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ARGAMASSAS DE ALVENARIAS HISTÓRICAS.
FUNÇÕES E CARACTERÍSTICAS
Eng.ª Maria do Rosário Veiga LNEC
Lisboa, Portugal SUMÁRIO
As argamassas têm diferentes funções nas alvenarias históricas, que determinam requisitos específicos. Os estudos realizados têm mostrado que as argamassas de antigas Portuguesas, do largo período entre o século I e o início do século XX, apresentam composições muito diversificadas em termos de tipo de agregado, de dosagem ligante:agregado e de aditivos, mas têm quase sempre ligante de cal aérea, com exceção de alguns revestimentos interiores que apresentam ligante de gesso.
As intervenções a realizar envolvendo estas argamassas devem contribuir para preservar os materiais e técnicas antigos e respeitar o funcionamento global da parede. Para isso é necessário um estudo detalhado das argamassas existentes e das soluções possíveis de novas argamassas e otimizar uma formulações adequadas e compatíveis. 1. INTRODUÇÃO
As paredes de edifícios históricos são elementos essenciais da sua estrutura resistente, além de constituírem proteção do espaço interior em relação às ações externas, dos pontos de vista da chuva, do vento, das temperaturas extremas, do ruído, etc. Assim, apesar de serem constituídas por materiais porosos, têm que ter boa resistência mecânica e características hígricas, térmicas e acústicas adequadas a essas funções. São por natureza elementos compósitos, e como tal o seu bom desempenho depende da compatibilidade de todos os seus constituintes e do consequente bom funcionamento conjunto.
As argamassas fazem parte integrante da parede e têm que ter composição e características compatíveis com o tipo de alvenaria e com as argamassas pré-existentes, o grau de exposição às ações climáticas e ambientais e as funções que desempenham no elemento construtivo. É necessário analisar a parede como um todo e considerar as argamassas nesse contexto. Em qualquer intervenção na alvenaria é essencial ter presente o funcionamento global da parede e usar materiais e técnicas que preservem esse funcionamento.
2. FUNÇÕES DAS ARGAMASSAS NAS ALVENARIAS HISTÓRICAS
As argamassas têm diversas funções nestas alvenarias, cada uma delas exigindo características específicas [1,2]: ·Argamassas de assentamento (função estrutural)
·Argamassas de refechamento de juntas (funções de protecção à água e ao ar e decorativa)
·Argamassas de reboco exterior (funções de proteção às ações externas, nomeadamente à água e outras ações climáticas, e funções decorativas)
·Argamassas de reboco interior (funções estéticas, de conforto e decorativas)
·Barramentos e estuques exteriores e interiores (funções decorativas e de proteção complementar) ·Argamassas de assentamento de azulejos (funções de colagem)
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Os requisitos técnicos a exigir às argamassas com estas funções são diversos e adquirem diferentes graus de importância. O Comité da RILEM TC 203 (RHM – Repair Mortars for Historical Masonry) define a relevância desses requisitos para cada tipo de argamassa como se transcreve no quadro 1 [1].
Quadro 1 Requisitos técnicos de argamassas (0 = sem importância a 3= muito importante) [1] Classificação das argamassas por funções
Relevância dos requisitos técnicos Requisitos Técnicos Assenta-mento
Refecha-mento de
juntas
Reboco
exterior (grout) Caldas
Revesti-mento interior
Aderência 3 3 3 2 3
Resistência mecânica (flexão e
compressão) 2* 2* 1* 2* 1*
Deformabilidade e elasticidade (E) 3 3 2 3 1
Proteção às ações climáticas
Resistência à penetração da água 2 3 3 1 1
Resistência ao gelo 2 3 3 1 0
Dilatação térmica 1 1 3 1 3
Permeabilidade ao vapor de água 2 3 3 1 3
Comportamento à molhagem e
secagem 2 3 3 1 2
Estética 1 3 3 0 3
* in relation to the substrate the strength and deformability values for mortar should be less than the masonry units.
3. MÉTODOS DE CARACTERIZAÇÃO DE ARGAMASSAS DE ALVENARIAS HISTÓRICAS A caracterização das argamassas existentes é muito importante, por várias razões, entre as quais se destacam as seguintes:
·Registo histórico
·Avaliação do seu estado de degradação
·Seleção e formulação de argamassas de reparação compatíveis.
No âmbito de diversos projetos de investigação realizados no LNEC [3 a 18], têm vindo a ser caracterizadas argamassas de alvenarias com proveniências e idades diversificadas.
No que diz respeito ao estudo da composição, são usadas várias técnicas complementares, para se chegar o mais perto possível da sua composição atual: A difração de raios X (DRX) permite identificar os compostos cristalinos principais (por exemplo carbonato de cálcio, silicatos, etc.), enquanto as análises térmicas (DTG/ATD) permitem quantificar a presença de vários compostos, através de reações conhecidas ocorridas a temperaturas bem definidas. O ataque com ácido clorídrico ou nítrico permite separar os carbonatos (normalmente provenientes dos ligantes) dos agregados de natureza não calcária e ainda dos compostos hidráulicos, sendo assim possível determinar aproximadamente as proporções entre esses constituintes. A análise petrográfica permite determinar a natureza, dimensões e forma dos principais agregados e ter uma ideia dos vários tipos de vazios, porosidades e fissuras da argamassa. A espectrofotometria de infravermelho (FTIR) é usada fundamentalmente para detetar e identificar a presença de constituintes orgânicos nas amostras de argamassa antigas. A microscopia eletrónica de varrimento associada com a microanálise de raios X por dispersão em energias (MEV/AXDE) é uma poderosa técnica de caracterização à escala do micrómetro para materiais heterogéneos orgânicos e inorgânicos. Existem muitas outras técnicas complementares a estas para uma análise tão aproximada quanto possível da composição das argamassas antigas [19, 20].
No entanto, deve ter-se em conta que as composições a que se chega não são as originais, mas sim as atuais, após prolongadas reações entre os constituintes, eventuais dissoluções e “lavagens” de ligantes, cristalização de sais
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no interior dos poros e contaminações diversas. Ou seja, esta análise não permite, só por si, elaborar argamassas para reparação idênticas às originais.
A caracterização física e mecânica é também importante, principalmente para determinar o estado de conservação, para definir as características de compatibilidade e para estabelecer exigências de durabilidade. Dado que os provetes retirados de obra têm formas e dimensões diferentes dos provetes previstos nas normas para argamassas novas (preparadas em laboratório), não é possível usar os métodos normalizados tal qual e foi necessário desenvolver métodos de caracterização apropriados e viáveis [9, 20, 21].
Desenvolveram-se, assim, métodos para determinação da resistência à compressão [22] (Fig. 1), da absorção de água por capilaridade [23] (Fig. 2) e, mais recentemente, da permeabilidade ao vapor de água e do módulo de elasticidade por ultra-sons, que se encontram atualmente sistematizadas sob a forma de Fichas de Ensaio. Os coeficientes de dilatação térmica e hígrica são também características importantes para determinar a compatibilidade. Com efeito, pretende-se que as tensões, as deformações e o transporte de água não tenham grandes variações em relação às argamassas originais, para preservar o funcionamento da parede e proteger as argamassas mais antigas. Por exemplo, se repararmos uma alvenaria antiga usando argamassas de assentamento ou argamassas de juntas novas mais impermeáveis que as pré-existentes, a percolação da água da chuva passará a ocorrer preferencialmente através das argamassas antigas ou através da própria pedra, contribuindo para acelerar a degradação desses elementos históricos e alterando o funcionamento global da parede. Do mesmo modo, se usarmos argamassas de substituição menos deformáveis que as originais, teremos concentrações de tensões junto às interfaces com os materiais antigos, que contribuirão para a degradação destes. Estes comportamentos disfuncionais são típicos de soluções de reparação consideradas “incompatíveis”.
Fig. 1 – Ensaio de compressão pelo método da argamassa de confinamento
Fig. 2 – Ensaio de capilaridade pelo método de contacto
4. CARACTERÍSTICAS DE ARGAMASSAS HISTÓRICAS PORTUGUESAS
Análises realizadas a um grande número de argamassas de alvenarias antigas permitiram adquirir conhecimentos sobre a composição e as características físico-mecânicas destes materiais e relacionar esses dados com a época e a tipologia dos edifícios.
Apresenta-se no quadro 2 uma síntese dos resultados obtidos para uma seleção de casos de estudo [18] (figs. 3-7).
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Fig. 3 – Argamassas de assentamento e de refechamento de junta de muralha do Forte de N. Srª da Luz a) geral; b) pormenor
Fig. 4 – Revestimento exterior de cal calcítica e dolomítica da catedral de Évora
Fig. 5 – Revestimento interior decorativo de cal e gesso da Igreja do Convento do Sacramento, em
Lisboa
Fig. 6 – Revestimento exterior de argamassa de cal da Igreja do Convento do Sacramento, em Lisboa
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Quadro 2 – Características de argamassas de alvenaria portuguesas estudadas [3-18]
Tipo de construção e
identificação Época Função da argamassa
Composição da argamassa (traços aproximados em massa) Características da argamassa Mecânicas (Resis. à compressão e módulo de elasticidade em N/mm2) Hígricas (Coef. de capilaridade em kg/m2.min½) C on str uç õe s mi li tar es d e al ve na ri a de p ed ra Forte de Santa
Marta XVII Revestimento
Cal calcítica e areia siliciosa e calcária
1:1,5 (int) 1:1,8 (ext)
- Cc=0,6 (ext) Cc=0,4 (int)
Forte de S.
Bruno XVII Revestimento
Cal aérea e areia siliciosa e calcária; produtos de alreação (reação hidráulica) Rc=7,1 Cc=0,2 Forte de N. Srª da Luz
XV-XVI Revestimento-reboco (NSL-TJ1-I) Cal calcítica:agregado silicioso e basáltico 1:2 E=2800 Cc=3,8 XV-XVI Assentamento (NSL-TJ2) Cal calcítica:agregado silicioso c/ conchas e carvão e basáltico ?:? E=1500 Rc=1,7 Cc=6,2 XVIII-XIX Assentamento (NSL-BS5) Cal dolomítica:agregad o silicioso c/ conchas e carvão compostos hid 1:2 E=1900 Rc=1,4 Cc=3,2 XVII-XVIII Reboco (NSL MS9) Cal calcítica : agregado silicioso c/ conchas e carvão e compostos hid 1.2 E=3500 Rc=2,0 Cc=2,0 Castelo de Amieira do Tejo XIV Revestimento (AM2) Cal calcítica e dolomítica: agregado silicioso 1:1,5 Rc=3,6 CC5=0,7
22 Cons tru çõe s m il ita re s de te rr a (c om a lgum as es trut ura s de al ve na ri a) Fortes das Linhas de Torres (Projeto das Rotas Históricas das Linhas de Torres – RHLT) XIX (1809-1810) Juntas e Revestimento (amostras retiradas dos paióis de alvenaria de pedra)
Cal calcítica : argila (terra) : agregado silicioso e calcário 1:1:5 a 15 Shore A: 39 a 69 (Dureza fraca a moderada) Cc5=0,2 a 4,0 C on str uç õe s re ligi os as d e al ve nar ia d e pe dr a Catedral de Elvas XVI Revestimento (SEL 1, SEL 5) Cal calcítica e agregado silicioso e calcário 1:2,5; 4,5 Rc=2,0 Rc=3,0 Cc5=1,0 Cc5=0,4 Juntas (SEL 6) Cal calcítica e agregado silicioso e calcário 1:1,5 Rc=3,1 Cc5=0,4 Capela do Castelo de Amieira do Tejo XVI Revestimento exterior (AM3) Cal calcítica e agregado silicioso 1:5,5 Rc=2,4 CC5=1,2 Igreja Matriz de Mértola XII (período Islâmico) Revestimento (Mihrab) (MT4) Ligante gesso : agregado silicioso 1:0,15 Rc=3,5 CC5=3,3
Junta (MT5) Ligante cal calcítica : agregado silicioso 1:3
Rc=3,3 CC5=1,0
Revestimento (MT4)
Ligante cal calcítica : agregado aluvionar 1:4 - - Catedral de Évora XVI-XVII Revestimento (SEV2, SEV 4, SEV 8) Cal calcítica e dolomítica : agregado silicioso 1:1,5; 1:2,5; 1:3,5 Rc=3,3 Rc=3,5 Rc=2,3 CC5=0,3 Cc5=0,3 Cc5=0,3
XIV? Junta (SEV6, SEV 7) agregado silicioso Cal calcítica: 1:4 e 1:3,5
- -
Igreja do Sacramento
(exterior)
XVII Revestimento SE12)
Cal aérea calcítica : areia siliciosa + basalto + conchas (1:1,7) Rc=3,1 kg/m2.min1/2 Cc5=0,22 Igreja do Sacramento (interior) XVII Revestimento (S1)
Cal aérea calcítica : areia siliciosa +
basalto (1:?)
E=2800
23 Cons tru çõe s re si de nc ia is popul are s de al ve na ri a de pe dra e m is ta Edifícios do Centro Histórico de Palmela XVI (PAL1) Revestimento
Cal aérea calcítica : areia siliciosa + argila (1:12) Rc=1,2 MPa Cc5=1,2 kg/m2.min1/2 XX (início) (PAL3) Revestimento
Cal aérea calcítica : areia siliciosa + argila (1:12) Rc=2,7 MPa Cc5=1,0 kg/m2.min1/2 Cons tru çõe s do pe rí odo Is lâ m ic o de a lve na ri a de pe
dra Igreja Matriz
de Mértola XII Revestimento (Mihrab) (MT4) Gesso : agregado silicioso 1:0,15 Rc=3,5 CC5=3,3
Junta (MT5) cal aérea calcítica : agregado silicioso
1:3 Rc=3,3 CC5=1,0
Revestimento (MT4)
cal aérea calcítica : agregado aluvionar 1:4 - - Cons tru çõe s Ro m an as d e al ve na ri a de pe dra e m is ta Criptopórtico de Mértola IV - - Rc=1,5 a 3,5 CC5=0,70 a 0,30 Torre do Rio de Mértola (alvenaria de mármore – MT1 – e de xisto – MT2) IV-V Juntas (MT1 e MT2)
Cal aérea calcítica : agregado quartzítico de xisto + fragmentos de tijolo + pó de tijolo; Compostos hidráulicos de reação 1:2 (MT1) 1:5 (MT2) Rc = 3,5 (MT1) Cc=5=0,3 (MT1) Cetaria de
Troia I-IV Juntas
Cal aérea calcítica, fragmentos de tijolo e pó de tijolo Rc= 4,5 a 5,5 CC5=0,43 a 0,37 Rc – Resistência à compressão; Cc5 – Coeficiente de capilaridade por contacto aos 5 minutos
Foram estudados edifícios de tipo militar, religioso e residencial corrente, do século I ao início do século XX, localizados em zonas costeiras e a mais de vinte quilómetros do mar.
As argamassas antigas de todos os edifícios estudados têm como ligantes a cal aérea calcítica e/ou dolomítica e, apenas num dos casos apresentados (revestimento interior), o gesso, com agregados de diferentes naturezas (siliciosos, basálticos, calcários, argilosos), abrangendo dosagens ligante : agregado de 1:1,5 a 1:15, em massa. Tendo em conta as massas volúmicas médias correntes dos constituintes usados, estas dosagens correspondem a traços volumétricos da ordem de 1:0,5 a 1:5. Não foram encontrados ligantes hidráulicos, embora tenham sido detetados alguns compostos hidráulicos resultantes de reações pozolânicas ocorridas ao longo do tempo entre os constituintes, principalmente nas argamassas mais antigas e nas argamassas romanas.
As argamassas de edifícios de carácter militar, em que claramente se pretendia maior resistência e durabilidade, têm composições mais ricas em ligante e são constituídas essencialmente por cal aérea calcítica e agregado silicioso e calcário, por vezes com grãos basálticos e conchas. Verificou-se que os grãos basálticos dão origem a reações pozolânicas, embora provavelmente muito lentas e, tendo em conta o tipo de edifícios em que têm sido encontrados, admite-se que possam ter sido usados propositadamente com esse fim [19]. As argamassas de edifícios correntes apresentam traços mais fracos em ligante e misturas de argila. As argamassas dos edifícios religiosos apresentam composições com dosagens de ligante intermédias e mostram, por outro lado, diferentes ligantes e agregados claramente selecionados para cumprir funções estéticas e decorativas (Figs. 5 e 6).
Os edifícios militares de taipa têm argamassas menos ricas em ligante e com mistura de terra, mesmo nos elementos de alvenaria de pedra.
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As argamassas romanas incluem uma fração de agregados de fragmentos de tijolo e contêm também pó de tijolo. Estes elementos cerâmicos combinam-se com a cal através de reações pozolânicas, dando origem a produtos hidráulicos (geles de CSH). Dão, além disso, uma cor rosada característica das argamassas romanas designadas por opus signinum. (fig. 7) Estes aditivos originavam argamassas de permeabilidades muito reduzidas, adequadas para estruturas em contacto com a água, como a Torre do Rio de Mértola e a Cetária de Tróia. No período islâmico não se encontrou a presença de elementos cerâmicos e identificou-se uma argamassa interior de acabamento de gesso (estuque).
As argamassas de revestimento dos edifícios medievais do Alentejo apresentam em dois casos (Castelo de Amieira do Tejo e Catedral de Évora) (fig. 4) cal aérea dolomítica, além da cal aérea calcítica.
As argamassas de edifícios de caráter militar localizados junto à costa (Fig. 1) têm como único ligante a cal aérea calcítica mas apresentam compostos hidráulicos de neoformação resultantes de reações deste ligante com agregados siliciosos alterados e basálticos. Apresentam-se muito compactas e resistentes, apesar dos cristais salinos também encontrados na sua composição. Nestes edifícios, o desenvolvimento e tipo de compostos de neoformação permitem distinguir, até certo ponto, as idades das argamassas e a sua localização [8], o que acrescenta ainda uma nova utilidade a estes estudos.
5. ARGAMASSAS DE REPARAÇÃO COMPATÍVEIS
Tendo em conta as características das argamassas analisadas, a durabilidade das alvenarias históricas de que elas fazem parte, e o comportamento global destas paredes, é de grande importância tomar medidas para a sua conservação. Por outro lado, quando se iniciam processos de degradação, a reparação das anomalias deve ser realizada tão cedo quanto possível, mas tendo em conta os seguintes princípios básicos:
·Devem ser diagnosticadas e reparadas, em primeiro lugar, as causas das anomalias. ·Deve seguir-se o princípio da mínima intervenção.
·Deve preservar-se o funcionamento global da parede e, para esse efeito, usar soluções e materiais compatíveis.
Idealmente, a forma mais correta e segura de executar intervenções em argamassas de edifícios históricos implica a análise tão completa quanto possível de amostras das argamassas originais e a aproximação de argamassas novas através de um processo iterativo [20, 24]: inicia-se o processo por uma formulação baseada nos resultados da análise das argamassas antigas em bom estado de conservação; caracteriza-se a argamassa obtida dos pontos de vista físico e mecânico; em seguida corrige-se a formulação de forma a aproximar mais das características originais; repete-se o processo até que a argamassa obtida se possa considerar compatível; executam-se aplicações experimentais dessa argamassa; se for necessário, face aos resultados da aplicação, faz-se ainda uma (ou mais) correção(ões) à formulação definida.
No entanto, dada a morosidade do processo e os tempos limitados normalmente existentes para a execução desses trabalhos, é necessário começar tão perto quanto possível da última iteração e para esse efeito é útil conhecer características de uma gama abrangente de argamassas novas. Um conjunto de estudos realizados no LNEC ao longo dos últimos dez ou doze anos permitiu compilar os resultados que se sintetizam no Quadro 3 [25].
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Quadro 3 – Gamas de valores obtidos em estudos do LNEC de argamassas novas para uso em reparação
Composição: proporções volumétricas ligante :
agregado
Gama de valores (indicativo) Resistência à compressão (MPa) Módulo de elasticidade dinâmico por frequência de ressonância (MPa) Coeficiente de capilaridade (kg/m2.min1/2) Cal : agregado (1:3) 0.2 – 0.8 2300 – 4100 1.1-1.6
Cal aérea + pozolana : areia
(1:2 to 1:3)
0.5 – 2.3 2500-4500 1.3-2.3
Cal aérea + cal hidráulica : areia (1:2
to 1:3)
0.4-1.0 1600-5600 1.2-1.9
Cal hidráulica : areia
(1:2 to 1:3) 0.6-3.1 1100-7500 1.0-2.4
Cal + algum cimento : areia
(1:3) 0.9-5.1 3000-6500 1.0-2.0
* Dados baseados em estudos de Ana Velosa, Goreti Margalha, Ana Cristian Magalhães e Ana Fragata, sintetizados por Ana Fragata [25].
6.CONCLUSÕES
As argamassas têm funções diversas e importantes nas alvenarias históricas, as quais implicam o cumprimento de requisitos funcionais específicos.
As composições das argamassas antigas variam com o tipo de edifício e de alvenaria, a época de construção, a localização e a exposição aos agentes externos. Contudo, apesar da diversidade de composições, as argamassas antigas encontradas em edifícios Portugueses de alvenaria, entre o século I e o início do século XX, têm como ligante principal a cal aérea (calcítica ou calcítica e dolomítica) e agregados siliciosos, calcários e, menos frequentemente, de outras naturezas.
As intervenções a realizar sobre estas argamassas devem ter como objetivo preservar, não só o seu aspeto, mas também o funcionamento global da parede e garantir a sua durabilidade como um todo, com especial destaque para os elementos mais antigos. Para isso é necessário conhecer com profundidade as argamassas pré-existentes e a sua dinâmica de evolução ao longo do tempo, ter uma boa informação sobre as soluções atuais existentes para argamassas compatíveis e procurar formulações adequadas com composições e características suficientemente próximas das originais para garantirem um bom comportamento global.
7.AGRADECIMENTOS
Agradece-se o financiamento da FCT aos estudos que se encontram na base deste trabalho de síntese, através de vários projetos, com destaque para o Projeto Limecontech – Conservação e durabilidade de revestimentos históricos: técnicas e materiais compatíveis (PTDC/ECM/100234/2008).
8.REFERÊNCIAS
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2 – VEIGA, M. Rosário – Os revestimentos antigos e a identidade dos edifícios. Arquitectura Ibérica.
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