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ARGAMASSAS PARA EDIFÍCIOS ANTIGOS: IMPORTÂNCIA DAS CARACTERÍSTICAS DE TRANSPORTE DE ÁGUA

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ARGAMASSAS PARA EDIFÍCIOS ANTIGOS: IMPORTÂNCIA DAS

CARACTERÍSTICAS DE TRANSPORTE DE ÁGUA

B. A. SILVA Eng.ª Civil IST Lisboa; Portugal bruna.silva@ist.utl.pt A. P. FERREIRA PINTO Prof.ª Eng.ª Civil

IST Lisboa; Portugal anapinto@civil.ist.utl.pt

A. GOMES Prof. Eng.ª Civil

IST Lisboa; Portugal augusto@civil.ist.utl.pt

RESUMO

Apesar de ser impraticável a formulação de argamassas de substituição que reproduzam integralmente argamassas antigas, é necessário evitar recorrer a argamassas com reduzido potencial de compatibilidade com os materiais pré-existentes. Das diversas variáveis que podem condicionar o desempenho das argamassas de substituição, o artigo analisa a influência da natureza do ligante, da constituição da mistura ligante e do traço em fenómenos de transferência de água. A análise é efectuada recorrendo ao estudo da estrutura porosa, da absorção de água, da cinética de secagem e da permeabilidade ao vapor de água de argamassas formuladas com cal aérea, cal hidráulica e cimento com o objectivo de inferir quanto à sua potencial compatibilidade física com os suportes antigos. Os resultados obtidos evidenciam que o incremento do conteúdo em ligante hidráulico, particularmente de cimento, reduz a potencial compatibilidade com os materiais pré-existentes devido às consequências nas características de transporte de água desencadeadas pela alteração da sua estrutura porosa, particularmente no que se refere à permeabilidade ao vapor de água.

1. INTRODUÇÃO

A aptidão de uma argamassa para reabilitação deve procurar garantir a sua compatibilidade com os materiais pré-existentes. Idealmente, a nova argamassa deverá ser o mais próxima possível da argamassa original em termos de composição, características físicas e mecânicas e aspecto visual. A maior parte dos edifícios antigos, isto é, anteriores ao advento do betão como principal material construtivo, apresenta revestimentos à base de cal aérea. Estes caracterizam-se por possuir elevada porosidade e permeabilidade à água e ao vapor de água. Contudo, devido às desvantagens inerentes à utilização de ligantes aéreos, tais como os longos períodos de presa e endurecimento e reduzida resistência mecânica inicial, e devido à perda de conhecimentos relativos à produção e aplicação destes materiais, as argamassas de cal aérea foram sendo substituídas por argamassas hidráulicas, designadamente de cimento [1][2]. A utilização de argamassas de cimento na reabilitação de edifícios antigos originou o aparecimento de diversas anomalias devido a situações de reduzida compatibilidade com os materiais antigos, por estas argamassas serem demasiado fortes e rígidas, pouco permeáveis e conterem sais solúveis [3][4][5].

A maior parte das anomalias encontra-se relacionada com a presença de água no interior dos poros da estrutura do revestimento ou do suporte, já que esta pode ser responsável pela redução da resistência mecânica, desenvolvimento de colonização biológica e cristalização de sais solúveis. Pode ainda potenciar fenómenos de perda de aderência entre o

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reboco e o suporte ao qual foi aplicado ou entre camadas de reboco quando os materiais que compõem os revestimentos e o suporte apresentam estruturas porosas e características de transporte de água pouco compatíveis entre si [6][7]. Deste modo, e apesar de ser impraticável a formulação de argamassas de substituição que repliquem as argamassas originais, é necessário evitar recorrer a argamassas com reduzido potencial de compatibilidade com os materiais pré-existentes (suporte e revestimentos antigos).

Das diversas variáveis que podem condicionar o desempenho das argamassas de substituição, o artigo analisa a influência da natureza do ligante, da constituição da mistura ligante e do traço em fenómenos de transferência de água. A análise é efectuada recorrendo ao estudo da estrutura porosa, da absorção de água, da cinética de secagem e da permeabilidade ao vapor de água de argamassas formuladas com cal aérea, cal hidráulica ou cimento, ou pela mistura destes ligantes (argamassas bastardas), com 3 anos de idade, com o objectivo de inferir quanto à sua potencial compatibilidade física com as argamassas presentes nos suportes antigos, tendo-se tomado como referência uma argamassa de cal aérea.

2. TRABALHO EXPERIMENTAL 2.1 Materiais

Os ligantes utilizados na produção das argamassas foram: cal aérea hidratada em pó, do tipo CL 90, da Calcidrata, cal hidráulica do tipo NHL 5, da Secil-Martingança (conforme a NP EN 459-1 [8]), e cimento do tipo CEM II B/L 32,5, da Secil (conforme a NP EN 197-1 [8]). Como agregados, foi utilizada uma mistura em partes iguais de areia de rio e areia amarela, cujas curvas granulométricas são apresentadas na figura 1. As areias apresentam granulometria similar, com partículas maioritariamente inferiores a 2mm, sendo a areia de rio ligeiramente mais fina do que a areia amarela (figura 1).

Figura 1: Curva granulométrica dos agregados

2.2 Formulações estudadas

As formulações estudadas foram definidas de modo a satisfazer os objectivos estabelecidos, tendo-se considerado como referência uma argamassa de cal aérea (CA), com traço volumétrico 1:3 (traço ponderal 1:8). O estudo da influência da natureza do ligante incidiu sobre argamassas com igual traço volumétrico (1:3) designadas por CA, CH1:3 e CI1:3 formuladas, respectivamente, com cal aérea, cal hidráulica e cimento.

As formulações utilizadas para o estudo da influência da constituição da mistura ligante foram definidas tendo por base a argamassa de referência (CA), com traço ponderal de 1:8, em que a massa de cal aérea foi substituída por igual massa de uma mistura ligante constituída por 50% de ligante hidráulico. Estas argamassas bastardas contendo 50% de cal hidráulica e cimento foram designadas CACH e CACI, respectivamente.

O estudo incluiu também as formulações CH e CI, formuladas com cal hidráulica e cimento, que resultaram da total 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,01 0,1 1 10 M ate ri al p assado ac u m u lad o (% ) Abertura do peneiro (mm) Areia amarela Areia de rio

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tendo resultado em argamassas com traços volumétricos de 1:5 e 1:6, respectivamente, que permitiram estudar a influência do traço volumétrico.

Todas as formulações foram produzidas com uma quantidade de água necessária à obtenção de uma consistência por espalhamento (avaliada com base nos procedimentos da EN 1015-3 [10]) de 165±2mm. A Tabela 1 apresenta o conjunto das formulações estudadas.

Tabela 1 - Argamassas estudadas

Argamassas

Proporções volumétricas Proporções ponderais Relação água/mistura

ligante Cal aérea Ligante

hidráulico Agregado Cal aérea

Ligante

hidráulico Agregado

Cal aérea CA 1 - 3 1 - 8 1,52

Cal aérea +

cal hidráulica CACH 0,63 0,37 4 0,50 0,50 8 1,43

Cal hidráulica CH - 1 5 - 1 8 1,35 CH1:3 - 1 3 - 1 4,5 0,82 Cal aérea + cimento CACI 0,65 0,35 4 0,50 0,50 8 1,37 Cimento CI - 1 6 - 1 8 1,26 CI1:3 - 1 3 - 1 4,1 0,60

O procedimento usado na produção das argamassas baseou-se no disposto na NP EN 196-1 [11]. A caracterização das argamassas, no estado endurecido, foi efectuada em provetes prismáticos com as dimensões 40x40x160 (mm), de acordo com as indicações presentes na NP EN 196-1 [11].

As condições de cura diferiram consoante o tipo de argamassa: os provetes das argamassas baseadas em cal aérea (CA, CACH e CACI) foram submetidos a cura seca (20±2ºC e 65±5% HR), de onde foram retirados aos 7 dias para se proceder à sua desmoldagem; já os provetes das argamassas hidráulicas (CH, CH1:3, CI e CI1:3) foram sujeitos a cura húmida (20±2ºC e 95±5% HR), de onde foram retirados ao fim de 24 horas para se proceder à sua desmoldagem. Após desmoldagem dos provetes, estes foram novamente colocados nas respectivas câmaras de condicionamento onde a cura prosseguiu nas condições anteriormente enunciadas até aos 3 anos de idade, idade à qual se procedeu à caracterização no estado endurecido.

2.3 Metodologias de ensaio

O estudo do espaço poroso incluiu a determinação da porosidade e dimensão média dos poros por Porosimetria por Intrusão de Mercúrio (MIP - Mercury Intrusion Porosimetry). O ensaio foi realizado por recurso a um porosímetro da marca Micromeritics, modelo AutoPore IV 9500, com uma gama de pressões de 0,345 a 229 MPa.

A absorção de água por capilaridade foi determinada com base no disposto na RILEM Test II.6 [13], em pelo menos um provete de argamassa de cada formulação.

A cinética de secagem das argamassas testadas foi avaliada com base nos procedimentos da RILEM II.5 [14] e NORMAL 29/88 [15], em pelo menos dois meios provetes (≈ 40x40x80 [mm]) de cada formulação de argamassa.

A permeabilidade ao vapor de água foi avaliada com base nos procedimentos da RILEM II.2 [16], segundo o método da célula seca, em pelo menos dois provetes de cada formulação de argamassa. O ensaio foi realizado em provetes com as dimensões 40x40x10 [mm], resultantes do corte de provetes prismáticos de argamassa. O gradiente de pressão responsável pela percolação do vapor de água foi obtido através do condicionamento do interior das células de medição, a 0% de humidade relativa, com o auxílio de cloreto de cálcio, e o exterior (recipiente) a 75% de humidade relativa usando uma solução sobressaturada de cloreto de sódio.

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3. ANÁLISE DAS CARACTERÍSTICAS DE TRANSPORTE DE ÁGUA 3.1 Estrutura porosa

A figura 2 apresenta a porosidade e a figura 3 o diâmetro médio dos poros, obtidos através de Porosimetria por Intrusão de Mercúrio (MIP) aos 3 anos de idade. A análise destas figuras permite verificar que a argamassa de cal aérea (CA) foi a que apresentou os valores mais elevados de porosidade (26%) e de diâmetro médio dos poros (4,8µm), distinguindo-se claramente das restantes no que se refere ao segundo parâmetro. De uma forma genérica, a presença de ligante hidráulico nas argamassas reduziu a sua porosidade e o diâmetro médio dos poros.

Figura 2: Porosidade obtida através de MIP das argamassas estudadas

Figura 3: Diâmetro médio dos poros das argamassas estudadas

A análise dos resultados obtidos nas argamassas bastardas (CACH e CACI) permite verificar que, muito embora a cal hidráulica e o cimento se encontrem incorporados nas argamassas com igual massa, a presença de cimento reduz de forma mais significativa a porosidade e o diâmetro médio dos poros, do que a cal hidráulica.

Por outro lado, as argamassas hidráulicas contendo maiores volumes em agregado (CH e CI) apresentam porosidades mais elevadas e poros de maiores dimensões do que as suas congéneres produzidas com traço volumétrico 1:3 (CH1:3 e CI1:3), já que a quantidade acrescida de agregado origina um maior número de poros na interface entre as partículas de agregado e a pasta (ITZ - Interfacial Transition Zone) e, consequentemente, uma argamassa menos compacta.

3.2 Absorção de água por capilaridade

A figura 4 apresenta as curvas de absorção de água por capilaridade, aos 3 anos de idade, das argamassas estudadas, a figura 5 os coeficientes de capilaridade e a figura 6 os valores assintóticos.

A análise da figura 4 permite verificar que as argamassas bastardas (CACH e CACI) revelaram cinéticas de absorção de água por capilaridade similares à da argamassa de referência (CA), apesar das diferenças em termos de porosidade e diâmetro médio dos poros existentes entre elas, figuras 2 e 3, com a argamassa bastarda de cal hidráulica (CACH) a manifestar uma cinética tendencialmente mais rápida e maior capacidade de absorção.

A análise da absorção de água por capilaridade das argamassas com igual traço volumétrico formulada com cada um dos ligantes (CA, CH1:3 e CI1:3) permite verificar a forte influência que a natureza do ligante apresenta. Ambas as argamassas hidráulicas revelaram cinéticas mais lentas do que a argamassa de cal aérea (CA), sendo esta redução muito mais pronunciada quando o ligante em causa é o cimento. Relativamente ao valor assintótico, a argamassa de cal hidráulica (CH1:3), embora menos porosa que CA, revelou maior capacidade de absorção de água, ao contrário da argamassa de

0 5 10 15 20 25 30

CA CACH CH CH1:3 CACI CI CI1:3

Por o si d ad e M IP ( % ) 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

CA CACH CH CH1:3 CACI CI CI1:3

D iâm e tr o m é d io d o s p o ro s m )

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Figura 4: Curvas de absorção de água por capilaridade das argamassas estudadas

Figura 5: Coeficientes de capilaridade das argamassas estudadas

Figura 6: Valores assintóticos das argamassas estudadas

A cinética de absorção de água por capilaridade das argamassas hidráulicas revelou-se particularmente influenciada pelo volume de agregado. As argamassas com maior volume de agregado (CH e CI) apresentaram cinéticas de absorção de água por capilaridade muito mais rápidas do que as reveladas pelas argamassas com traço 1:3, e maiores semelhanças com a argamassa de referência (CA), possivelmente devido à relevância do incremento dos poros na interface entre as partículas de agregado e a pasta (ITZ) no fenómeno da absorção de água por capilaridade.

As argamassas que absorveram água mais rapidamente nos instantes iniciais (coeficiente de capilaridade) foram as argamassas hidráulicas com menor traço volumétrico (CH e CI), seguidas das argamassas bastardas contendo 50% de ligante hidráulico (CACH e CACI). O facto de estas argamassas, com maior conteúdo hidráulico, apresentarem maiores coeficientes de absorção de água por capilaridade do que a argamassa de cal aérea (CA) deverá ter origem no seu maior volume de agregado, que origina uma estrutura mais porosa e com poros mais interconectados.

Em geral, para o mesmo teor em ligante hidráulico, as argamassas contendo cal hidráulica absorvem água por capilaridade mais rapidamente e em maior quantidade no total (valor assintótico). A excepção foi a argamassa CH1:3 que apresentou a maior absorção de água (40 kg/m2) de todas as argamassas analisadas, bastante acima da absorção registada para a

argamassa CI1:3 (21 kg/m2). 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 120 240 360 480 600 720 Δ M /S ( kg/m 2) Tempo (s1/2) CA CACH CACI 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 120 240 360 480 600 720 Δ M /S ( kg/m 2) Tempo (s1/2) CA CH CH1:3 CI CI1:3 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

CA CACH CH CH1:3 CACI CI CI1:3

Co e f. c ap ilar id ad e ( kg/m 2.s 1/2 ) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

CA CACH CH CH1:3 CACI CI CI1:3

Val o r assi n tico ( kg/m 2)

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3.3 Cinética de secagem

As figuras 7 e 8 apresentam, respectivamente, as curvas de secagem das argamassas estudadas e os correspondentes índices de secagem aos 3 anos de idade, com excepção da argamassa CH1:3 em que os valores foram determinados aos 28 dias de idade. Excluindo as argamassas hidráulicas CH1:3 e CI1:3, todas as argamassas apresentaram curvas de secagem semelhantes, mas caracterizadas por diferentes taxas de evaporação de água nas primeiras horas de ensaio. As argamassas bastardas (CACH e CACI) apresentaram cinéticas de secagem muito semelhantes à da argamassa de referência (CA), e a natureza do ligante revelou-se fortemente condicionante na cinética de secagem das argamassas CA, CH1:3 e CI1:3, comportamentos análogos aos identificados no estudo da absorção de água por capilaridade (figura 4). Ambas as argamassas hidráulicas com traço volumétrico 1:3 (CH1:3 e CI1:3) exibiram cinéticas mais lentas e claramente distintas da apresentada pela argamassa de cal aérea (CA), sendo esta redução mais marcada quando o ligante em causa é o cimento. Pelo contrário, as argamassas CH e CI apresentaram cinéticas de secagem mais próximas da revelada pela argamassa de cal aérea, com velocidades iniciais de evaporação mais rápidas, mas com maior retenção de água.

Figura 7: Curvas de secagem das argamassas estudadas

Figura 8: Índice de secagem das argamassas estudadas

Com o aumento do teor em cal hidráulica verificou-se uma ligeira diminuição do índice de secagem face ao registado para a argamassa de cal aérea. Este resultado poderá decorrer de uma maior influência do aumento do teor em agregado, que terá originado uma estrutura porosa mais interconectada facilitando a evaporação de água, do que da redução da

0 2 4 6 8 10 12 14 0 120 240 360 480 600 720 Teo r e m águ a ( % ) Tempo (h) CA CACI CACH 0 2 4 6 8 10 12 14 0 120 240 360 480 600 720 Teo r e m águ a ( % ) Tempo (h) CA CH CH1:3 CI CI1:3 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

CA CACH CH CH1:3 CACI CI CI1:3

Ín d ic e d e sec ag e m

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segundo efeito que predominou, tendo-se verificado um aumento do índice de secagem e uma secagem menos completa. Deste modo, as argamassas com cal hidráulica apresentaram cinéticas de secagem mais rápidas (menores índices de secagem) que as mesmas argamassas contendo cimento. A excepção a estes comportamentos é a argamassa CH1:3 que apresentou um índice de secagem superior ao da argamassa CI1:3 por ser uma argamassa com maior capacidade de absorção de água (figura 6) e que por isso continha um maior teor em água inicial.

3.4 Permeabilidade ao vapor de água

Os resultados obtidos para o coeficiente de permeabilidade ao vapor de água, aos 3 anos de idade, das argamassas estudadas são apresentados na figura 9. Como se pode observar, a permeabilidade ao vapor de água tende a diminuir com o aumento do conteúdo em ligante hidráulico das argamassas.

À semelhança do identificado nas características de absorção de água e cinética de secagem, a permeabilidade ao vapor de água das argamassas revelou-se fortemente dependente da natureza do ligante. Os coeficientes de permeabilidade ao vapor de água das argamassas de cal hidráulica e cimento (CH1:3 e CI1:3) obtidos corresponderam a aproximadamente 50% e 30%, respectivamente, do revelado pela argamassa de cal aérea com igual traço volumétrico (CA).

As argamassas hidráulicas com maior volume em agregado (CH e CI) apresentaram permeabilidades ao vapor acrescidas às das argamassas com traço 1:3 (CH1:3 e CI1:3) em virtude da sua estrutura mais porosa, com poros de maior dimensão que facilitam o transporte de vapor de água.

Também a constituição da mistura ligante das argamassas bastardas estudadas (CACH e CACI) condicionou fortemente a permeabilidade ao vapor de água, com a presença de cimento a reduzir de forma mais significativa a permeabilidade ao vapor de água do que a mesma quantidade de cal hidráulica.

Figura 9: Coeficientes de permeabilidade ao vapor de água das argamassas estudadas

4. CONCLUSÕES

O estudo realizado salientou a importância da natureza do ligante, ou da mistura ligante, e do traço a adoptar na formulação de argamassas de substituição para edifícios antigos, que pretendam possuir reduzido risco de não compatibilidade com os materiais pré-existentes, nomeadamente argamassas de cal aérea. O incremento do conteúdo em ligante hidráulico, particularmente de cimento, reduz a potencial compatibilidade com os materiais pré-existentes devido às consequências nas características de transporte de água desencadeadas pela alteração da sua estrutura porosa, particularmente no que se refere à permeabilidade ao vapor de água.

Os resultados obtidos evidenciam a forte influência da natureza do ligante nos fenómenos de transporte de água. Os ligantes hidráulicos originaram argamassas menos porosas, constituídas por poros de menores dimensões, com menor capacidade de absorção de água por capilaridade, menos permeáveis ao vapor de água e com cinéticas de secagem mais

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

CA CACH CH CH1:3 CACI CI CI1:3

Co e f. p e rm ab ili d ad e ao vap o r x10 -11 (k g.m -1.s -1.Pa -1)

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lentas e incompletas do que a argamassa de referência cujo ligante foi a cal aérea. Estas diferenças foram muito mais acentuadas quando o ligante hidráulico utilizado foi o cimento.

O incremento do volume de agregado na formulação de argamassas hidráulicas tende a reduzir as diferenças existentes face às reveladas pela argamassa de cal aérea, em termos de estrutura porosa e características de transporte de água. O comportamento das argamassas bastardas estudadas aponta para que a presença de ligante hidráulico tenha sido responsável por alterações na estrutura porosa, em termos de porosidade e dimensão de poros, bem como de redução da permeabilidade ao vapor de água, face à que se obtém numa argamassa exclusivamente formulada com cal aérea, sendo estas alterações mais significativas quando o cimento é utilizado. Note-se, porém, que estas argamassas bastardas manifestaram cinéticas de absorção de água por capilaridade e de secagem muito semelhantes às apresentadas pela argamassa de cal aérea.

5. REFERÊNCIAS

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[2] Elert, K., Rodriguez-Navarro, C., Pardo, E.S., Hansen, E., Cazalla, O., “Lime mortars for the conservation of historic buildings”, Studies in Conservation, 2002, 47 (1), pp. 62-75.

[3] Lanas, J, Alvarez, J.J., “Masonry repair lime-based mortars: factors affecting the mechanical behaviour”, Cement and Concrete Research, 2003, 33 (11), pp. 1867-1876.

[4] Teutonico, J.M., McCraig, I., Burns, C., Ashurst, J., “The Smeaton Project: factors affecting the properties of lime-based mortars”, Bulletin of the Association for Preservation Technology, 1994, 25, pp. 32-49.

[5] Mosquera, M.J., Benitez, D., Perry S.H., “Pore structure in mortars applied on restoration: effects on properties relevant to decay of granite buildings”, Cement and Concrete Research, 2002, 32, pp. 1883-1888

[6] Magalhães, A.C., “Patologia de rebocos antigos”. LNEC, Cadernos de Edifícios, nº 2, Outubro de 2002

[7] Gonçalves, A., Brito, J., Branco, F., “Reabilitação de Paredes de Alvenaria Revestidas”. 2.º Congresso Nacional de Argamassas de Construção, APFAC, Lisboa, 2007.

[8] NP EN 459-1 – Cal para construção - Parte 1: Definições, especificações e critério de conformidade. Instituto Português da Qualidade (IPQ), 2002.

[9] NP EN 197-1 – Cimento. Parte 1: Composição, especificações e critérios de conformidade para cimentos correntes; Instituto Português da Qualidade (IPQ), 2001.

[10] EN 1015-3 – Methods of test mortar for masonry - Part 3: Determination of consistence of fresh mortar (by flow table). European Committee for Standardization (CEN), Brussels, 1999.

[11] NP EN 196-1 – Métodos de ensaio de cimentos. Parte 1: Determinação das resistências mecânicas. Instituto Português da Qualidade (IPQ), 1996.

[12] RILEM, Test No. I.1 – Porosity accessible to water. RILEM 25-PEM – Recommandations provisoires. Essais recommandés pour mesurer l’altération des pierres et évaluer l’éfficacité des méthodes de traitement. Matériaux et Construction, Vol.13, Nº75, 1980.

[13] RILEM, Test No. II.6 – Water absorption coefficient (capillarity). RILEM 25-PEM – Recommandations provisoires. Essais recommandés pour mesurer l’altération des pierres et évaluer l’éfficacité des méthodes de traitement. Matériaux et Construction, Vol.13, Nº75, 1980.

[14] RILEM, Test No. II.5 – Evaporation curve. RILEM 25-PEM – Recommandations provisoires. Essais recommandés pour mesurer l’altération des pierres et évaluer l’éfficacité des méthodes de traitement. Matériaux et Construction, Vol.13, Nº75, 1980.

[15] Normal 29/88 – Misura dell'indice di asciugamento (drying index). Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto Centrale per il Restauro, Roma, 1991.

[16] RILEM, Test No. II.2 – Coefficient of water vapour conductivity. RILEM 25-PEM – Recommandations provisoires. Essais recommandés pour mesurer l’altération des pierres et évaluer l’éfficacité des méthodes de traitement. Matériaux et Construction, Vol.13, Nº75, 1980.

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