CONTRIBUIÇÃO PARA O CONHECIMENTO DO EFEITO DE CRISTALIZAÇÃO DE SAIS NA ALTERABILIDADE DE ARENITOS

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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

CONTRIBUIÇÃO PARA O CONHECIMENTO

DO EFEITO DE CRISTALIZAÇÃO DE SAIS

NA ALTERABILIDADE DE ARENITOS

APLICAÇÃO AO PATRIMÓNIO EDIFICADO

DE ATOUGUIA DA BALEIA

MARCO ANTÓNIO LUDOVICO MARQUES (Mestre em Mecânica dos Solos)

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Geotecnia, na especialidade de Mecânica das Rochas, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia.

Orientador: Doutor Carlos Manuel Nunes da Costa Co-orientador: Doutor Carlos Manuel Chastre Rodrigues

2008

σ(MPa)

ε(×10-3 ) 0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 5 10 15

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Agradecimentos

A presente tese foi realizada no Departamento de Engenharia Civil (DEC) da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa (UNL). Os trabalhos experimentais decorreram nos Laboratórios de Geotecnia e de Estruturas do DEC, na sua quase totalidade.

Entre as muitas pessoas que contribuíram para o desenvolvimento desta, agradece em particular, a:

• Professor Carlos Manuel Nunes da Costa, que orientou esta tese, pelas trocas de impressões e pela leitura crítica do manuscrito, por todo o apoio e incentivo transmitidos.

• Professor Carlos Chastre Rodrigues, co-orientador científico, pela disponibilidade permanente para troca de impressões, pelo rigor e incentivo transmitidos no trabalho de investigação, assim como pela leitura crítica do manuscrito.

Indica ainda o seu muito apreço a:

• Professor Manuel Américo Gonçalves da Silva, pela autorização concedida e disponibilização de utilização de equipamentos do Laboratório de Durabilidade de Estruturas do DEC.

• Doutor Engenheiro Bernd Fitzner, por todo o apoio e supervisão prestados no decurso do desenvolvimento do estudo micropetrográfico realizado no Instituto Geológico da Universidade de Tecnologia de Aachen.

• Professor Fernando Pina e Professor Pires de Matos, pela autorização para utilização do equipamento de DRTMS, disponível no Laboratório da Pedra do Departamento de Conservação e Restauro.

• Professor Vasco Moreira Rato, pela realização dos ensaios com o porosímetro de mercúrio no Laboratório de Microestrutura do DEC e pela cedência do manual com os princípios teóricos da técnica utilizada.

• Professora Zenaide Silva e Professor Joaquim Simão do Departamento de Ciências da Terra, pela realização de observações com MEV no início do presente trabalho de investigação.

• Professora Ana Lourenço, do Departamento de Química e Professora Maria João Melo do Departamento de Conservação e Restauro, pela realização das análises com FTIR.

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Resumo

Esta tese pretende contribuir para o estudo do comportamento dos arenitos aplicados no património construído existente em Portugal.

Apresenta-se uma descrição elucidativa da importância dos arenitos no edificado monumental no mundo, no qual se enquadra o património edificado português e consequentemente o caso de estudo da Vila de Atouguia da Baleia.

Nesta vila, os trabalhos de investigação incidiram essencialmente sobre um monumento nacional, a Igreja de S. Leonardo. Este monumento constitui um caso de estudo, de excelência, da importância da cristalização de sais e em particular do cloreto de sódio, na alterabilidade destas rochas.

Efectuou-se um estudo de investigação experimental sobre as amostras colhidas do monumento e as amostras dos litótipos de arenitos seleccionados para constituírem uma extensão do estudo da pedra do próprio monumento, em termos de propriedades petrográficas, físicas e mecânicas. Este estudo foi complementado pela investigação dessas propriedades em blocos de alvenaria in situ da própria Igreja de S. Leonardo.

Avaliou-se o efeito da degradação causada pelo envelhecimento artificial por cristalização salina nos litótipos de arenitos. Apresentam-se os resultados do estudo de investigação experimental sobre os tratamentos efectuados nas amostras de um dos litótipos de arenitos e sobre a aplicação preliminar efectuada no próprio monumento. Procedeu-se à avaliação dos efeitos da cristalização salina, antes e após os tratamentos por consolidação dos arenitos, em termos de propriedades físicas e mecânicas. Foram ainda estudados, em termos mecânicos, os efeitos de acções cíclicas nestes materiais, tratados e não tratados, antes e após envelhecimento artificial por sais.

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Abstract

This work intends to be the beginning of a process of study about the importance of sandstones in Portuguese cultural heritage.

The author refers to important monuments all over the world and in Portugal where sandstones are widely used. Atouguia da Baleia village is an example and it constitutes the case study of the present work.

Most of the research work carried out in this Portuguese village was about a national monument, St Leonardo Church, which is an excellent example of the importance of salt crystallization weathering effects in sandstones.

An experimental study was carried out in samples collected from historical buildings and samples of lithotypes with similar petrographic, physical and mechanical properties, collected nearby. This study was complemented with investigation works carried out in situ blocks of St. Leonardo Church masonry walls.

The assessment of salt crystallization artificial ageing was carried out in sandstone samples. The results of the experimental research on the treated samples are presented, as well as the assessment of a preliminary consolidating treatment effectiveness on the monument.

Several sandstone samples were treated with chemical consolidating products and their physical and mechanical properties were then assessed and compared to the non treated samples, as well as the effect of salt crystallization artificial ageing. The effects of cyclic loading were also studied in treated and non treated samples, before and after salt crystallization ageing tests.

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ix

Palavras-chave

Mecânica das Rochas

Arenitos

Monumentos

Envelhecimento

Cristalização de sais

Consolidantes

Análise experimental

Modelação do comportamento físico

Modelação do comportamento mecânico

(10)
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xi

Keywords

Rock mechanics

Sandstones

Monuments

Ageing

Salt cristallisation

Consolidation

Experimental analysis

Modeling of physical behaviour

Modeling of mechanical behaviour

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(13)

xiii

Simbologia

Notações Latinas

A -absorção de água por capilaridade

C0 - perímetro inicial

Et - módulo de elasticidade tangente

Eav - módulo de elasticidade médio

Es - módulo de elasticidade secante

Ea - módulo de elasticidade axial

El - módulo de elasticidade lateral

F - força

f - frequência de propagação das ondas longitudinais

k - coeficiente de absorção de água a baixa pressão

L0 - comprimento longitudinal inicial

M - massa

Mi - acréscimo de massa de água que ascende por capilaridade na secção de um provete

m - massa

MVA - massa volúmica aparente

MVR - massa volúmica real

Nc - número de ciclos de envelhecimento artificial

n - porosidade aberta

P - pressão

Qi - teor de água

Qmax - teor de água inicial

Qi - teor de água

R - constante dos gases perfeitos

S - superfície

T - temperatura

tf - tempo de duração do ensaio de secagem

t0 - tempo inicial de ensaio

Vs - volume molar do cristal de sal

W - teor de água

x - concentração actual solução

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εa - extensão axial

εc - extensão circunferencial

εr - extensão na rotura

εv - extensão volumétrica

Δ - variação

ΔL - variação de comprimento longitudinal

ν - coeficiente de poisson

θ - ângulo de contacto

η - viscosidade do fluido

α - índice de degradação da pedra em função do número de ciclos de envelhecimento artificial

β - índice de degradação da pedra com consolidante em função do número de ciclos de envelhecimento artificial

Abreviaturas e Siglas mais utilizadas

ASTM - American Society for Testing Materials

AFNOR - Association Française de Normalisation

DEC - Departamento de Engenharia Civil

DGEMN -Direcção - Geral dos Edifícios e Monumentos Nacionais

DRTMS - Drilling Resistance Test Measurement System

DRX - Difractometria de Raio X

EN - Norma Europeia

FCT - Faculdade de Ciências e Tecnologia

FTIR - Fourier Transformed Infrared Spectroscopy.

HR - Humidade relativa

INMG - Instituto Nacional de Meteorologia e Geofísica

IS - Índice de Secagem

(15)

xv

LNEC - Laboratório Nacional de Engenharia Civil

LVDT - Transdutor de deslocamentos

MEV - Microscopia Electrónica de Varrimento

NORMAL - Normativa Manufatti Lapidei do Centro CNR e do Instituto Central de Restauro (Itália)

RILEM - Reunion International des Laboratoires d Éssais et de Recherche sur les Matériaux

SCP - Sistema de controlo do protótipo

UNL - Universidade Nova de Lisboa

(16)
(17)

xvii

Índice

Capítul

o 1 - Introdução

... 1

1.1 Considerações gerais ... 1

1.2 Os arenitos no património edificado mundial ... 1

1.2.1 Os arenitos no edificado europeu... 1

1.2.2 Os arenitos no Norte de África e Médio Oriente ... 6

1.2.3 Os arenitos na Ásia... 10

1.2.4 Os arenitos na Oceania e na América ... 12

1.2.5 Características petrográficas e propriedades físicas e mecânicas de arenitos do edificado mundial... 12

1.3 Objectivos do estudo de investigação... 14

1.4 Organização da tese ... 14

Capítulo

2 - Mecanismos de degradação da pedra

... 17

2.1 Introdução... 17

2.2 A acção dos seres vivos... 17

2.2.1 As cianobactérias ... 17

2.2.2 Fungos... 18

2.2.3 Líquenes... 19

2.2.4 Outros organismos………...22

2.3 Os mecanismos de alteração das rochas por corrosão ……... 22

2.3.1 Introdução ... 22

(18)

2.3.3 Alteração secundária, supergénica ou meteórica... 23

2.3.4 Alteração herdada ... 24

2.3.5 A sulfatação ... 24

2.4 A acção do gelo-degelo ... 28

2.5 A acção dos sais... 33

2.5.1 Introdução ... 33

2.5.2 Os estudos pioneiros ... 33

2.5.3 O desenvolvimento do conhecimento... 36

2.5.4 Os mecanismos de transporte de sais... 49

2.5.5 A presença de minerais argilosos ... 51

2.6 Teorias explicativas da deterioração física causada pela acção de sais ... 51

2.7 Considerações finais ... 55

Capítulo

3 - Património edificado de Atouguia da Baleia, em

arenitos: importância da cristalização salina nas principais formas

de degradação

...61

3.1 Introdução... 61

3.2 Enquadramento geológico ... 61

3.2.1 Geomorfologia ... 61

3.2.2 Geologia regional ... 62

3.3 Enquadramento climático ... 65

3.3.1 Nota introdutória ... 65

3.3.2 Parâmetros obtidos do Atlas Climatológico de Portugal Continental (1931-1960) ... 66

(19)

xix

3.3.4 Considerações acerca da modificação dos parâmetros ambientais entre os períodos de

1931-1960, 1961 -1990 e a actualidade ... 72

3.4 Enquadramento do património edificado em arenito de Atouguia da Baleia ... 73

3.4.1 Historiografia ... 73

3.4.2 Caracterização geológica do património edificado local ... 76

3.4.3 Pesquisa da origem dos materiais ... 78

3.4.4 Trabalhos preliminares de investigação in situ ... 79

3.4.1.1 Levantamento de campo... 79

3.4.4.2 Amostragem ... 79

3.5 Estado de conservação do arenito no edificado classificado... 81

3.5.1 Historial das intervenções de conservação efectuadas... 81

3.5.2 Formas de degradação detectadas ... 85

3.5.3 Evolução da alveolização nos paramentos exteriores do edificado monumental ... 90

3.6 Considerações finais ... 93

Capítulo

4 - Metodologia do estudo experimental

... 95

4.1 Introdução... 95

4.2 Caracterização das tipologias pétreas... 96

4.2.1 Estudo petrográfico ... 96

4.2.1.1 Análise micropetrográfica ... 96

4.2.1.2 Análise granulométrica por peneiração... 97

4.2.2 Estudo das propriedades físicas... 98

(20)

4.2.2.2 Ensaio de determinação da porosidade aberta e da porometria por intrusão de

mercúrio ... 100

4.2.2.3 Ensaio de determinação do coeficiente de absorção de água por capilaridade... 102

4.2.2.4 Ensaio de determinação da absorção de água a baixa pressão (método do cachimbo) ... 104

4.2.2.5 Ensaio de determinação do índice de secagem ... 105

4.2.2.6 Ensaio pelo método do azul de metileno (método da mancha) ... 107

4.2.3 Estudo do comportamento mecânico ... 109

4.2.3.1 Resistência à compressão monotónica e cíclica ... 109

4.2.3.2 Resistência à tracção por flexão ... 115

4.2.3.3 Ensaio de determinação da resistência à perfuração em profundidade... 115

4.2.3.4 Ensaio de determinação da velocidade de propagação das ondas elásticas P... 119

4.3 Identificação de sais solúveis nas variedades pétreas ... 121

4.3.1 Equipamento utilizado ... 121

4.3.2 Método do ensaio ... 122

4.3.3 Validação dos resultados das análises... 123

4.3.4 Vantagens da utilização desta metodologia de ensaio ... 124

4.4 Análise da composição dos consolidantes... 125

4.4.1 Análise por espectrometria de infravermelhos por transformada de Fourier (FTIR) .... 125

4.5 Ensaio de envelhecimento artificial por cristalização salina... 126

4.5.1 Introdução ... 126

4.5.2 Aferição da metodologia de ensaio de envelhecimento artificial por cristaliz. de sais . 128 4.5.3 Protótipo experimental de câmara climática de envelhecimento artificial ... 135

(21)

xxi

Capítulo 5 - Investigação experimental do comportamento dos

arenitos da Atouguia da Baleia

... 139

5.1 Introdução... 139

5.2 Amostragem e preparação de provetes... 140

5.3 Apresentação dos resultados do trabalho experimental ... 143

5.3.1 Estudo micropetrográfico ... 143

5.3.2 Análise granulométrica por peneiração seca ... 163

5.3.3 Parâmetros físicos ... 165

5.3.3.1 Porosidade aberta, teor máximo de absorção de água e massas volúmicas ... 165

5.3.3.2 Porometria por intrusão de mercúrio... 170

5.3.3.3 Absorção de água por capilaridade ... 174

5.3.3.4 Absorção de água a baixas pressões (método do cachimbo) ... 174

5.3.3.5 Secagem... 180

5.3.3.6 Azul de Metileno ... 183

5.3.4 Propriedades mecânicas... 184

5.3.4.1 Parâmetros obtidos nos ensaios de compressão monotónica ... 184

5.3.4.2 Resistência à tracção por flexão ... 191

5.3.5 Velocidade de propagação de ondas elásticas P ... 192

5.3.6 Ensaio de determinação da resistência à perfuração em profundidade ... 193

5.4 Análise geral de resultados... 196

(22)

Capítulo

6 - Investigação experimental do comportamento de

arenitos envelhecidos por cristalização salina e desempenho dos

tratamentos de consolidação aplicados

...211

6.1 Introdução... 211

6.2 Apresentação dos resultados do trabalho experimental ref. ao envelhecimento salino ... 211

6.2.1 Materiais não tratados ... 211

6.2.1.1 Análises químicas por fotometria... 211

6.2.1.2 Observação macroscópica dos provetes submetidos a envelhecimento artificial por

cristalização salina ... 212

6.2.1.3 Porosidade aberta ... 215

6.2.1.4 Perda de massa ... 216

6.2.1.5 Absorção de água a baixa pressão (método do cachimbo)... 217

6.2.1.6 Resultados obtidos nos ensaios de compressão monotónica... 219

6.2.1.7 Ensaios de carregamento ciclíco ... 221

6.2.1.8 Resistência à perfuração ... 225

6.2.2 Materiais tratados por consolidação... 225

6.2.2.1 Introdução... 225

6.2.2.2 Tratamentos aplicados... 231

6.2.2.3 Análises químicas aos consolidantes... 234

6.2.2.4 Avaliação da nocividade dos tratamentos, em termos de propriedades hídricas .. 234

6.2.2.5 Avaliação da eficácia dos tratamentos de consolidação... 240

6.2.2.6 Efeitos do envelhecimento salino... 249

6.3 Análise geral de resultados... 259

(23)

xxiii

Capítulo

7 - Modelo global do comportamento mecânico de arenitos

de Atouguia da Baleia ao envelhecimento artificial por cristalização

de sais e aos tratamentos por consolidação

...269

7.1 Introdução... 269

7.2 A relação ( )

r cf

ε

ε

σ

σ

= ... 270

7.3 O parâmetro α... 276

7.4 O parâmetro 1+β... 279

7.5 A conjugação de α e (1+β) ... 281

7.6 Considerações finais ... ………283

Capítulo

8 - Conclusões

... 287

8.1 Síntese geral... 287

8.2 Conclusões... 288

8.3 Desenvolvimentos futuros ... 294

(24)
(25)

xxv

Índice de Figuras

Figura 1.1-Igreja de S. Leonardo: (a) Fachada principal a poente, (b) portal Sul...2

Figura 1.2–Castelo de Silves. (a) Torreão e portal. (b) Pormenor da muralha...2

Figura 1.3 – Sé de Silves...3

Figura 1.4 – Catedral de Exeter...4

Figura 1.5 – Catedral de Carlile...4

Figura 1.6 – Portal da catedral de Estrasburgo...5

Figura 1.7 – Catedral de Aachen...6

Figura 1.8 – Templo de Karnak...7

Figura 1.9 – Templo de Luxor...7

Figura 1.10 – Pedreiras ptolomaicas em Gebel el Silsila, nas margens Oeste (a) e Este (b) do

Nilo(Fitzner et al, 2003)... 7

Figura 1.11 - Esfinges em arenito, evidenciando-se a respectiva estratificação (Fitzner et al.,

2002)...8

Figura 1.12 - Templos de Abu Simbel: (a) Ramsés II, (b) Hathor/Nefertari... 8

Figura 1.13 – Templo de Ísis em Philae, da era Ptlomaica... ..9

Figura 1.14 – Alkhazneh, em Petra... .9

Figura 1.15 – Mosteiro de Petra... .10

Figura 1.16 – Torreão de entrada do Forte de Agra... ..10

Figura 1.17 – Palácio de Jahangir – Mahal... . .11

Figura 1.18 – Angkor Wat...11

Figura 1.19 - Aplicações de arenitos cinzentos...12

Figura 2.1 – Imagem obtida por MEV (SEM-BSE) de microfósseis de bactérias cocóides...18

Figura 2.2 - Estrutura de hyphae (a), que erodiu em profundidade um grão de calcite de arenito (b) de

Temara (Marrocos). Extraído de Duane (2006)...19

Figura 2.3 - Aspecto de pormenor de colonização desenvolvida por líquenes num pináculo, assinalada

por manchas multicolores: amarelas, cinzentas, esbranquiçadas...20

Figura 2.4 - Crostas negras em paramento de fachada calcária na envolvente de vão de

(26)

Baleia...36

Figura 2.8-Aspectos do corte de material superficial e subsuperficial do bloco B, mostrando a zona de

alteração da estrutura, visível em amostra de mão...40

Figura 2.9-Diagrama representativo das observações por MEV realizadas segundo um corte vertical

numa amostra do bloco B, compilado por composição de imagens de MEV ampliadas x40 (adaptado

de Warke e Smith, 2000)...41

Figura 2.10-Modelos de degradação observados no envelhecimento artificial por cristalização salina,

nos ensaios realizados nos provetes das duas variedades do Arenito de Stanton Moor, adaptado de

Warke et al. (2005)...44

Figura 2.11-Escamação do arenito cinzento e castanho-amarelado na extremidade inferior das colunas

e da parede da galeria exterior, devido à existência de eflorescências provenientes de guano de

morcego (Uchida et al., 1999)...46

Figura 2.12 -Diagrama de fases, adaptado de Flatt (2002)...54

Figura 2.13-Ilustração do modelo de desenvolvimento dos cristais no espaço poroso da pedra

(adaptado de Scherer, 2004)...55

Figura 3.1-Carta geológica de Portugal, folha 26C (Peniche), segundo Camarate França (1960): (a)

Extracto com os cinco conjuntos de unidades (b) Pormenor na Atouguia da Baleia...62

Figura 3.2-Unidades litostratigráficas do Jurássico Superior da Bacia Lusitaniana, extraído de

Kullberg et al. (2006b)...65

Figura 3.3-Médias mensais de Humidade Relativa (%), registadas às 6, 12 e 18 horas na segunda e

terceira série climática...67

Figura 3.4-Dados da precipitação registados na segunda e terceira série

climática...68

Figura 3.5-Dados da temperatura (ºC) registados na segunda e terceira série climática...69

Figura 3.6-Média mensal do número de dias de nevoeiro na segunda e terceira série climática...70

(27)

xxvii

Figura 3.8-Dados da velocidade do vento (Km/h) e das frequências por rumo (%), obtidas na segunda

e terceira série climática...71

Figura 3.9-Vista aérea da Igreja de S. Leonardo...73

Figura 3.10-Vista aérea da muralha do Castelo...73

Figura 3.11-Aspectos parciais da fachada principal, a Oeste e da fachada Sul...74

Figura 3.12-Aspectos do pano Norte da muralha do castelo...74

Figura 3.13-Aspectos do fontanário medieval...75

Figura 3.14-Aspectos de estrutura e textura dos arenitos no edificado da Igreja de S. Leonardo...76

Figura 3.15-Margas e argilitos no cunhal da capela na fachada Sul, aplicados quando da reconstrução

efectuada nos anos 70 do século XX...77

Figura 3.16-Aspectos de estrutura e textura dos arenitos no edificado do castelo de Atouguia...77

Figura 3.17-Afloramento arenítico na encosta sob a fundação do castelo de Atouguia da Baleia...80

Figura 3.18-Muro de alvenaria de blocos areníticos, sede de extracção das amostras para o estudo de

investigação experimental...81

Figura 3.19-Fachada principal, Oeste (DGEMN, década de 40)...81

Figura 3.20–Fachadas Norte e Oeste (DGEMN, década de 40)...81

Figura 3.21-Pormenor do portal principal, Oeste (DGEMN, década de 40)...82

Figura 3.22–Paramentos das naves Norte e central da fachada Norte, ábside e capela adoçada,

(DGEMN, década de 40)...82

Figura 3.23-Paramento da fachada Sul revestido de argamassa (DGEMN, década de 40)...82

Figura 3.24-Pormenor do portal Sul (DGEMN, década de 40)...82

Figura 3.25-Ábside, naves e torre da igreja (DGEMN, década de 40)...82

Figura 3.26-Pormenor da ábside e da capela adoçada, a Este (DGEMN, década de 40)...82

Figura 3.27-Pano central da fachada principal após remoção da argamassa de reboco (DGEMN,

década de 70)……….83

Figura 3.28–Pormenor do portal Oeste após remoção da argamassa de reboco (DGEMN, década de

70)...83

Figura 3.29–Aspecto dos trabalhos de demolição do muro Norte (DGEMN, década de 70)...83

Figura 3.30– Fachada Norte, após trabalhos de remoção da argamassa de reboco (DGEMN, década de

70)...83

(28)

(DGEMN, década de 70)...84

Figura 3.35-Fachada Sul, junto ao portal Sul, com andaime instalado, observando-se a ausência de

argamassa de reboco (DGEMN, década de 70)...84

Figura 3.36– Fachada Sul após a execução de novo reboco e da alteração do espaço envolvente da

capela (DGEMN, década de 70)...84

Figura 3.37-Pormenor da fundação de uma coluna no interior da igreja (DGEMN, década de 70)...85

Figura 3.38–Aspecto da alveolização no portal Sul, lado Este...86

Figura 3.39–Aspecto da alveolização intensa no portal Oeste...86

Figura 3.40-Aspecto das cavidades resultantes do desenvolvimento lateral da alveolização no portal

Sul, lado Oeste...86

Figura 3.41-Escamação nos blocos de arenito, na zona de fecho do arco do portal da fachada

principal...86

Figura 3.42-Capitel de coluna enegrecido por deposição provável de organismos fúngicos...87

Figura 3.43-Fachada Oeste, mostrando alinhamentos negros correspondentes à acumulação provável

de organismos fúngicos (a negro) no cunhal...87

Figura 3.44-Fachada Norte, paramento com mancha negra e alinhamentos negros de escorrência de

água pluvial...87

Figura 3.45-Portal Sul enegrecido na zona do paramento mais exposta à incidência de água pluvial,

devido à colonização biológica por organismos fúngicos. As zonas mais abrigadas não apresentam

enegrecimentos...87

Figura 3.46-Fachada Norte, lado Este, paramento com auréolas multicolores que assinalam uma

profusão de líquenes...88

Figura 3.47-Fachada Norte, contraforte com disseminação de líquenes multicolores e fungos

………...88

Figura 3.48- Líquenes multicolores e fungos...88

(29)

xxix

Figura 3.50-Aspecto de base de coluna do portal Sul, onde se observa película endurecida de tom

alaranjado...88

Figura 3.51– Pano Norte do torreão do castelo, mostrando alveolização e erosão diferencial nos

blocos areníticos...89

Figura 3.52–Pormenor da figura anterior, mostrando os níveis salientes e em regressão, resultantes do

desenvolvimento da alveolização...89

Figura 3.53-Cunhal Oeste do torreão do castelo com argamassa de cimento Portland...89

Figura 3.54-Aspecto da alveolização em paramento...90

Figura 3.55-Colonização biológica por líquenes e fungos...90

Figura 3.56-Aspecto dos motivos zoomórficos dos capitéis do lado Norte do portal Oeste,

observando-se o revestimento (fotografia realizada pela DGEMN nos anos 40)...91

Figura 3.57-Aspecto dos motivos zoomórficos dos capitéis do lado Norte do portal Oeste, após

remoção do revestimento (fotografia realizada pela DGEMN nos anos 70)...91

Figura 3.58-Aspecto dos motivos zoomórficos dos capitéis do lado Sul do portal Oeste,

observando-se o revestimento (fotografia realizada pela DGEMN nos anos 40)...91

Figura 3.59-Aspecto dos motivos zoomórficos dos capitéis do lado Sul do portal Oeste, após remoção

do revestimento (fotografia realizada pela DGEMN nos anos 70)...91

Figura 3.60-Aspecto dos motivos zoomórficos dos capitéis do lado Norte do portal Oeste,

observando-se sob o revestimento, alveolização intensa e perda de elementos (fotografia realizada

pela DGEMN nos anos 40)...92

Figura 3.61-Aspecto dos motivos zoomórficos dos capitéis do lado Norte do portal Oeste,

observando-se uma evolução muito ligeira da alveolização intensa e da perda de elementos...92

Figura 3.62-Aspecto dos motivos zoomórficos dos capitéis do lado Sul do portal Oeste,

observando-se sob o revestimento, alveolização intensa e perda de elementos (fotografia realizada pela DGEMN

nos anos 40)...92

Figura 3.63-Aspecto dos motivos zoomórficos dos capitéis do lado Sul do portal Oeste, praticamente

sem evolução da alveolização intensa e da perda de elementos...92

Figura 3.64-Aspectos de superfície, dos elementos pétreos do portal Sul, registados com uma

diferença de mais de meio século...93

Figura 4.1-Microscópio BH-2 com sistema Olympus "Color View III soft imaging"...96

Figura 4.2-Difractómetro de Raios X (DRX)...97

(30)

Figura 4.8 – Secagem dos provetes em condições ambientais de laboratório...106

Figura 4.9 – Folha de papel de filtro com os resultados de um ensaio...108

Figura 4.10 – Aspectos da prensa...109

Figura 4.11 – Curva de tensão-deformação , evidenciando as fases diferentes de desenvolvimento de

fracturação, adaptada de Eberhardt et al. (1999)...112

Figura 4.12- Gráficos elucidativos sobre a história dos ensaios cíclicos...113

Figura 4.13 – Equipamento de ensaio à tracção por flexão: a) Aspecto geral; b) Cabeçote e apoio para

provetes; c) provete no final de um ensaio...114

Figura 4.14 Equipamento DRTMS: a) Ensaio num paramento de edificado monumental; b) Ensaio no

Laboratório da Pedra do Departamento de Conservação e Restauro...116

Figura 4.15 – Laboratório móvel para fotometria: a) Ensaios realizado em condições ambientais de

edificado monumental; b) Fotómetro; c) os nitratos conferem uma coloração amarela ao reagente..121

Figura 4.16 – Ensaios de ciclos de imersão em soluções salinas, secagem a 60ºC e arrefecimento à

temperatura ambiente: a) provetes em imersão em soluções salinas; b) fase de imersão em condições

de temperatura ambiental controlada; c) Estufa ventilada para a secagem...129

Figura 4.17 – Aspecto de provetes submetidos a ensaios de cristalização salina: a) nevoeiro salino; b)

imersão/secagem. (Colunas da esquerda e da direita, respectivamente aos 0 e 15 ciclos)...130

Figura 4.18 – Aspecto geral dos provetes após 40 ciclos: na oval verde, foram submetidos à solução

de sulfato de sódio; na oval azul, estiveram sujeitos à solução de cloreto de sódio; na oval amarela,

sob a acção da solução de cloreto de sódio e sulfato de cálcio; na oval laranja, encontraram-se apenas

sob o efeito da água desionizada; sem oval, sob a acção exclusiva da temperatura...131

Figura 4.19 - Aspectos de pormenor dos provetes submetidos ao cloreto de sódio...132

Figura 4.20 - Aspectos de pormenor dos provetes submetidos ao cloreto de sódio e ao sulfato de

cálcio...133

Figura 4.21 - Aspectos de pormenor do provete 96.2 submetido a 40 ciclos de cloreto de sódio e

sulfato de cálcio: erosão superficial sob a forma de sulcos, suposto início de alveolização...133

(31)

xxxi

Figura 4.23 - Aspectos de pormenor dos provetes submetidos ao sulfato de sódio...134

Figura 4.24 - Aspectos de pormenor dos provetes submetidos a água desionizada...135

Figura 4.25-Aspectos de pormenor do provete sujeito a amplitudes térmicas...135

Figura 4.26 - Protótipo de câmara climática para envelhecimento artificial de materiais pétreos...136

Figura 5.1 - Locais de colheita de amostras do portal Sul da Igreja de S. Leonardo...142

Figura 5.2- Locais de colheita de amostras do portal poente da Igreja de S. Leonardo...142

Figura 5.3 - Locais de colheita de amostras do paramento interior da muralha Sul do castelo...143

Figura 5.4 - Aspecto macroscópico da superfície de algumas taliscas preparadas para se proceder à

extracção das lâminas delgadas...144

Figura 5.5 – Classificação de arenitos segundo Folk (1974)...146

Figura 5.6 - Aspectos da observação ao microscópio petrográfico, com nicóis cruzados, das duas

lâminas delgadas da tipologia A...151

Figura 5.7 - Aspectos da observação por MEV de uma amostra representativa da tipologia A...152

Figura 5.8 - Aspectos da observação ao microscópio petrográfico, com nicóis cruzados, das duas

lâminas delgadas da tipologia B...153

Figura 5.9 - Aspectos da observação por MEV de uma amostra representativa da tipologia B...154

Figura 5.10 - Aspectos da observação ao microscópio petrográfico, com nicóis cruzados, das duas

lâminas delgadas da tipologia C...155

Figura 5.11 - Aspectos da observação por MEV de uma amostra representativa da tipologia C...156

Figura 5.12 - Aspectos da observação ao microscópio petrográfico, com nicóis cruzados, das duas

lâminas delgadas da tipologia M...157

Figura 5.13 - Aspectos da observação por MEV de uma amostra representativa da tipologia M...158

Figura 5.14 - Difractogramas de Raios X obtidos em amostras representativas das tipologia A e

B...159

Figura 5.15 - Difractogramas de Raios X obtidos em amostras representativas das tipologias C e

M...160

Figura 5.16 Aspectos da observação ao microscópio petrográfico, com nicóis cruzados, de uma

lâmina delgada da amostra Ig1...161

Figura 5.17 - Aspectos da observação por MEV da amostra Ig 1, extraída do portal Sul da Igreja de S.

Leonardo...162

Figura 5.18 - Difractograma de Raios X obtido na amostra Ig1...163

(32)

Figura 5.23 – Valores de teor máximo de água absorvida, obtidos no universo ensaiado...167

Figura 5.24 – Valores de massa volúmica real, obtidos no universo ensaiado...167

Figura 5.25 – Valores de massa volúmica aparente, obtidos no universo ensaiado...168

Figura 5.26-Curvas de distribuição porométrica, na forma de percentagem parcelar de volume de

intrusão (Vi) no patamar de pressão i, em função do raio dos poros (R)...171

Figura 5.27 – Curvas cumulativas das percentagens parcelares dos volumes sucessivos de mercúrio

(Vi) injectados, em função dos raios dos poros (R), nas amostras de arenitos...172

Figura 5.28 – Observação por MEV da amostra Ig1 que ilustra o aspecto da microporosidade em

algumas das dimensões determinadas por PIM, realizada por Zenaide Silva e Joaquim Simão

(Ludovico Marques, 2007)...173

Figura 5.29-Curvas de absorção de água por capilaridade obtidas nas amostras de arenitos...174

Figura 5.30-Curvas dos ensaios de absorção de água obtidas nos provetes das tipologias em

estudo...175

Figura 5.31-Localização dos ensaios de absorção de água no portal Sul da Igreja de S. Leonardo. A

direcção de escoamento de água decorreu paralelamente à estratificação...176

Figura 5.32-Curvas obtidas nos ensaios de absorção de água realizados no portal Sul da Igreja de S.

Leonardo...176

Figura 5.33 - Curvas dos ensaios de absorção de água obtidas nos provetes cúbicos e prismáticos da

tipologia M...179

Figura 5.34 - Curvas de secagem obtidas nos provetes das tipologias A e B...181

Figura 5.35 - Curvas de secagem obtidas nos provetes das tipologias C e M...181

Figura 5.36 - Coordenadas dos pontos críticos, determinadas a partir das curvas de evaporação nos

dois litótipos de arenitos...182

Figura 5.37 - Modos de rotura em rochas com comportamento frágil, quando submetidas a

compressão uniaxial, segundo Szewedzicki (2007)...184

Figura 5.38 - Curvas de tensão - deformação obtidas nos ensaios de compressão monotónica

(33)

xxxiii

Figura 5.39 - Modos de rotura produzidos nos provetes prismáticos por carregamento

monotónico...186

Figura 5.40 - Curvas de tensão - deformação obtidas nos ensaios de compressão monotónica

realizados em provetes cúbicos da tipologia M, secos...189

Figura 5.41 - Modos de rotura produzidos nos provetes cúbicos por carregamento monotónico...190

Figura 5.42 - Curvas de resistência à tracção por flexão - deformação...192

Figura 5.43 - Curvas da resistência à perfuração em profundidade...193

Figura 5.44 - Curvas da resistência à perfuração em profundidade...193

Figura 5.45 - Curvas da resistência à perfuração em profundidade...194

Figura 5.46 - Comparação das curvas da resistência à perfuração em profundidade obtidas para as

duas situações de parâmetros de velocidade de rotação e penetração...194

Figura 5.47 – Curvas de resistência à perfuração em profundidade, obtidas no portal Sul da Igreja de

S. Leonardo...195

Figura 5.48 - Curvas de resistência à perfuração em profundidade, obtidas no portal Sul da Igreja de

S. Leonardo, com indicação dos valores médios obtidos nos troços respectivos assinalados...195

Figura 5.49 - Relação entre as porosidades efectivas (n) determinadas por métodos hídricos e por

PIM, e as medianas da distribuição dos raios dos poros (mR)...196

Figura 5.50 – Relação entre o coeficiente de absorção de água por capilaridade (A) e a porosidade

aberta (n)...197

Figura 5.51 – Relação entre a absorção de água a baixa pressão (k) e a porosidade (n)...197 Figura 5.52 – Relação entre o módulo de elasticidade (E) e a resistência à compressão (σc)...198

Figura 5.53 - Relação entre a resistência à compressão (σc) e a porosidade (n) obtida em provetes

prismáticos e cúbicos...199

Figura 5.54 - Relação entre a resistência à compressão (σc) e a porosidade (n) obtida em provetes

prismáticos e cúbicos...199

Figura 5.55 - Relações da resistência à compressão (σc) e do módulo de elasticidade (E) com a

porosidade aberta (n)...200

Figura 5.56 - Relações da resistência à compressão (σc) e do módulo de elasticidade (E) com a

absorção de água por capilaridade (A)...200

Figura 5.57 - Relações da resistência à compressão (σc) e do módulo de elasticidade (E) com a

(34)

Figura 5.62 – Relações obtidas por regressão linear nos furos realizados no monumento...205

Figura 5.63 – Relação obtida no universo dos furos realizados no monumento e nos provetes das

tipologias C e M...206

Figura 6.1 – Aspectos de provete da variedade M, submetido ao ensaio de cristalização salina, durante

60 ciclos...213

Figura 6.2 - Modelo de degradação observado no envelhecimento artificial por cristalização salina,

nos ensaios realizados nos provetes da variedade de grão médio a fino do Arenito de Stanton Moor,

modificada da Figura 2.10...214

Figura 6.3-Aspectos de provete da variedade B, submetido ao ensaio de cristalização salina, durante

60 ciclos...215

Figura 6.4 - Valores de perda de massa (Δm/m), em percentagem, em função do número de ciclos do

ensaio de envelhecimento artificial por cristalização salina (Nc)...217

Figura 6.5 – Curvas dos ensaios de absorção de água a baixa pressão, obtidas nos provetes após

cristalização salina...217

Figura 6.6 – Figuras de rotura obtidas nos ensaios de compressão monotónica, antes e após a

realização do envelhecimento artificial por cristalização salina...219

Figura 6.7 - Curvas de tensão-deformação obtidas nos ensaios de compressão monotónica realizados

nos provetes cúbicos das tipologia M, após os ensaios de cristalização salina, aos 0, 30 e 60

ciclos...220

Figura 6.8 - Curvas de tensão - deformação obtidas nos ensaios de carregamento monotónico e cíclico

realizados nos provetes cúbicos da tipologia M...222

Figura 6.9 - Curvas de tensão - deformação obtidas nos ensaios de carregamento monotónico e ciclíco

realizados nos provetes cúbicos das tipologia M, após o 30º ciclo de envelhecimento por cristalização

(35)

xxxv

Figura 6.10 - Curvas de tensão - deformação obtidas nos ensaios de carregamento monotónico e

ciclíco realizados nos provetes cúbicos da tipologia M, após o 60º ciclo de envelhecimento por

cristalização salina...224

Figura 6.11 – Curvas de resistência à perfuração, segundo a profundidade, obtidas num provete após

submissão a 30 ciclos de cristalização salina...225

Figura 6.12 – Espectros de absorvância em função do comprimento de onda (λ), obtidos da análise

aos consolidantes por μFTIR...234

Figura 6.13 – Curvas dos ensaios de absorção de água a baixa pressão, obtidas nos provetes após a

aplicação de tratamentos de consolidação ao arenito das variedades C e M...235

Figura 6.14 - Curvas dos ensaios de absorção de água a baixa pressão, obtidas nos provetes após a

aplicação de tratamento de consolidação R, aos materiais da variedade M, com e sem

impermeabilização lateral...237

Figura 6.15 - Curvas de secagem obtidas nos provetes da tipologia C, após a aplicação dos

consolidantes TG e R...238

Figura 6.16 - Curvas de secagem obtidas nos provetes da tipologia M, após a aplicação dos

consolidantes TG e R...239

Figura 6.17 – Coordenadas dos pontos críticos, determinadas a partir das curvas de evaporação nos

dois litótipos de arenitos, após a aplicação dos consolidantes TG e R...239

Figura 6.18-Figuras de rotura obtidas nos ensaios de compressão monotónica, antes e após a

realização das aplicações com TG...241

Figura 6.19-Figuras de rotura obtidas nos ensaios de compressão monotónica, após a realização das

aplicações com R...241

Figura 6.20 - Curvas de tensão - deformação obtidas nos ensaios de carregamento monotónico da

variedade M, antes e após a aplicação do consolidante TG...243

Figura 6.21 - Curvas de tensão-deformação obtidas nos ensaios de carregamento monotónico da

variedade M, antes e após a aplicação do consolidante R...243

Figura 6.22 - Curvas de tensão - deformação obtidas nos ensaios de carregamento monotónico e

ciclíco realizados nos provetes cúbicos da tipologia M, após a aplicação do consolidante

TG...245

Figura 6.23 - Curvas de tensão - deformação obtidas nos ensaios de carregamento monotónico e

ciclíco realizados nos provetes cúbicos da tipologia M, após a aplicação do consolidante R.

(36)

IgIV-2, IgIV-3 em zona não tratada; IgIV-R1, IgIV-R2, em zona tratada com R...248

Figura 6.27 – Curvas de resistência, em profundidade, obtidas com broca não desgastada, dos furos

indicados na Figura 6.28...249

Figura 6.28 - Aspectos de provete da variedade M, tratado com TG, submetido ao ensaio de

cristalização salina, até aos 50 ciclos...250

Figura 6.29 - Aspectos do provete anterior, da variedade M, tratado com TG, submetido ao ensaio de

cristalização salina, ao 60º ciclo...251

Figura 6.30 - Aspectos de provete da variedade M, tratado com R, submetido ao ensaio de

cristalização salina, até aos 70 ciclos...251

Figura 6.31 – Curvas da perda de massa (Δm/m), em percentagem, em função do número de ciclos

(Nc), nos provetes da variedade M, tratados com os consolidantes TG e R...252

Figura 6.32 – Curvas dos ensaios de absorção de água a baixa pressão, obtidas nos provetes tratados

com TG, após cristalização salina...253

Figura 6.33 – Curvas dos ensaios de absorção de água a baixa pressão, k, obtidas nos provetes

tratados com R, após cristalização salina...253

Figura 6.34-Figuras de rotura obtidas nos ensaios de compressão monotónica, efectuados após a

aplicação de R, antes e após a realização do envelhecimento artificial por cristalização salina...255

Figura 6.35 - Curvas de tensão - deformação obtidas nos ensaios de carregamento monotónico da

variedade M, após a aplicação do consolidante TG, antes e após a submissão a 60 ciclos de

envelhecimento salino...257

Figura 6.36 - Curvas de tensão-deformação obtidas nos ensaios de carregamento monotónico de

provetes da variedade M, após a aplicação do consolidante R, antes e após a submissão a 70 ciclos de

envelhecimento salino...257

Figura 6.37 -Curvas de tensão - deformação obtidas nos ensaios de carregamento monotónico e

cíclico realizados nos provetes cúbicos da tipologia M, tratados com R, após a submissão a 70 ciclos

de envelhecimento salino...259

(37)

xxxvii

Figura 6.39-Relação entre o incremento da perda de massa (Δm/m) e o número de ciclos (Nc)...260

Figura 6.40-Relação entre o incremento da perda de massa (Δm/m), nos provetes tratados com TG e

R, e o número de ciclos (Nc)...261

Figura 6.41-Relações entre a resistência à compressão uniaxial (σc) e o número de ciclos do

envelhecimento artificial (Nc), obtidas nos materiais não tratados e tratados com TG e R...262

Figura 6.42-Relações entre a resistência à compressão uniaxial (σc) e o número de ciclos do

envelhecimento artificial (Nc), obtidas nos materiais não tratados submetidos a ensaios de

carregamento monotónico e cíclico...264 Figura 7.1-Curvas de tensão-deformação normalizadas pela tensão (σmax) e pela extensão na rotura

(εr), obtidas por compressão monotónica, em cada provete prismático das variedades de arenitos A, B,

M...270 Figura 7.2-Curvas de tensão-deformação normalizadas pela tensão (σc) e pela extensão na rotura (εr),

obtidas por compressão monotónica, em cada provete cúbico da variedade de arenito M,

...271

Figura 7.3-Diagramas de tensão-deformação representativos das variedades de arenitos em estudo e

respectivo critério de rotura...273

Figura 7.4-Simulação dos diagramas de tensão-deformação obtidos nos ensaios de compressão

monotónica de prismas a partir dos valores do parâmetro: a) porosidade, b) absorção de água a baixa

pressão, c) resistência à perfuração e d) módulo de elasticidade estático...274

Figura 7.5-Diagramas modelados de tensão-deformação em função dos parâmetros porosidade (n), absorção de água (k), resistência à perfuração (σd) e módulo de elasticidade estático (E), face aos

resultados obtidos nos ensaios de compressão monotónica de prismas...275

Figura 7.6-Valores médios do parâmetro α, em função do número de ciclos (Nc)...277

Figura 7.7-Modelação do efeito de envelhecimento artificial por cristalização salina, em função do

número de ciclos (Nc), nos diagramas de tensão-deformação, através da utilização do modelo

global...278

Figura 7.8-Valores do parâmetro β, do TG e do R, em função do número de ciclos (Nc)...279 Figura 7.9-Modelação do efeito do tratamento com TG, nos diagramas de tensão-deformação, através

(38)

absolutos experimentais...281

Figura 7.13-Curvas de tensão-deformação modeladas aos 70 ciclos de envelhecimento por

(39)

xxxix

Índice de Quadros

Quadro 1.1 – Propriedades petrográficas, físicas e mecânicas de arenitos no património edificado

mundial...13

Quadro 2.1 – Propriedades mineralógicas e físicas dos Arenitos de Stanton Moor, adaptado de Warke

et al. (2005)...42

Quadro 4.1 – Comparação dos resultados das análises efectuadas...124

Quadro 4.2 – Taxas de dissolução no processo de dessalinização na tipologia de 18,4% de porosidade,

após 60 ciclos de envelhecimento artificial com cloreto de sódio...124

Quadro 4.3 – Taxas de dissolução de carbonato de cálcio e magnésio em imersão contínua……....125

Quadro 4.4 – Especificações de ensaios constantes nas normas e condições de ensaio implementadas

por alguns autores...128

Quadro 5.1 – Características das tipologias de arenitos observadas macroscopicamente...145

Quadro 5.2 Análise modal por contagem de mil pontos (observação micropetrográfica de lâminas

delgadas)...145

Quadro 5.3 – Resultados da análise micropetrográfica das amostras de arenitos...149

Quadro 5.4 - Determinação da porosidade, do teor máximo de absorção e das massas volúmicas nas

amostras extraídas dos paramentos do edificado classificado...168

Quadro 5.5 – Valores médios de porosidade aberta, do teor máximo de absorção e das massas

volúmicas nas amostras extraídas do castelo...169

Quadro 5.6 – Valores de porosidade, massas volúmicas aparente e real, permeabilidade ao ar e

mediana do raio dos poros obtidos nas amostras de arenitos por PIM...171

Quadro 5.7 – Valores do parâmetro de absorção de água a baixa pressão, k nos provetes prismáticos

das diversas tipologias e nos ensaios efectuados no monumento...177

Quadro 5.8 – Coeficientes da expressão da absorção de água, obtidos nos ensaios realizados nos

provetes prismáticos das diversas tipologias e nos ensaios efectuados no monumento...178

Quadro 5.9 -Valores do parâmetro de absorção de água, k nos provetes cúbicos da tipologia M...179

Quadro 5.10 -Coeficientes da expressão da absorção de água, obtidos nos ensaios realizados nos

provetes cúbicos da tipologia M...179

Quadro 5.11 – Valores dos índices de secagem obtidos no litótipo A+B...182

(40)

provetes cúbicos...188

Quadro 5.16 - Valores de resistência à compressão uniaxial, obtidos no carregamento monotónico de

provetes cúbicos saturados da tipologia M...189

Quadro 5.17 - Parâmetros de resistência e deformabilidade obtidos das curvas de tensão-deformação

dos carregamentos monotónicos em cubos da variedade M...190

Quadro 5.18 – Valores de resistência à tracção por flexão obtidos nas tipologias B e M...191

Quadro 5.19 – Parâmetros de resistência e de deformabilidade obtidos no ensaio de tracção por

flexão...192

Quadro 5.20 – Valores de velocidade de propagação de ondas elásticas P...192

Quadro 5.21 – Parâmetros de resistência obtidos por DRTMS em provetes de três tipologias, e de

deformabilidade obtidos noutros provetes com valores iguais de porosidade aberta...203

Quadro 6.1 - Valores de concentração de iões cloreto, sulfato, nitrato e carbonatos na água de

dessalinização de amostras pétreas, obtidos por fotometria...211

Quadro 6.2 – Valores da porosidade aberta (nf) obtidos após o ensaio de envelhecimento artificial por

cristalização salina...216

Quadro 6.3 – Valores do parâmetro de absorção de água a baixa pressão, k, obtidos nos provetes da

variedade de arenitos M, antes e após a realização do envelhecimento artificial por cristalização

salina...218

Quadro 6.4 – Coeficientes da expressão da absorção de água, obtidos nos provetes da variedade de

arenitos M após a realização do envelhecimento artificial por cristalização salina...218

Quadro 6.5 – Valores de resistência à compressão uniaxial, obtidos no carregamento monotónico de

provetes da variedade de arenitos M, antes e após a realização do envelhecimento artificial por

cristalização salina...220

Quadro 6.6 – Valores dos parâmetros de resistência e deformabilidade, obtidos no carregamento

monotónico de provetes da variedade de arenitos M, antes e após a realização do envelhecimento

(41)

xli

Quadro 6.7-Parâmetros obtidos nos tratamentos e respectivas curas...233

Quadro 6.8 – Valores do parâmetro de absorção de água a baixa pressão, k, obtidos nos provetes das

variedades de arenitos C e M, após a aplicação de consolidantes...235

Quadro 6.9 - Coeficientes da expressão da absorção de água, obtidos nos provetes das variedades de

arenitos C e M, após a aplicação de consolidantes...236

Quadro 6.10 - Valores do parâmetro de absorção de água a baixa pressão, k, obtidos nos provetes da

variedade M, após a aplicação do consolidante R, sem impermeabilização lateral...237

Quadro 6.11 - Coeficientes da expressão da absorção de água, obtidos nos provetes da variedade M,

após a aplicação do consolidante R, sem impermeabilização lateral...237

Quadro 6.12 – Valores dos índices de secagem obtidos na variedade C, após a aplicação dos

consolidantes TG e R...240

Quadro 6.13 - Valores dos índices de secagem obtidos na variedade M, após a aplicação dos

consolidantes TG e R...240

Quadro 6.14 – Valores de resistência à compressão uniaxial, obtidos no carregamento monotónico de

provetes das variedades de arenitos C e M, após a aplicação de consolidantes...242

Quadro 6.15 - Valores dos parâmetros de resistência e deformabilidade, obtidos no carregamento

monotónico de provetes da variedade M, após a aplicação de consolidantes...244

Quadro 6.16 - Valores do parâmetro de absorção de água a baixa pressão, k, obtidos nos provetes da

variedade M, sem impermeabilização lateral, após a aplicação dos consolidantes TG e R, submetidos

ao envelhecimento por cristalização salina...254

Quadro 6.17 - Expressões de absorção de água a baixa pressão, obtidos nos provetes da variedade de

arenitos M, sem impermeabilização lateral, após a aplicação dos consolidantes TG e R, submetidos ao

envelhecimento por cristalização salina...254

Quadro 6.18 - Valores de resistência à compressão uniaxial, obtidos no carregamento monotónico de

provetes da variedade M, antes e após a aplicação do consolidante TG, sujeitos ao envelhecimento

salino...256

Quadro 6.19 - Valores de resistência à compressão uniaxial, obtidos no carregamento monotónico de

provetes da variedade M, antes e após a aplicação do consolidante R, sujeitos ao envelhecimento

salino...256

Quadro 6.20 – Valores dos parâmetros de resistência e de deformabilidade, obtidos nos ensaios de

compressão monotónica, nos provetes da variedade M, não tratados e tratados submetidos a

(42)

arenitos...276

Quadro 7.3-Valores de tensão de rotura à compressão(σc) obtidos através dos parâmetros n, k, σd, E,

face aos valores médios experimentais de σc obtidos nas variedades de arenitos……...276

Quadro 7.4-Valores de extensão na rotura (εr) obtidos através dos parâmetros n, k, σd, E, face aos

valores médios experimentais de εr obtidos nas variedades de arenitos...276

Quadro 7.5-Valores de módulo de elasticidade E, face aos valores médios experimentais de E obtidos

na variedade M...278

Quadro 7.6-Valores de tensão de rotura à compressão (σc), face aos valores médios experimentais de

σc obtidos na variedade M...278

Quadro 7.7-Valores de extensão na rotura (εr), face aos valores médios experimentais de εr obtidos na

variedade M...278

Quadro 7.8-Valores de módulo de elasticidade E, face aos valores médios experimentais de E obtidos

na variedade M...282

Quadro 7.9-Valores de tensão de rotura à compressão (σc), face aos valores médios experimentais de

σc obtidos na variedade M...283

Quadro 7.10-Valores de extensão na rotura (εr), face aos valores médios experimentais de εr obtidos

(43)

Contribuição para o conhecimento do efeito da cristalização de sais na alterabilidade de arenitos. Aplicação

ao património edificado de Atouguia da Baleia. 1

1

Introdução

1.1 Considerações gerais

O estudo do comportamento físico e mecânico dos arenitos nos maciços rochosos e no património

construído é uma área bastante desenvolvida a nível internacional. Contudo, em Portugal o estudo dos

arenitos aplicados no património construído é ainda incipiente no que se refere ao seu comportamento

físico e mecânico.

As rochas extraídas dos afloramentos e aplicadas no edificado, em blocos de alvenaria de pedra

ou em outros elementos construtivos ficam sujeitas a mecanismos de degradação diversos,

nomeadamente à cristalização salina em zonas próximas do mar. Assim, reveste-se de especial

interesse, o estudo dos efeitos da acção dos sais na alterabilidade de litótipos areníticos presentes no

edificado classificado. A avaliação do efeito mitigador da degradação, que as aplicações de

consolidantes poderão conferir aos materiais areníticos, assume uma importância essencial para a

definição de medidas de conservação do edificado que conduzam ao prolongamento da sua vida útil.

Pretende-se com esta tese contribuir para o conhecimento do efeito da cristalização de sais na

alterabilidade de arenitos.

Neste sentido, após a identificação e estudo dos litótipos areníticos existentes no património

edificado de Atouguia da Baleia, investigou-se o seu comportamento físico e mecânico, quando

submetidos em laboratório ao envelhecimento por cristalização salina, tratados por consolidação

química e não tratados, tendo-se proposto um modelo global de comportamento.

1.2 Os arenitos no património edificado mundial

1.2.1 Os arenitos no edificado europeu

As rochas carbonatadas, a par das rochas granitóides, são as mais utilizadas no património edificado

do país, seguindo a distribuição dos afloramentos rochosos constituintes da Geologia de Portugal. A

comunidade científica cedo direccionou os seus estudos, atraída pela maior ocorrência destas rochas,

em detrimento dos arenitos. Estes apresentam uma distribuição menos vasta à escala nacional, mas à

escala regional a sua utilização é frequente nas construções tradicionais, particularmente na Região

Oeste. Contudo o património edificado monumental inventariado, em arenito, praticamente só existe

nos concelhos de Peniche, Lourinhã e Silves. Apesar de em Portugal não serem as rochas mais

representativas, a importância dos monumentos medievais em que se encontram aplicadas justificam o

seu estudo. A Figura 1.1 evidencia o edificado monumental, medieval, em arenito na Atouguia da

Baleia, em Peniche. As Figuras 1.2 e 1.3 ilustram o edificado monumental no designado Grés de

(44)

(a) (b)

Figura 1.1-Igreja de S. Leonardo: (a) Fachada principal a poente, (b) Portal Sul

(a) (b)

(45)

Contribuição para o conhecimento do efeito da cristalização de sais na alterabilidade de arenitos. Aplicação

ao património edificado de Atouguia da Baleia. 3

Figura 1.3 – Sé de Silves

Na Europa as pedras de origem sedimentar têm uma ampla representatividade no edificado

patrimonial, encontrando-se uma enorme diversidade de tipos petrográficos, quer em elementos de

revestimento quer em elementos com função estrutural. As rochas carbonatadas estão amplamente

representadas, mas os arenitos chegam a preponderar em vastas áreas do espaço europeu.

O arenito constitui a pedra de eleição da época medieval no centro e centro-Norte da Europa. Foi

utilizada com uma distribuição ampla em castelos e catedrais nas Ilhas Britânicas, na França,

Alemanha, Austria e Suiça, Polónia, Hungria e da República Checa até ao Báltico. No Sul da Europa,

a sua utilização não é tão frequente, contudo existem casos importantes de aplicação no edificado.

Referem-se, na Itália, entre outros, no património monumental dos centros históricos das cidades de

Florença (Fratini et al., 2002; Vaccaneo et al., 2004) e Bolonha (Rossi-Manaresi, 1975). Em Espanha

ocorre nos centros históricos de Salamanca (Esbert, 1984; Nespereira et al., 2006) e de Ávila,

património mundial de Espanha, no País Basco, nas Astúrias (Gijón) e na Catalunha.

Nas Ilhas Britânicas, encontram-se arenitos no património monumental, distribuídos por todo o

país, nomeadamente nas catedrais de Chester, Exeter (Figura 1.4) , Chichester, Manchester, Liverpool

(anglicana), Leeds, Durham (património mundial), Carlile (Figura 1.5), Kirkwall na Escócia. A mística

medieval encontra-se tão associada ao arenito, que nas construções revivalistas do neogótico vitoriano

utilizou-se esta pedra recorrentemente.

Em França, os arenitos do maciço central foram largamente utilizados no património edificado,

em boa parte devido à policromia que apresentam. Aí ocorrem, nomeadamente os arenitos vermelhos

de Collonges, as arcoses azuis de Montpeyroux, os arenitos verdes de Walchia, os arenitos brancos de

Malicorne. Encontram-se aplicados na catedral de Rodez, nas igrejas de Auvergne, Corrèze e Aveyron

(46)

Figura 1.4 – Catedral de Exeter

(47)

Contribuição para o conhecimento do efeito da cristalização de sais na alterabilidade de arenitos. Aplicação

ao património edificado de Atouguia da Baleia. 5

Figura 1.6 – Portal da catedral de Estrasburgo

Na Suiça, todas as grandes cidades, com excepção de Bâle, estão situadas no Planalto entre os

Alpes e o Jura. O substrato geológico do Planalto é constituído fundamentalmente por arenitos

designados de molassos (Félix, 1980). No decurso dos séculos, estes arenitos foram extraídos em

centenas de pedreiras, abertas para satisfazer as necessidades locais. Estas compreenderam a

realização de trabalhos entre a pavimentação de caminhos e a construção de catedrais (Moser, 1969).

Aix la Chapelle, actual Aachen, capital do Império Carolíngio foi maioritariamente construída

com arenitos. A Figura 1.7 evidencia a magnificência da sua catedral.

Nas catedrais românicas e góticas e nos castelos da Europa Central, com particular incidência na

Alemanha e na Áustria, predominam os arenitos. Referem-se ainda Cracóvia na Polónia, Praga e

Kutná Hora, na República Checa, cidades da lista de património mundial da UNESCO.

Nos países do Norte da Europa, onde predominam as rochas granitóides, o Arenito de Gotland foi

um dos materiais mais utilizados nas construções e no património artístico dos países do Norte e dos

países Bálticos (Lukaszewicz et al., 1995). Puhringer (1992) refere a sua importância no Palácio Real

(48)

Figura 1.7 – Catedral de Aachen

1.2.2 Os arenitos no Norte de África e Médio Oriente

As rochas carbonatadas predominam na bacia mediterrânica, apresentando os arenitos incidência

notável no Norte de África e Médio Oriente.

Existem grutas com pinturas rupestres neolíticas em formações areníticas no Sahara, em

particular no Sul da Argélia, em Tassili-n-Ajer, pertencentes à lista de património mundial da

UNESCO (ICOMOS, 2005).

A Tunísia possui a cidade de Uthina e o aqueduto romano de Cartago, construídos em arenito. O

aqueduto com 132 km de comprimento é o maior construído por esta civilização em todo o império e a

sua obra mais importante no Norte de África (Zoghlami et al, 2004).

Na referida lista do património mundial (ICOMOS, 2005), encontram-se referidos quatro sítios

no Egipto, dos quais dois a Norte (Baixo Egipto): Memphis e a suas necrópoles - as zonas das

pirâmides de Ghizeh a Daschour; o Cairo islâmico.

Constam dois sítios a Sul (Alto Egipto): Tebas antiga e as suas necrópoles; os monumentos da

Núbia, de Abu Simbel a Philae.

No Baixo Egipto predominam os calcários no património monumental e artístico, enquanto no

Alto Egipto são os arenitos que assumem uma importância relevante.

A Cidade de Tebas, na qual se evidenciam os complexos de templos de Karnak (Figura 1.8) e

Luxor (Figura 1.9), foi edificada com os Arenitos da Núbia. Tebas constitui para a UNESCO, um

(49)

Contribuição para o conhecimento do efeito da cristalização de sais na alterabilidade de arenitos. Aplicação

ao património edificado de Atouguia da Baleia. 7

Figura 1.8 – Templo de Karnak Figura 1.9 – Templo de Luxor

Os complexos de templos referidos foram sucessivamente ampliados por mais de vinte dinastias

de faraós, desde as contruções originais na XIII Dinastia. As primeiras edificações datam de há cerca

de 4000 anos e a ampliação de todo o complexo durou mais de 1000 anos.

Fitzner et al (2003) referem que os arenitos das pedreiras da região de Gebel el - Silsila, em

ambas as margens do Nilo, foram utilizados na construção da maioria dos monumentos em arenito no

Alto Egipto. Foram atribuídos à formação de Qoseir, do Cretácico Superior, pertencente aos Arenitos

da Núbia. A Figura 1.10 apresenta duas pedreiras. Em ambas evidencia-se a estratificação horizontal

do maciço rochoso, aspecto relevado na Figura 1.11 referente a um conjunto de esfinges de Tebas.

(a) (b)

Figura 1.10 – Pedreiras ptolomaicas em Gebel el Silsila, nas margens Oeste (a) e Este (b) do Nilo (Fitzner

(50)

Figura 1.11 - Esfinges em arenito, evidenciando-se a respectiva estratificação (Fitzner et al., 2002).

Os templos de Abu Simbel de Ramsés II (Figura 1.12a) e Nefertari (Figura 1.12b), foram

escavados originariamente, também nos Arenitos da Núbia, na XIX Dinastia. Foram objecto de

trabalhos, considerados paradigmáticos, de uma intervenção de remoção, transporte e reimplantação

de templos acima de uma albufeira, neste caso a da barragem de Assuão. Os trabalhos referidos foram

inicíados na década de sessenta e apenas ficaram concluídos na década de oitenta do Século XX. Na

Figura 1.13 mostra-se o templo de Ísis, em Philae, objecto de uma intervenção similar à dos templos

de Abu Simbel.

(a) (b)

(51)

Contribuição para o conhecimento do efeito da cristalização de sais na alterabilidade de arenitos. Aplicação

ao património edificado de Atouguia da Baleia. 9

Figura 1.13 – Templo de Ísis em Philae, da era Ptlomaica.

A cidade de Petra na Jordânia, do período Nabateu, compreendido entre os Séculos IV A.C e II

D.C., constitui um sítio arqueológico da lista de património mundial da UNESCO. Possui mais de 800

monumentos, semi-edificados e semi-escavados segundo ICOMOS (2005), nos arenitos e siltitos das

formações Umm Ishrin e Disi, respectivamente do Câmbrico e Ordovícico (Heinrichs, 2005). Nas

Figuras 1.14 e 1.15 podem-se observar dois dos referidos monumentos.

(52)

Figura 1.15 – Mosteiro de Petra.

1.2.3 Os arenitos na Ásia

No Sudeste Asiático, na India, da lista da UNESCO, evidenciam-se os arenitos vermelhos aplicados na

construção de Agra, do período Mogul nos Séculos XVI a XVIII, nomeadamente no Forte de Agra

(Figura 1.16) e outros monumentos nas imediações do Tahj Mahal (Figura 1.17). Trata-se de arenitos

pertencentes ao Super-grupo de Vindhyan (Kate e Gokhale, 2006).

(53)

Contribuição para o conhecimento do efeito da cristalização de sais na alterabilidade de arenitos. Aplicação

ao património edificado de Atouguia da Baleia. 11

Figura 1.17 – Palácio de Jahangir – Mahal.

No Afeganistão referem-se as estátuas de Buda em Bamyan, esculpidas num maciço arenítico e

conglomerático, recentemente destruídas pelo regime Taliban.

A civilização Khmer construíu os monumentos Angkor, distribuídos pelo Cambodja e pela

Tailândia, entre os Séculos IX e XIII D.C. Numa área de cerca de 1000 km2, em redor da cidade de

Siem Reap, existem cerca de quarenta monumentos. Foram construídos essencialmente com arenitos e

laterites, (Uchida et al., 1998, 2003). Pertencem à Lista da UNESCO do património mundial desde

1992, sendo o mais divulgado Angkor Wat, entre outros, nomeadamente Phnom Krom, Ta Prohm,

Preah Khan, Banteay Kdei e Banyon. Nas Figuras 1.18 e 1.19, apresentam-se alguns aspectos de

Angkor, realçando-se as aplicação dos arenitos.

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References