embargo, al igual que en todos los casos de soportes  estructurales, incluso el plomo de restauración requerirá ser reemplazado oportunamente.

 

  • Las fracturas en los perfiles que se ven  a simple vista no son las únicas existentes. Soldar sobre fracturas visibles no elimina las microscópicas. Las fracturas debilitan al perfil y reducen su capacidad de soportar cargas.

 

  • La prueba de resistencia a la tracción  reveló que la resistencia  del perfil de plomo  nuevo es como mínimo un 250% mayor que la resistencia de un perfil rajado.

 

  • Las rajaduras de los perfiles  es el resultado inevitable de su función debido a la tendencia  inherente del plomo a estirarse  a temperaturas normales y  a no responder a tratamientos de endurecimiento usados habitualmente con éxito  con otras aleaciones. Si bien el reforzado con el método de "solución sólida” provee perfiles  más fuertes, incluso éstos experimentarán fallas estructurales debido al comportamiento intrínseco de su base de plomo.

 

Finalmente, este análisis muestra que la vida útil de la matriz de perfiles de plomo de un vitral  depende de otros factores además del de la edad. Si bien las pruebas indican que cuanto más viejo es el plomo es mayor la probabilidad de fallas, la composición química del perfil  influye también sobre su vida útil.

 Tradicionalmente pensamos que el plomo debería tener alrededor de 100 años antes de pensar en reemplazarlo, pero si es relativamente puro, el reemplazo debe ocurrir antes.

Tomando en cuenta muchos otros factores como cargas de viento, amplitudes climáticas, tipos de instalación y estilo de diseño, la respuesta correcta a las señales  de perfiles  con fallas estructurales es su reemplazo total por una nueva matriz de plomo. 

Traducción de textos de fotos, tablas  y figuras

 

     PG 52

a)     un viejo vitral con perfiles rajados, deformados y a punto de falla estructural total

b)     Una figura compleja emplomada, de un vitral de Tiffany

c)      Muestras de perfiles deteriorados del vitral de la izquierda

 

Fig.1  Grietas (flechas) en perfil de 1913 (muestra A) tal como se recibió

Fig.2  Grietas (flechas) en una soldadura de 1913 (muestra A) tal como se recibió

Fig.3  Toma de aproximación de la Fig.2. Grieta en la unión soldada (flecha)

Fig. 4  Nueva unión soldada sobre perfil nuevo (muestra E)

Fig.5 Superficie de una fractura  de perfil de 1913 (muestra A) Mag. 12X

Fig. 6. Superficie de una fractura de un perfil de 1930 (muestra B  ag.)  12X

Fig. 7 Fractura de la muestra A. SEM muestra una ruptura dúctil granulosa y amplias parcelas de rasgaduras (flechas rectas) Mag 700

Fig. 8 Muestra A. La fractura en la superficie lisa se introduce dentro del plomo a través del óxido (flechas) Mag 500

Fig. 9  Muestra A. La fractura en la superficie lisa se introduce dentro del plomo a través del óxido (flechas) Mag 259

Fig. 10 Muestra A. Fractura grande (flecha) en el perfil cerca de la soldadura. Mag 50X

Fig. 11 Muestra A. Ubicación  de las fracturas sobre el perfil

Fig. 12 Espectrograma EDS de una vieja fractura en muestra A

Fig. 13 Espectrograma EDS de una fractura nueva (creada en laboratorio) Muestra A

Fig. 14 Espectrograma EDS de una vieja fractura en muestra B

Fig. 15 Espectrograma EDS de una fractura nueva (creada en laboratorio) Muestra B

pg. 57 Un intento fallido de resoldar perfiles oxidados

Fig. 16. Muestra E. Empalme soldado nuevo (S) en dos perfiles nuevos. Mag. 25X

Fig. 17 Muestra E. Viejo empalme (1970) resoldado. Muestra el estaño con porosidades y falta de fusión. Notar que la falta de fusión se  extiende hacia arriba por encima de las dos flechitas negras. Mag. 18X

Fig. 18 Vista de la Fig. 17 con mayor ampliación. Falta de fusión

Fig. 19 Perfil nuevo (muestra C) en sección transversal. No muestra caspa de óxido visible. Mag. 120X

Fig. 20 Capa de óxido (flechas) en un perfil  de 1913

Fig. 21 Capa de óxido remanente (flechas) en un perfil de 1930 (muestra B). Mag. 150X

Fig. 22 Perfiles viejos y nuevos. Muestras utilizadas en las pruebas a la tracción

Tabla I  Muestras de perfiles para los análisis

Tabla II Resultados de las pruebas a la tracción

Tabla III  Resultados de los análisis químicos

 

     
a principio

CAE UN MITO

El vidrio ya no “gotea” mas en los vitrales medievales.!!

Veamos este artículo del New York Times, del 29 de Julio de 2008

The Nature of Glass Remains Anything but Clear

It is well known that panes of stained glass in old European churches are thicker at the bottom because glass is a slow-moving liquid that flows downward over centuries.

Well known, but wrong. Medieval stained glass makers were simply unable to make perfectly flat panes, and the windows were just as unevenly thick when new.

Lo que continúa avala lo que digo a mis alumnos, un poco en broma, respecto a la naturaleza del vidrio: les digo que el vidrio es el cuarto estado de la materia

Sigue el NYT:

The tale contains a grain of truth about glass resembling a liquid, however. The arrangement of atoms and molecules in glass is indistinguishable from that of a liquid. But how can a liquid be as strikingly hard as glass?

They’re the thickest and gooiest of liquids and the most disordered and structureless of rigid solids,” said Peter Harrowell, a professor of chemistry at the University of Sydney in Australia, speaking of glasses, which can be formed from different raw materials. “They sit right at this really profound sort of puzzle.”

Philip W. Anderson, a Nobel Prize-winning physicist at Princeton, wrote in 1995: “The deepest and most interesting unsolved problem in solid state theory is probably the theory of the nature of glass and the glass transition.”

He added, “This could be the next breakthrough in the coming decade.”

Thirteen years later, scientists still disagree, with some vehemence, about the nature of glass.

Ver artículo:             http://www.nytimes.com/2008/07/29/science/29glass.html?_r=2&scp=2&sq=glass&st=cse&oref=slogin&oref=slogin    

 

 

 

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