Muchas sustancias minerales, cuando están compactadas, se dice que forman piedras, si bien en geología prefiere decirse rocas. Se trata de un material que se utiliza desde la prehistoria, y de hecho llamamos Edad de Piedra a la etapa en la que los seres humanos lo empleaban para hacer herramientas. También tiene un largo recorrido en el ámbito de la ingeniería civil y la arquitectura.
Lógicamente, antiguamente se recurría a casi cualquier piedra tal como se encontraba en la naturaleza, pero con el tiempo este material se ha ido mejorando hasta llegarse a la fabricación de piedras sintéticas. A estas se les han dado diversas denominaciones como piedra artificial, piedra de molde o piedra de ingeniería. Se obtienen a partir de piedra natural triturada, arenas o áridos (materiales granulados) aglutinados con cementos, reservándose el nombre de piedra de ingeniería cuando el adhesivo es una resina polimérica o algún tipo de cemento especial. Los materiales se prensan por una técnica que se llama de prensado con vibración al vacío que facilita que salga todo el aire de la mezcla, de modo que la piedra sintética obtenida no sea porosa. (Además, es más flexible y más dura que muchos tipos de piedra natural).
No hay que pensar que estos materiales son muy recientes. Ya en el siglo XVIII existía la piedra de Coade, que fabricaba la empresaria inglesa Eleanor Coade (1733 – 1821) y con la que se hicieron estatuas (figura 9.39-izqda.) y decoraciones arquitectónicas. Al material lo llamaban también litodipira (“piedra cocida dos veces”). Se hacía con una mezcla de arcilla sin cocer, pedernal, arena, vidrio esmerilado y una sustancia producida por molienda fina de arcilla precocida. Este conglomerado se insertaba en un molde, se secaba y se horneaba. El resultado era una piedra que tenía una mayor resistencia a la intemperie que la mayoría de las piedras naturales, según puede comprobarse en la gran cantidad de estructuras hechas con este material que aún se conservan[1].
Las piedras artificiales modernas son de una variedad muy amplia. Por ejemplo, se habla de cuarzo de ingeniería, que se emplea en encimeras de cocina como alternativa al granito (figura 9.39-dcha.), o de mármol de ingeniería para suelos y paredes. Existe también el hormigón polímero, que se obtiene cuando se sustituye el ligante de cemento del hormigón por una resina polimérica; una variedad híbrida combina el cemento de Pórtland con una resina.
Lo que se llama habitualmente piedra de molde o moldeada es un material hecho de cemento refinado, blanco o gris, mezclado con arenas fabricadas o naturales, piedra triturada cuidadosamente seleccionada o áridos naturales con pigmentos minerales colorantes para conseguir la apariencia y el color deseados. Reemplaza muy bien a la piedra tallada natural de caliza, gres, arenisca o granito, con la ventaja de que se puede hacer más duradera. Al parecer, ya se usaba piedra moldeada en la Edad Media.
También cabe considerar materiales de este tipo a los geopolímeros, que son de naturaleza inorgánica o híbrida y tienen una composición muy variada que puede constar de unidades siloxo, (-Si-O-Si-O-)n; sialato, (-Si-O-Al- O-)n; ferrosilato, (-Fe-O-Si-O-Al-O-Si-O)n-; aluminofosfo, (-Al-O-P-O-)n; organosiloxo, (R) -Si-O-Si-O- (R)n y otros grupos. Es común hacer la síntesis a partir de un aluminosilicato en polvo que puede ser el caolín, hidróxido de sodio y un silicato alcalino. También existe una síntesis alternativa en medio ácido (con fosfórico o ácidos carboxílicos orgánicos procedentes de extractos vegetales como el acético, el cítrico, el oxálico o los húmicos)[4].
Otro material de piedra sintética es el terrazo, hecho de pequeños trozos de mármol, cuarzo, granito, vidrio u otros materiales análogos que se conglomeran con un aglutinante cementoso, polimérico o una combinación de ambos. Es muy empleado también un material compuesto básicamente de cuarzo (más del 90%), poliéster, pigmentos y aditivos que se conoce por su marca comercial: Silestone.
Existen muchas fórmulas para hacer piedra de ingeniería. Comentaremos como ejemplo una piedra artificial de dos capas realizada por un grupo de investigación[5]. Para la capa anterior el grupo hizo muchas pruebas mezclando diversos materiales en variadas proporciones. Estos materiales básicos fueron áridos gruesos (calizas trituradas con tamaño de partícula de entre 600 y 800 mm) o finos (10–25 mm); arena de sílice (arena de playa cuyas partículas de cuarzo tenían entre 200 y 300 mm); arcilla (un caolín de entre 3 y 10 mm que contenía SiO2, Al2O3, K2O y TiO2); perlita (un vidrio volcánico con cierto contenido de agua, muy ligero, resistente al choque térmico y al fuego y aislante de ruido); alúmina hidratada (un polvo muy fino que constituye un buen material de relleno, siendo además retardante de llama); caucho granulado (de neumáticos reciclados de caucho –apartado 9.7–, que es un material liviano con alta ductilidad y por tanto resistencia al impacto, además de presentar baja conductividad térmica); resina de poliéster insaturado (como aglutinante; su curado se activa con peróxido de metiletilcetona); y óxidos minerales como pigmentos (apartado 4.6). El mejor resultado lo dio una mezcla de poliéster (35%), áridos gruesos (25%), arena (30%), áridos finos (17%) y arcilla (3%). Su densidad fue de 2,1 g cm–3.
La capa posterior se hizo bastante más liviana (densidad 1,14 g cm–3). Su composición fue de poliéster (35%), perlita (30%), caucho (25%) y áridos finos (10%). El caucho provino de neumáticos de desecho reciclados, con un tamaño de grano de 1000-1250 mm. La unión de las dos capas se consiguió vertiendo la mezcla de la capa posterior sobre la anterior aún húmeda y sometiendo el conjunto a vibraciones durante 5-10 minutos para eliminar huecos y burbujas de aire. La densidad del conjunto fue de aproximadamente 1,5 g cm–3, bastante más baja que la de la piedra natural (2,8-3,5 g cm–3).
El material obtenido fue sometido a diferentes test para comprobar sus propiedades. La resistencia a la compresión de la piedra caliza dura natural es mayor que la del material que se obtuvo, pero este resultó mucho menos frágil y su resistencia a la compresión fue suficiente para un material de revestimiento. La capa anterior de esta piedra de ingeniería fue, sin embargo, más dúctil que la caliza, lo que le proporcionó mayor resistencia al impacto (la energía total absorbida de la cara anterior fue un 75% mayor que la de la piedra natural; la de la cara posterior, un 220% mayor).
La conductividad térmica de la capa posterior resultó ser casi la mitad de la conductividad de la arenisca natural. La piedra de dos capas en conjunto tuvo una excelente resistencia a la transferencia de calor, mucho mejor que la de la arenisca natural. La ventaja de la capa posterior tal como se fabricó no solo es que mejora el aislamiento térmico, sino que reduce el peso. El caucho es el principal responsable de estos efectos y una ventaja más de usarlo es que le da una aplicación a los neumáticos desechados. Además, mejora la ductilidad, la tenacidad y la resistencia térmica. Por otra parte, la resistencia a la meteorización (descomposición del material rocoso) resultó óptima, sin pérdida del color de los pigmentos, y la absorción de agua fue escasísima (0,21% en la capa anterior frente a 8,15% en el ladrillo de arcilla, y en la capa posterior aún menos gracias al caucho). La baja absorción de agua es una característica común de las piedras de ingeniería por su falta de poros.
En la actualidad se fabrican muchos tipos de piedras artificiales. En la figura 9.40 se muestran algunas.
[1] G. Wells. A Coade Stone Piper. The Bagpipe Society (2016). https://www.bagpipesociety.org.uk/articles/2016/chanter/autumn/coade-stone-piper/.
[2] Imagen: C. Mcdowall. Eleanor Coade and coadestone. Creative woman of influence. The Culture Concept Circle (2015). https://www.thecultureconcept.com/eleanor-coade-and-coadestone-creative-woman-of-influence.
[3] Imagen: Nick-EB. Quartz Countertop Brand Comparison. Kowalski (2020). https://kowalskigraniteandquartz.com/quartz-countertop-brand-comparison/.
[4] What is a geopolymer? Introduction. Geoolymer Institute (2012). https://www.geopolymer.org/science/introduction/.
[5] S. Hamoush. Constr. Build. Mater. 25 (2011) 4006-4016. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.04.035.
[6] Imágenes: Varios sitios de Internet.
Este texto pertenece al libro:
Carlos Romero Muñiz, José M.ª Gavira Vallejo: Noventa materiales de ingeniería para la enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/90mi/.
