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1 - Introdução
Desde sempre que a pedra é utilizada pelo homem para a construção de edifícios, pontes, estradas, aquedutos, túmulos, entre outras edificações. A escolha e utilização deste material construtivo era essencialmente feita com base nos recursos geológicos que existiam nas proximidades da estrutura que se pretendia criar. As vias e os meios de transporte disponíveis não facilitavam a comercialização deste material para locais muito distantes das zonas de extracção, e assim, em várias localidades as construções serão representativas do tipo de afloramentos que ocorriam em determinada região.
“Desde muito tempo que são conhecidos os marmores «brechas d´Arrabida», mas a sua dificuldade de exploração em consequencia dos maus caminhos que conduzem á serra, tem limitado
muito o seu emprego.” Sousa, F.L.P. [1]
Pela proximidade deste recurso à cidade de Setúbal, a “Brecha da Arrábida” vai ser utilizada com grande intensidade na construção dos seus edifícios, monumentos e outras estruturas arquitectónicas (como se pode verificar pelo levantamento fotográfico efectuado neste trabalho). Destaca-se, a título exemplificativo: o Convento de Jesus (fig.1), a Igreja de St.a Maria da Graça, a Porta do Sol1 (fig.2) e o Forte de São Filipe, em Setúbal; o túnel do Quebedo e os muros do caminho-de-ferro entre a estação de Setúbal e a do Quebedo; Ruínas Romanas, em Troía; o Moinho de Maré, na Mourisca (fig.3); elementos arquitectónicos do Palácio da Quinta da Bacalhoa, em Vila Fresca de Azeitão, entre outros.
Fig.1 - Convento de Jesus, Setúbal.
Fig.2 - Porta do Sol, Setúbal. Fig.3 - Moinho de Maré, Mourisca.
Para além da função estrutural, foi também utilizada dentro e fora do país, como elemento decorativo [1,2]. Destaca-se a decoração de mobiliário e a decoração de fachadas de edifícios. Com esta pedra, objectos com funções específicas adquirem um forte valor ornamental. Evidenciam-se as pias baptismais (fig.4), as pias de água benta (fig.5), objectos funerários (fig.6) e pelourinhos.
Fig.4 - Pia Baptismal. Igreja de São Lourenço, Azeitão.
Fig.5 - Pia de Água Benta. Ermida das
Necessidades, estrada de Azeitão. Fig.6 Santiago, Palmela. - Arca ossário. Igreja de
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Da observação atenta de alguns monumentos e elementos arquitectónicos, verifica-se que as patologias geralmente ocorrentes na “Brecha da Arrábida” são a perda de material sob a forma de pulverização e desagregação granular (fig.7) e os destacamentos sob a forma de placas e plaquetas (figs. 7 e 8). O decaimento deste material, que ocorre predominantemente na matriz e no cimento, promove a perda da função aglomerante dos clastos, originando o destacamento dos mesmos. Já Sousa [1] referia como principal fenómeno de alteração desta rocha a degradação da matriz calcária- -argilosa, que ocorria apenas em determinados tipos de brecha e após vários anos de exposição à meteorização.Para além do decaimento da pedra, a deterioração das argamassas antigas utilizadas nos edifícios de alvenaria em “Brecha da Arrábida” é também muito frequente (fig.9), facilitando a entrada de água na estrutura e a eventual ocorrência de fenómenos de alteração indesejáveis.
Fig.7 - Desagregação granular e placa. Igreja de St.a Maria da
Graça, Setúbal.
Fig.8 - Placa. Forte de São Filipe,
Setúbal. Fig.9de St. - Junta não funcional. Igreja a Maria da Graça, Setúbal.
As informações acerca do tipo de argamassas utilizadas nas construções de alvenaria em “Brecha da Arrábida” são escassas. Através do sistema de informação da DGEMN [3], encontraram-se algumas referências a edifícios e outras estruturas arquitectónicas, em que, para além de outros materiais e sistemas construtivos, foi utilizada alvenaria de pedra “Brecha da Arrábida” e cal (Forte do Portinho da Arrábida, Ruínas da Fábrica de Peixe do Creiro, Ruínas Romanas de Tróia e Convento de Capuchos de Alferrara, pertencentes ao Distrito de Setúbal). A caracterização das argamassas romanas da estação arqueológica de Tróia [5], com ligantes à base de cal aérea e agregados de diferente natureza e proporções (areia siliciosa, rochas partidas de natureza calcária e dolomítica e também fragmentos de material cerâmico) e a análise da construção do Convento de Nossa Senhora do Carmo, em Setúbal, efectuada por Neto [4], foram importantes fontes. No último caso, não só é referenciada a utilização da “Brecha da Arrábida” e de argamassas à base de cal e areia, como é mencionada a possível proveniência das matérias-primas daquela região: a cal era extraída do calcário existente na Serra da Arrábida (confirmação dada pela existência de antigas pedreiras que eram exploradas para cantaria, alvenaria e fabrico de cal [1]); a areia estava disponível nas próprias praias de Setúbal e Tróia [4].
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Enquadramento geográfico e geológico da "Brecha da Arrábida"A “Brecha da Arrábida” em termos faciológicos e estéticos é única em Portugal. É um conglomerado carbonatado polimítico, constituído por uma matriz argilosa vermelha que resulta de um fenómeno geológico de extrema relevância, do ponto de vista científico, representativo da evolução das bacias marginais da fachada ocidental da Ibéria [6]. Provém de uma formação do Jurássico Superior, localizada na Serra da Arrábida, onde existem várias zonas de afloramentos [7]. Esta pedra foi explorada até à década de 70 do Séc. XX, altura em que foram criadas a Reserva da Serra da Arrábida2 e posteriormente o Parque Natural da Arrábida3. Com o encerramento das pedreiras, as construções e estruturas realizadas neste material pétreo ficaram valorizadas.
De acordo com Sousa [1], existem na Serra da Arrábida vestígios de antigas pedreiras de onde poderiam ter sido extraídas estas rochas: junto ao Casal do Desembargador; no Calhariz; no Monte e Casal do Risco; no Monte de Jaspe e no Vale de El Carmen (Anexo 1). Segundo a Carta Geológica da região de Setúbal [7], antes da criação do Parque Natural da Arrábida, a “Brecha da Arrábida” era explorada nas zonas onde existiam afloramentos; destacando-se o Calhariz, as Terras do Risco e o Corte do Fojo. A identificação e descrição dos locais de afloramento de conglomerados encontram-se na tabela em anexo (Anexo 2).
A “Brecha da Arrábida” é o nome usualmente utilizado para designar a aplicação da pedra, com aparência semelhante à das figuras 10 e 11, como material ornamental e de construção. Pela análise macroscópica das pedras utilizadas no património cultural móvel e edificado na região de Setúbal, observa-se que correspondem, na maioria dos casos, a conglomerados do tipo pudim4 e não a brechas. De acordo com a classificação textural, os conglomerados são classificados em pudins, quando predominam os detritos arredondados ou em brechas, quando predominam os detritos angulosos (fig.12) [8-10]. Dependendo dos autores [11-13], o termo pudim não é utilizado por não ser correcta esta designação na terminologia geológica portuguesa, nestes casos é utilizado o termo conglomerado.
Fig.10 - Aplicação da “Brecha da
Arrábida”, Setúbal. Fig.11 - Aplicação da “Brecha da Arrábida”, Setúbal.
Fig.12 - Conglomerado: a) brecha; b) pudim.
O conglomerado é uma rocha sedimentar detrítica (também designada terrígena ou clástica), que resulta da consolidação de elementos detríticos provenientes de outras rochas [8,10-12]. O termo conglomerado advém deste ser constituído por detritos com diâmetros variáveis, mas maioritariamente superiores a 2 mm. A classificação dos conglomerados baseia-se na composição mineralógica dos ruditos (detritos superiores a 2 mm) também designados como balastros ou psefitos, na da matriz (detritos compreendidos entre os 2 e 0,00025 mm) que tem por objectivo
2 Decreto-Lei nº 55/71 de 16-08-1971. 3 Decreto-Lei nº 622/76 de 28-07-1976.
4 Termo que poderá ter sido adaptado da palavra “puddinggstones”, que os autores ingleses utilizavam para designar os
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preencher os espaços entre os ruditos e na do cimento, que aglutina todo o conjunto de detritos [8,11,13-15]. O cimento é constituído por minerais formados na bacia de sedimentação (logo após a deposição ou durante a diagénese) e podem ser silicatos (principalmente quartzo, opala, feldspatos, zeólitos e calcedônia), carbonatos (principalmente calcite, aragonite, dolomite e sederite), óxidos de ferro (hematite, limonite e goetite) e sulfatos (anidrite, gesso, barite e celestite) [11,14].Argamassas de cal utilizadas na reparação de edifícios de alvenaria
Foi possível apurar que vários edifícios, monumentos e outras estruturas arquitectónicas contendo “Brecha da Arrábida”, foram alvo de intervenções de conservação e restauro ao longo da sua história. Da pesquisa efectuada neste trabalho, não foram encontrados estudos acerca do tipo de materiais utilizados nessas intervenções, nem referências ao seu desempenho.
Com o objectivo de preservar a autenticidade do património edificado, os materiais a utilizar em intervenções de conservação devem respeitar o aspecto formal e os materiais originalmente utilizados [16,17]. Tendo em conta que a época de construção da maioria dos edifícios, monumentos e estruturas arquitectónicas em “Brecha da Arrábida” é anterior ao Século XVII, e que nesta época o ligante predominante era à base de cal aérea [3,5,16-20], considera-se adequada a escolha de argamassas de cal aérea para a realização deste estudo.
Segundo alguns autores [21,22], as intervenções de reparação superficial com argamassas devem ter como função o preenchimento de lacunas, fracturas e fissuras, de modo a proporcionar uma cobertura de protecção do material pétreo. Devem atrair para si mesmas a humidade e sais solúveis (a deterioração deve ocorrer em primeiro lugar neste material e não na pedra). As argamassas de reparação podem desempenhar várias funções utilizando os mesmos agregados e o mesmo ligante, variando apenas o traço e a granulometria dos agregados (Anexo 3). A escolha dos ligantes e agregados, bem como o traço, vão influenciar o comportamento e aparência das argamassas, nomeadamente a cor, a textura, a porosidade e a resistência mecânica [21].
Devido aos resultados insatisfatórios da utilização de argamassas à base de cimento e materiais poliméricos, assiste-se na actualidade ao retomar dos materiais e técnicas tradicionais, nomeadamente à utilização de argamassas à base de cal aérea [18-20,22-25]. O endurecimento das argamassas de cal aérea ocorre apenas por carbonatação, que resulta da reacção do hidróxido de cálcio, ou portlandite (Ca(OH)2) com o dióxido de carbono atmosférico (CO2) formando carbonato de cálcio, ou calcite (CaCO3) composto menos solúvel e com maior resistência. O processo de carbonatação pode ser dividido por 4 fases: a) difusão do CO2 gasoso através dos poros da argamassa; b) dissolução do CO2 gasoso na água existente no interior dos poros; c) dissolução do Ca(OH)2 na água existente no interior dos poros e por último a reacção química entre os compostos dissolvidos com a precipitação do CaCO3 [18,19].
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peneiradas e classificadas de acordo com a granulometria correspondente), areias, assim como também podem ser introduzidos aditivos [16,21,22]. A granulometria do agregado é escolhida em função da porosidade e homogeneidade da pedra. A reparação de materiais compactos requer a utilização de agregados mais finos e com um intervalo granulométrico pequeno; para os materiais mais porosos são necessários agregados mais heterogéneos, com dimensões médias maiores, que traduzem uma curva granulométrica com maior intervalo [21].Para este trabalho optou-se pela utilização de uma areia amarela siliciosa (monogranular) de areeiro. Devido à heterogeneidade e coloração avermelhada da “Brecha da Arrábida”, foram também utilizados barro cozido triturado “cocciopesto” e partículas de tijolo vermelho, com o objectivo de criar uma argamassa com aparência e textura próxima à da pedra. A utilização dos materiais cerâmicos deveu-se a razões estéticas, porém, a aplicação de materiais cerâmicos na cal é reconhecida por melhorar as propriedades mecânicas das argamassas de cal aérea [17,26-28]. A matéria-prima de que são constituídos os materiais cerâmicos de barro vermelho (argilas, grãos de quartzo, feldspatos e outras impurezas) se for cozida a temperaturas inferiores a 900 ºC pode apresentar propriedades pozolânicas. As pozolanas são materiais à base de sílica e alumina amorfa, que se combinam na presença de água com o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) para formar silicatos e aluminatos de cálcio hidratados. Deve-se ter em conta que para ocorrer este tipo de reacção certos requisitos devem estar reunidos: a natureza da matéria-prima deve ser constituída por sílica e alumina (que serão mais reactivas quanto mais afastada estiver a estrutura do estado cristalino); a temperatura de cozimento deve ser inferior a 900 ºC; e o material deve ser utilizado em granulometrias muito finas (<0,01 mm) [19,28,30]. Várias publicações fazem referência à utilização deste tipo de materiais em construções antigas [17,19,27-30] e em acções de conservação actuais [17-19,24,31].
Compatibilidade na reabilitação de edifícios de alvenaria
A utilização de argamassas de reparação em trabalhos de conservação é por vezes desadequada e desastrosa (figs.13-15). Para evitar estas situações, qualquer intervenção deve seguir os princípios vigentes nas cartas e recomendações internacionais e considerar a utilização de materiais compatíveis, no sentido de respeitar e preservar o valor histórico, estético e as propriedades físicas, químicas e mecânicas dos materiais originais.
Figs.13-15 - Intervenções realizadas em diferentes edifícios de alvenaria em “Brecha da Arrábida”.
“an intervention or a treatment shall not cause damage (technical or aesthetical) to the historic material. The intervention or the new material must be as durable as possible.”
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Conceitos como intervenção mínima e retratabilidade devem também ser tidos em conta. Numa intervenção de conservação vários são os factores que determinam o modo de actuação e o resultado final da obra. Rodrigues [32] destaca as características físicas dos materiais a utilizar; o contexto operacional da obra; o contexto socio-cultural e por último as condicionantes ambientais. Tratando-se de um trabalho de investigação que recai principalmente sobre a componente laboratorial, apenas os conteúdos físicos das argamassas serão analisados neste estudo de compatibilidade com a “Brecha da Arrábida”. Resumido a apenas um grupo de variantes, importa dentro deste, saber quais são os aspectos intrínsecos que podem influenciar o comportamento das argamassas. O desempenho das argamassas é principalmente influenciado pelas características da própria microestrutura e vários são os factores que estão implicados na sua variação [31,33]. Destacam-se principalmente: as características dos componentes utilizados; a proporção com que os componentes são misturados; as técnicas de preparação; o processo de cura; os procedimentos de aplicação e o suporte sobre o qual são aplicadas as argamassas. Dos aspectos mencionados apenas vão ser estudados os dois primeiros, por serem aqueles que mais facilmente conseguem ser estudados tendo em conta o tempo disponibilizado para a realização deste estudo.A compatibilidade das argamassas de reparação requer o cumprimento de vários requisitos, relativamente ao substrato de alvenaria e às exigências requeridas para a função que irá desempenhar. Segundo Veiga [16] e Henriques [34], destacam-se principalmente: resistência mecânica suficiente, sempre inferior ao substrato; módulo de elasticidade suficiente, com capacidade de se deformar quando sujeito a tensões; resistência suficiente à penetração de água, devendo evitar a entrada de água proveniente do exterior mas permitir o acesso à que vem das fundações por capilaridade; elevada permeabilidade ao vapor de água; facilidade de secagem; estrutura porosa com predominância de pequenos poros; aspecto semelhante na cor, textura e brilho.
2 - Materiais e métodos
2.1 - A "Brecha da Arrábida"As amostras utilizadas neste trabalho são provenientes de blocos abandonados que foram removidos durante uma escavação arqueológica que decorria no Convento de Jesus, em Setúbal. Dependente do tamanho e da quantidade de blocos coligidos, foram preparadas vinte amostras cúbicas (com dimensões 5×5×5 cm3), onde se realizaram todos os ensaios à excepção do ensaio de resistência à compressão uniaxial (realizado em apenas dez provetes) e do ensaio de permeabilidade ao vapor de água (efectuado em dez prismas com dimensões 5×5×1 cm3). Dez lâminas delgadas foram também preparadas para a análise petrográfica (quatro com dimensões 40×25 mm2 e seis com 50×40 mm2).
2.2 - Argamassas de reparação
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descrição mais detalhada dos agregados encontra-se no Anexo 5. Todas as matérias-primas utilizadas são de origem industrial.A primeira mistura de agregado é constituída por areia, “cocciopesto” e partículas de tijolo vermelho (nas proporções 1:1:2 em massa). Na segunda mistura as partículas de tijolo foram substituídas por areia (2:1). Com base nos valores ponderais, determinaram-se os traços volumétricos de ambas as misturas 1:1:1,4 e 1,9:1, respectivamente. Para cada composição foram produzidos seis provetes prismáticos (com dimensões 4×4×16 cm3) e três cilíndricos (com dimensões π×9,52/4×1 cm3). Os códigos utilizados para designar as argamassas foram: A - primeira mistura de agregado: B - segunda mistura de agregado (sem as partículas de tijolo); L - cal aérea hidratada em pó; P - cal aérea hidratada em pasta; 2 - traço ligante:agregado 1:2 e 3 - traço ligante:agregado 1:3.
2.3 - Métodos de caracterização e análise
Utilizaram-se várias técnicas de exame e análise com o objectivo de caracterizar os materiais em estudo, assim como foram realizados vários ensaios físicos e mecânicos no sentido de identificar as propriedades da “Brecha da Arrábida” e avaliar o comportamento das diferentes argamassas elaboradas experimentalmente.
2.3.1 - Análise e caracterização da “Brecha da Arrábida”
O estudo da “Brecha da Arrábida” iniciou-se pela análise petrográfica (EN 12407); passando para a análise química (com uma solução de ácido clorídrico a 37 %), para determinar a fracção de rocha não carbonatada; análise mineralógica por difracção de raios X (DRX), para complementar a análise petrográfica na identificação dos principais constituintes mineralógicos e por último pela análise colorimétrica (parâmetros CIELab).
As principais propriedades físicas e mecânicas foram determinadas pelos ensaios de porosidade total e aberta, massa volúmica real e aparente (EN1936; RILEM I.1 e RILEM I.2), absorção de água por capilaridade (EN1925; RILEM II.6 e RILEM 25), absorção de água à pressão atmosférica (NFB-10-504 e RILEM II.1), índice de secagem (Fe07 [35]), permeabilidade ao vapor de água (Fe05 [35]) e resistência à compressão uniaxial (EN 1926). Os ensaios foram realizados tendo em consideração a estratificação horizontal dos sedimentos. Uma descrição mais detalhada dos materiais utilizados e dos procedimentos adoptados em cada técnica de análise e em cada ensaio encontra-se no Anexo 6.
2.3.2 - Análise e caracterização das argamassas de reparação
Os ensaios das argamassas de reparação, utilizadas na conservação de edifícios antigos, foram efectuados segundo as adaptações dos procedimentos internacionais, realizadas por Henriques [35]. O estudo começou por uma análise preliminar aos materiais escolhidos para o fabrico das argamassas. Efectuou-se uma análise granulométrica ao agregado, determinou-se a baridade do agregado e da cal em pasta (Fe15 [35]), o volume de vazios e massa volúmica das duas misturas (Fe30 [35]) e por último determinou-se o teor de água existente no ligante de cal em pasta. Os resultados representam a média de três ensaios.
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Para o estudo das argamassas endurecidas efectuou-se: a sua observação à lupa binocular, para caracterizar a microestrutura; análises de porosimetria de mercúrio, para determinar a distribuição do volume dos poros abertos (de acordo com a sua dimensão); análises mineralógicas por difracção de raios X (DRX), para avaliar a formação de compostos hidráulicos pela utilização do “cocciopesto”; análises químicas (com uma solução de fenolftaleína a 0,5 %), para avaliar a fracção carbonatada (Fe28 [35]) e por último análises colorimétricas.As propriedades físicas e mecânicas foram avaliadas pelos ensaios de porosidade aberta e massa volúmica (Fe01 e Fe02 [35]), absorção de água por capilaridade (Fe06 [35]), determinação do coeficiente de saturação (RILEM II.1), índice de secagem (Fe07 [35]), permeabilidade ao vapor de água (Fe05 [35]), módulo de elasticidade dinâmico (Fe08 [35]), resistência mecânica à tracção por flexão e resistência à compressão uniaxial (Fe27 [35]). Os resultados destes ensaios representam a média de três amostras para cada argamassa, exceptuando nos ensaios de determinação do módulo de elasticidade dinâmico e da resistência mecânica de tracção por flexão, onde foram utilizadas seis amostras. Uma descrição mais detalhada dos materiais utilizados e dos procedimentos efectuados em cada técnica de análise e em cada ensaio encontra-se no Anexo 7. As datas em que foram efectuadas as análises e os ensaios encontram-se na tabela do Anexo 8.
3 - Resultados e Discussão
3.1 - Análise e caracterização da "Brecha da Arrábida"
3.1.1 - Análise petrográfica: as amostras estudadas (Anexo 9) correspondem a um conglomerado oligomítico pela predominância de detritos rolados a sub-rolados de natureza carbonatada, com 60-80 % de ruditos relativamente a uma matriz essencialmente arenosa. A distribuição dos detritos é fraca a muito fraca (polimodal) e são suportados pela matriz (paraconglomerado). A cor rosada/avermelhada desta rocha é dada principalmente pela presença de detritos vermelhos, cinzentos, creme e também amarelos, cinzentos e vermelho escuro. Foi identificada uma deposição preferencial dos detritos (foi denominada de estratificação horizontal).
Pela observação das lâminas ao microscópio óptico (Anexo 10), verificou-se que os ruditos são constituídos principalmente por carbonatos, sob a forma de micrite, esparite, bioclastos (biomicrite e bioesparite), pelóides (pelmicrite) e por minerais argilosos (fig.16). Refira-se que em alguns ruditos, observou-se a recristalização parcial da micrite por mosaicos de esparite e impregnações de óxidos de ferro (fig.16 b)). A matriz é constituída pelos mesmos componentes dos ruditos com prevalência pela micrite e esparite (fig.16 b)). Detritos de quartzo e quartzito também foram observados. A natureza do cimento é essencialmente carbonatada (micrite e esparite) (figs.16 a) e b)), com elevado teor em óxidos de ferro, reconhecidos pela cor castanha que aparece, na maioria das vezes a rodear os detritos (fig.16 d)).
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a) feixe de luzcruzado, lâmina 1. Ruditos micríticos rodeados por cimento esparítico.
b) feixe de luz paralelo, lâmina 2. Matriz com detritos micríticos e com
precipitações de esparite. Rudito com precipitado esparítico e elevado teor em óxidos de ferro.
c) feixe de luz cruzado, lâmina 3. Rudito biomicrítico rodeado por uma matriz arenítica de origem carbonatada.
d) feixe de luz cruzado, lâmina d. Ruditos micríticos, esparíticos e com teores de argila, rodeados por um cimento
constituído por óxidos de ferro.
Figura 16 - Lâminas delgadas ao microscópio óptico, com luz polarizada e ampliação de 50x.
3.1.2 - Análise química (fracção carbonatada): verificou-se que as amostras de “Brecha da Arrábida” são essencialmente carbonatadas. Os ruditos apresentam sensivelmente 0,8 % de material não carbonatado e a matriz/cimento cerca de 6,3 % (Anexo 11). O material insolúvel ao ácido clorídrico corresponderá a sílica e silicatos não hidráulicos [37].
3.1.3 - Análise mineralógica: com base nos resultados das análises difractométricas (DRX) às amostras de matriz/cimento da “Brecha da Arrábida” (Anexo 12), construiu-se a tabela 1.
Tabela 1 - Composição mineralógica das amostras determinada por DRX.
Face aos resultados obtidos, a composição da matriz/cimento é essencialmente carbonatada devido à abundância da calcite. Os óxidos de ferro, também observáveis no microscópio mostraram tratar-se de hematite. A presença do quartzo também foi comprovada nas amostras a), b) e c), o que justifica a presença das areias observadas ao microscópio óptico. Dos minerais argilosos identificados destaca- -se a caulinite por estar presente em todas as amostras, ainda que de forma vestigial. A ilite também foi identificada em apenas uma das amostras. As dimensões que caracterizam estes minerais dificultam a sua observação ao microscópio. O mineral pseudorrútilo também foi identificado, de modo
Compostos identificados Amostras da matriz/cimento da “Brecha da Arrábida”
a) b) c) d)
Calcite [CaCO3] MA MA MA V
Hematite [Fe2O3] V V V V
Quartzo [SiO2] P P P -
Caulinite [Al2Si2O5(OH)4] V V V P
Pseudorrútilo [Fe2Ti3O9] V V V -
Ilite [(K,H3O)Al2Si3AlO10(OH)2] - - - V
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vestigial, em três das amostras. Este surge da alteração do mineral ilmenite (Fe, Mg, Mn)TiO3, que costuma estar presente nos sedimentos detríticos [38].3.1.4 - Análise colorimétrica: das análises colorimétricas obtiveram-se os seguintes resultados (Anexo 13) L* 64 ± 3; a* 5 ± 2; e b* 8 ± 3, de onde se concluí que a pedra é clara e a cor é pouco saturada. Os valores positivos a* e b* indicam que a tonalidade está entre o vermelho e o amarelo. O alto coeficiente de variação observado, a* 30 % e b* 35 % revela a heterogeneidade da pedra dada pelas diferentes colorações dos detritos. O coeficiente de variação de 5 % do parâmetro L* não é considerado significativo.
3.1.5 - Caracterização física e mecânica: apresenta-se na tabela 2 o resumo dos resultados obtidos.
Tabela 2 - Resultados dos testes físicos e mecânicos realizados na “Brecha da Arrábida”.
P.C. [CIELab]
P.A. [%]
D.R.; D.A. [kg/m3]
T.M.A.A. [%]
A.A.P.A. [%]
C.S. [%]
C.C. [kg/m2.s0.5]
A.A.C. [kg/m2]
I.S. [-]
P.V.A. [kg/m.s.Pa]
R.C. [MPa] L*64 ± 3
a*5 ± 2 b*8 ± 3
1,9 ± 0,3
2707 ± 6 2654 ± 8
0,7 ± 0,1
0,6 ± 0,1
86 ± 10
0,002
± 0,0003 ± 0,1 0,7
0,030 ± 0,005
4,72x10-12
± 2,04x10-12 ± 20,76 94,15
P.C: parâmetros de colorimetria; P.A.: porosidade aberta; D.R.: densidade real; D.A.: densidade aparente; T.M.A.A.: teor máximo de absorção de água; A.A.P.A.: absorção de água à pressão atmosférica (por imersão durante 48h); C.S.: coeficiente de saturação; C.C.: coeficiente de capilaridade; A.A.C.: valor assintótico da absorção de água por capilaridade; I.S.: índice de secagem; P.V.A.: permeabilidade ao vapor água; R.C.: resistência à compressão.
A porosidade aberta desta rocha pode classificar-se como média/baixa, de acordo com a classificação de rochas ornamentais proposta por Pinto [39]. Os valores de densidade real e densidade aparente indicam que esta rocha tem uma densidade média/alta [39]. Ainda deste ensaio determinou-se o teor máximo de absorção de água que ronda os 0,7 ± 0,1 %.
A determinação da absorção de água à pressão atmosférica foi de 0,6 ± 0,1 % e é considerado como um estado de equilíbrio de saturação que esta rocha atingiria em meio natural [12]. Compreende-se que a absorção de água a pressão atmosférica seja inferior à absorção de água realizada sob vácuo, visto que é mais difícil preencher poros que estejam ocupados com ar do que poros onde este tenha sido previamente removido. Comparativamente a outras rochas ornamentais, a “Brecha da Arrábida” tem uma capacidade média de absorver água à pressão atmosférica [39]. Os coeficientes de variação de 16 % e 18 % nos ensaios anteriores, revelam a heterogeneidade da pedra na medida em que diferentes amostras do mesmo material têm diferentes capacidades de absorver a água. Através dos teores de absorção de água em diferentes condições atmosféricas determinou-se o coeficiente máximo de saturação. Este resultado (86 ± 10 %) indica que a pedra em condições atmosféricas normais não consegue preencher na totalidade o volume de vazios.
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corresponde a 43 % da capacidade total de absorção da rocha, dada pelo valor assintótico. Na segunda fase, a absorção apresenta um comportamento mais linear (de 104 √s a 449 √s). No final desta etapa (terceira fase), considerou-se que a rocha atingiu a total capacidade de absorver água, visto que ocorreu uma redução na absorção. A média da absorção de água das 19 amostras ensaiadas foi de 0,7 ± 0,1 kg/m2, e corresponde a uma capacidade de absorção de água por capilaridade muito baixa. O coeficiente de capilaridade foi considerado no intervalo 1 – 449 √s e o valor médio foi 0,002 ± 0,0003 kg/m2.√s, o que confirma a embebição capilar muito baixa desta rocha. Os coeficientes de variação de 15 % (A.A.C.) e 18 % (C.C.) são significativos, pois revelam a capacidade das amostras absorverem mais ou menos água ao longo do tempo; destacam-se valores mínimos e máximos de 0,529 kg/m2 e 0,963 kg/m2.Figura 17 - Absorção de água por capilaridade. Figura 18 - Curva de evaporação.
Nos gráficos apresentados no Anexo 15 e representados pela figura 18, observa-se que todas as amostras possuem velocidades de evaporação muito semelhantes, a comprovar pelo índice de secagem obtido (0,03 ± 0,005). O coeficiente de variação de 16 % poderá estar relacionado com os teores máximos de absorção de água de cada amostra, no início do ensaio, e os teores de água obtidos no final do ensaio. O teor de água mantém-se próximo dos 0,1 % porque o peso seco das amostras foi efectuado a 60 ºC, e com as condições ambientais em que decorreu o ensaio 17 ± 1,8 ºC e 68 ± 6,2 % Hr, a evaporação total não poderia ser alcançada. Comparativamente a outros trabalhos [40], apesar da baixa porosidade, esta rocha não parece apresentar dificuldades em secar, pelo menos quando a evaporação decorre através das seis faces do provete.
Os resultados do ensaio de permeabilidade ao vapor de água, também pela comparação com outros materiais pétreos [40], permitem afirmar que esta rocha apresenta uma média capacidade de transportar vapor de água (4,72 x 10-12 ± 2,04 x 10-12 kg/m.s.Pa).
O valor médio de resistência à compressão foi de 94,15 ± 20,76 MPa, com um coeficiente de variação de 22 %. Este valor vem mais uma vez revelar a heterogeneidade da rocha dada pela quantidade, tamanho e organização dos clastos. Esta rocha apresenta uma resistência à compressão média quando comparada com outras rochas ornamentais [39].
3.2 - Análise e caracterização das argamassas de reparação
3.2.1 - Estudo preliminar dos materiais utilizados no fabrico das argamassas
Tendo por base um estudo que visou avaliar a influência da microestrutura morfológica no comportamento das argamassas [33], onde foram utilizados diferentes ligantes (incluindo cal aérea) e
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8
0 100 200 300 400 500 600
A
bs
or
çã
o
de
Á
gu
a
[k
g/
m
2]
Tempo [ s]
Média de 19 amostras
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
0 100 200 300 400
T
eo
r
de
Á
gu
a
[%
]
Tempo [h]
12
agregados com diferentes granulometrias e misturas de areias, adoptou-se para este trabalho a preparação de uma argamassa que correspondesse às características de uma argamassa de cal aérea realizada com uma mistura de areias. Esta argamassa apresentou resultados bastante satisfatórios nos ensaios físicos e mecânicos (baixo coeficiente de capilaridade e baixo teor de absorção de água, com valores de resistência mecânica suficientes), pelo que se tentou a aproximação dos valores numéricos do agregado utilizado nessa argamassa.Definidos os objectivos, o estudo começou pela análise granulométrica do agregado (figura 19), e pelo estudo de diferentes misturas de agregado (areia, “cocciopesto” e partículas de tijolo vermelho). Optou-se pela escolha do traço 1:1:2 em massa (mistura do agregado A) por ter apresentado valores numéricos muito próximos aos do agregado padrão (tabela 3). A elaboração de uma segunda mistura sem as partículas de tijolo (mistura do agregado B), levou a que se considerasse o traço 2:1 em massa. A análise granulométrica desta mistura (figura 20) teve por objectivo manter as dimensões superior e inferior próximas às do agregado padrão.
Figura 19 - Curva granulométrica
da mistura do agregado A. Figura 20da mistura do agregado - Curva granulométrica B.
Pode-se verificar pela análise da tabela 3 que a mistura A apresenta uma dimensão granulométrica média mais alta, o que significa que é constituída por partículas com maiores dimensões do que a mistura B. As dimensões extremas de cada mistura são muito semelhantes, o que significa que têm quase as mesmas dimensões de partículas grossas e finas. A mistura B apresentou um valor mais alto de abrangência relativa, relativamente à mistura A e ao agregado padrão. Maior abrangência corresponde à existência de um maior número de fracções granulométricas que pode resultar num melhor arranjo e compactação do agregado produzindo menor volume de vazios. A homogeneidade de ambas as misturas mostra que têm predominância das partículas com dimensão inferior à média ponderada. A mistura B, por ter um valor mais baixo, apresenta uma distribuição menos homogénea da granulometria com preponderância para partículas mais finas.
Tabela 3 - Caracterização dimensional das misturas A e B e do agregado padrão [33].
Dmp[mm] d(95) [mm] d(5) [mm] Ar[adim.] H [adim.]
Agregado padrão 0,80 2,08 0,09 2,5 0,6
Mistura do agregado A 0,79 2,02 0,09 2,4 0,6
Mistura do agregado B 0,53 2,13 0,07 3,9 0,3
Dmp: dimensão média ponderada; d(95): dimensão superior; d(5): dimensão inferior; Ar: abrangência relativa; H: homogeneidade. 0
20 40 60 80 100
0,0 0,1 1,0 10,0
P
as
sa
do
A
cu
m
ul
ad
o
[%
]
Malha [mm]
Mistura A Par. tij. verm.
Areia Cocciopesto
0 20 40 60 80 100
0,0 0,1 1,0 10,0
P
as
sa
do
A
cu
m
ul
ad
o
[%
]
Malha [mm]
13
Outros parâmetros físicos dos agregados, das misturas e dos ligantes foram estudados (tabela 4). A diferença entre os valores de baridade das partículas de tijolo vermelho, comparativamente aos restantes agregados, revela um pior arranjo dos grãos devido à forte angulosidade originando um maior volume de vazios (Anexo 5). Pela observação dos valores de volume de vazios, a mistura de agregado B apresenta um volume de vazios ligeiramente inferior relativamente à mistura A (menos 5 %). Este resultado está em consonância com o valor mais elevado da baridade e com o que se observou no parâmetro de abrangência relativa da curva granulométrica, que ao apresentar uma maior distribuição granulométrica apresentaria uma melhor acomodação das partículas e a produção de menos espaços vazios.Tabela 4 - Características físicas dos materiais utilizados no fabrico das argamassas.
Baridade [g/cm3] Volume de vazios [%] M.V.A. [g/cm3] Teor de água [%]
Agregados individuais
Areia 1,34 ± 0,00 - - -
“Cocciopesto” 1,28 ± 0,01 - - -
Part. tij. verm. 0,93 ± 0,00 - - -
Misturas de agregados
A 1,20 ± 0,03 51± 1 2,6 ± 0,3 -
B 1,38 ± 0,01 46 ± 0 2,5 ± 0,0 -
Ligantes L 0,36 ± 0,01 - 0,5 ± 0,0 -
P 1,35 ± 0,00 - - 53 ± 0
M.V.A.: massa volúmica aparente; -: não determinado.
De acordo com Margalha [41], para um traço 1:3 de ligante:areia (em volume), a percentagem de volume de vazios devia aproximar-se de 30 %, visto que um traço eficaz deve procurar que todos os vazios da areia sejam preenchidos pelo ligante. Comparando os traços de 1:2 e 1:3 a utilizar neste trabalho, com os valores obtidos no ensaio da determinação de volume de vazios (51 % para a mistura A e 46 % na mistura B), pode-se verificar que para o traço 1:3, a porosidade é demasiado alta o que significa que o ligante poderá ser insuficiente para acomodar todas as partículas de agregado. No caso do traço 1:2, a percentagem de volume de vazios das duas misturas parece cumprir o requisito.
A cal em pasta apresenta um teor de água de 53 %, superior ao referido por outros autores [18]. Segundo estes, a utilização de maior quantidade de água na cal em pasta leva à criação de partículas mais finas e com maior superfície específica, produzindo um ligante mais reactivo, com maior plasticidade, mas com carbonatação mais lenta do que uma cal hidratada em que é utilizada a quantidade de água necessária para uma boa trabalhabilidade.
3.2.2 - Elaboração dos provetes
A realização das argamassas seguiu os procedimentos referidos no Anexo 7 (A7.2). Na tabela 5, apresentam-se os valores de espalhamento e a quantidade de água utilizada em cada argamassa no processo de mistura. Fotografias do teste de espalhamento e das amostras de “Brecha da Arrábida” com as argamassas encontram-se no Anexo16.
14
quanto mais fino for o agregado silicioso maior quantidade de água será necessário utilizar nas amassaduras devido ao aumento da superfície específica.Tabela 5 - Quantidade de água utilizada e valores de espalhamento obtidos em cada argamassa.
Argamassas AL2 AL3 AP2 AP3 BL2 BL3 BP2 BP3
Água utilizada no procedimento de mistura [ml] 1026 1084 313 552 1056 1070 350 571
Quantidade de água existente na cal em pasta [ml] 0 0 859 572 0 0 966 644
Quantidade de água total existente na mistura [ml] 1026 1084 1172 1124 1056 1070 1316 1215
Valor de espalhamento [%] 51±2 52±5 40±1 38±2 52±1 50±1 46±4 47±1
Relativamente ao ligante, as argamassas de cal em pasta necessitaram de quantidades inferiores de água, relativamente às realizadas com cal em pó, tendo produzido menores valores de espalhamento. Independentemente do ligante e do tipo de mistura, para as argamassas com traços 1:3 foi necessário adicionar mais água para obter uma trabalhabilidade adequada. Neste traço, a menor quantidade de ligante a rodear os agregados exigiu a utilização de mais água para rodear as partículas e diminuir o atrito.
Observando a quantidade total de água que foi utilizada em cada mistura de agregado, nota-se que nas argamassas B mantiveram-se os valores mais altos (exceptuando a argamassa BL3). No caso dos ligantes, as argamassas com cal em pasta utilizaram mais água do que as de cal em pó. A justificação poderá ser dada pelo menor tamanho das partículas do próprio ligante (com uma maior superfície específica) comparativamente à cal em pó [18]. Ainda na cal em pasta, o traço 1:2 mostrou maior utilização de água, contrariamente ao que se observou no ligante de cal em pó. Sabe-se que a utilização de maior quantidade de ligante exige que seja utilizada mais água [18,33], o que coincidiu com os resultados da cal em pasta. Na cal em pó, a justificação de se ter utilizado mais água para os traços mais pobres poderá dever-se à menor plasticidade deste ligante, relativamente à cal em pasta, que exigiu a utilização de mais água. A preparação e mistura das argamassas de cal em pasta foram mais fáceis devido à maior plasticidade. A cal em pó também mostrou boa trabalhabilidade com a aplicação de mais água no processo de mistura. Os valores inferiores de espalhamento obtidos para a cal em pasta reflectem a boa coesão do agregado na pasta de ligante, e são consonantes com outros trabalhos [18,20]. Nas duas misturas de agregados e nos dois tipos de ligante, o traço 1:3 foi aquele que apresentou argamassas mais heterogéneas e com pior trabalhabilidade.
3.2.3 - Propriedades das argamassas endurecidas
15
Dependendo da mistura de agregado, do ligante e do tipo de traço utilizado, os poros apresentaram diferentes volumes e morfologias. A mistura de agregado A, por ter apresentado maior volume de vazios vai produzir argamassas com mais poros de matriz, onde estão incluídos poros circulares (no plano de observação) interligados por pequenos poros do tipo fissura, poros fechados, poros cegos e poros de interface. Os poros de interface, no caso das argamassas A vão aparecer principalmente em redor das partículas de tijolo, nas argamassas B vão rodear sobretudo as areias.Figura 21 - Porosidade de interface em
redor das partículas de areia, BL3. Figura 22poros circulares e interligados por - Porosidade de matriz com poros do tipo fissura, BP2.
Figura 23 - Porosidade de matriz com poros tipo fissura, BP2.
Figura 24 - Poro fechado de grandes
dimensões, AL2. Figura 25 - Pormenor de um poro cego, BP2. carbonatada e não carbonatada, Figura 26 - Interface entre zona BL3.
Comparando os dois tipos de ligante, observa-se que as argamassas de cal em pó têm maior predominância de poros cegos, poros fechados e os poros de matriz são principalmente circulares (no plano de observação) com interligações através de pequenos poros do tipo fissura. A rede porosa aparenta fraca interconectividade, dada pela existência de poros tipo fissura de pequenas dimensões. Nas argamassas de cal em pasta, observou-se que os poros de matriz circulares (no plano de observação) parecem ter melhor interligação com pequenos poros e com poros do tipo fissura. Estes têm dimensões superiores às observadas para a cal em pó, possivelmente devido ao maior teor de água utilizado no processo de amassadura, que produziu fissuras de retracção com maior extensão. Existe redução dos poros cegos, poros fechados que são substituídos por poros de matriz e do tipo fissura.
16
pequenos poros do tipo fissura. Na cal em pasta os aumentos foram para os poros estreitos e poros do tipo fissura.Em quase todas as argamassas distinguiram-se as zonas carbonatadas das zonas onde predominava a portlandite. Localizavam-se no centro dos provetes (áreas menos carbonatadas, como foi constatado pela análise de fenolftaleína realizada mais à frente neste trabalho) e distinguiam-se pela ausência de poros de retracção e pela coloração mais clara da pasta de ligante (fig.26).
3.2.3.2 - Análise de porosimetria de mercúrio: os resultados obtidos em cada uma das argamassas apresentam-se nos gráficos das figuras 27 e 28. Uma comparação entre os aspectos que condicionaram a microestrutura das argamassas, como a utilização de duas misturas de agregados A e B, dois tipos de ligante e diferentes traços, encontra-se em anexo (Anexo18).
Através da análise da figura 27, compreende-se que a utilização das partículas de tijolo vermelho nas argamassas A condicionaram o aparecimento de poros inferiores a 0,1 µm, a comprovar pela coincidência de valores em todas as argamassas desta mistura de agregado. A percentagem de quase 2 % obtida a 0,02 µm poderá estar relacionada com a porosidade das próprias partículas de tijolo, devido à ausência desta classe granulométrica nas argamassas B.
Figura 27 - Distribuição do volume de poros de cada argamassa, de acordo com a dimensão.
De acordo com Lawrence [42] a carbonatação de argamassas de cal em pasta apresenta dois diâmetros de poros, um compreendido entre os 0,5 µm e 1 µm (que variam de acordo com a quantidade de água utilizada na preparação da argamassa), o outro entre 0,1 µm e 0,2 µm (independente da quantidade de água). O aumento do volume dos poros para diâmetros com 0,1 µm está associado à transformação da portlandite em calcite. Ao mesmo tempo ocorre um aumento dos poros com diâmetro inferior a 0,03 µm que estão atribuídos à aglomeração dos cristais de calcite na superfície dos agregados ou dos cristais de portlandite. Segundo o mesmo autor, poros com diâmetros abaixo de 0,1 µm não estão envolvidos no processo de carbonatação, e a existência de uma banda a 1 µm não é visto como alteração na estrutura porosa mas pertence ao ligante após o processo de secagem. Segundo esta descrição, pode-se confirmar que os diâmetros entre 0,1 e 1,5 µm pertencem à porosidade dos ligantes. Dentro deste intervalo, cada ligante apresenta diâmetros
0 2 4 6 8 10 12 14
0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 100,000
V
ol
. H
g
vs
. I
nt
ru
sã
o
T
ot
al
[%
]
Diâm. [µm]
17
específicos que são coincidentes para cada argamassa variando apenas a percentagem de cada grupo de poros. Confirma-se a presença dos dois diâmetros de poros nos pontos 0,1 e 1 µm, para ambos os ligantes, mas entre este intervalo outras bandas foram detectadas a 0,2 µm para ambos e 0,125 µm só na cal em pasta. Para diâmetros superiores a 1,5 µm a porosidade vai estar dependente das três variantes, ou seja, do tipo de mistura de agregado, do ligante e do traço utilizado, visto que cada argamassa apresenta diferentes diâmetros, cada um com percentagens específicas. A 15 µm existe grande intrusão de mercúrio, especificamente nas argamassas BP2 e BP3, o que significa que neste diâmetro ocorre uma forte interconectividade da rede porosa e que aumenta com a diminuição da quantidade de ligante. Nas argamassas BL2 e BL3, a utilização de menos água na cal em pó terá diminuído esta interconectividade para diâmetros mais pequenos e com menores frequências, como se pode observar no gráfico os picos a 9 e 5 µm. O diâmetro 108 µm corresponde à primeira intrusão realizada a baixas pressões e que dá acesso aos poros de maiores dimensões resultantes do processo de secagem. A maior percentagem deste tipo de poros ocorreu no traço 1:3 nas argamassas A, o que coincide com a análise da lupa.Pela observação da figura 28 distingue-se nas argamassas B a diminuição dos poros de maior e menor dimensão. O maior volume de vazios e a porosidade das partículas de tijolo na mistura de agregado A poderão ter provocado o aumento da quantidade de poros grandes e de poros pequenos.
Figura 28 - Curvas com a intrusão de mercúrio cumulativa para cada argamassa.
Relativamente aos ligantes, a cal em pasta tem maior predominância de poros pequenos relativamente à cal em pó. Este aspecto pode estar relacionado com as menores dimensões dos cristais de portlandite, que nas cais em pasta com maior tempo de extinção tendem a ser menores [18]. Na zona dos grandes poros, os traços 1:3 apresentam poros de maiores dimensões (destaque para a argamassa AL3); nos traços 1:2 os poros são mais pequenos (destaque para a argamassa BL2). A fracção significativa de poros pequenos observada nas argamassas A e B fica a dever-se à baixa granulometria dos materiais utilizados (no caso das partículas de tijolo, da porosidade deste material) e devido ao acesso dos poros grandes ser efectuado geralmente pelos poros mais pequenos, como foi constatado pela morfologia dos poros à lupa binocular.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 100,000
V
ol
. H
g
[%
]
Diâm. [µm]
18
3.2.3.3 - Análise mineralógica: para identificar os compostos que se formaram na elaboração das argamassas, nomeadamente compostos hidráulicos, torna-se essencial identificar inicialmente quais os constituintes de cada uma das matérias-primas para avaliar se estes podem intervir na eventual formação de reacções pozolânicas. Segundo Dunn [44] os componentes responsáveis pelas reacções pozolânicas podem estar presentes em pequenas quantidades, o que dificulta e por vezes impossibilita a identificação destes compostos por DRX. O estado não cristalino destes compostos também dificulta a sua detecção, pelo que compostos amorfos não são identificados, podendo apenas ser notada a presença por bandas largas no espectro, entre os 20-30 º2θ [27,30,44].Os resultados da análise de DRX de cada material utilizado na elaboração das argamassas (Anexo 19) apresentam-se na tabela 6. Observando a tabela, o principal elemento detectado nas partículas de tijolo foi o quartzo, que tem por objectivo preencher os espaços da pasta cerâmica aquando da manufactura dos tijolos. Foi identificada a presença da microclina, pertencente ao grupo dos feldspatos alcalinos (geralmente utilizados para baixar a temperatura de fusão da pasta cerâmica); de modo vestigial detectou-se a ilite, mineral argiloso, e por último a hematite, considerada como uma impureza da argila [30,38].
Tabela 6 - Composição mineralógica dos materiais.
Compostos identificados Agregado Ligantes
Part. tij. verm. “cocciopesto” Areia L P
Quartzo [SiO2] MA MA MA - -
Hematite [Fe2O3] V V - - -
Microclina [KAlSi3O8] P - P - -
Ortoclase [K(Al,Fe)Si2O8] - P - - -
Ilite [(K,H3O)Al2Si3AlO10(OH)2] V P - - -
Albite [(Na,Ca)Al(Si,Al)3O8] - P - - -
Calcite [CaCO3] - - - P P
Portlandite [Ca(OH)2] - - - MA MA
MA: muito abundante ≥ 80 %; A: abundante ≥ 40 % e < 80 %; P: presente ≥ 5 % e < 40 %; V: vestigial < 5 % e -: não detectado. A notação traduz as proporções de cada espectro para cada material.
Relativamente ao “cocciopesto”, identificou-se o quartzo em abundância, a presença de feldspatos alcalinos como a albite e a ortoclase e a presença do mineral argiloso ilite. De modo vestigial foi identificada a hematite. A areia apresentou elevado teor de quartzo e também a presença do feldspato alcalino microclina embora de modo vestigial. Em ambas as análises dos ligantes detectou-se a abundância da portlandite e a presença da calcite (dependendo das condições de armazenamento, poderá ter ocorrido carbonatação na altura em que as amostras foram submetidas ao ensaio).
19
indiciar que a temperatura de cozimento da pasta não excedeu os 800 ºC [27], no entanto, sabe-se que as partículas de tijolo vermelho foram cozidas a 900 ºC e também neste material foi identificada a presença da ilite.Na análise efectuada a cada argamassa, pela observação dos gráficos (Anexo 19), não foram detectados quaisquer compostos para além daqueles identificados na tabela 7, nem foi observada a formação de uma banda amorfa nos intervalos 20-30 º2θ. Através destes resultados presume-se que a reacção pozolânica não deverá ter ocorrido, ou a ocorrer, terá sido em percentagens muito pouco significativas para trazer alterações ao comportamento habitual das argamassas de cal aérea. Embora os resultados não comprovem a ocorrência de uma reacção pozolânica, não se pode no entanto excluir esta hipótese, visto que outros estudos efectuados em argamassas de cal e materiais cerâmicos [27] não identificam a formação de silicatos e aluminatos de cálcio hidratados por DRX, mas estes compostos foram identificados através de outras técnicas.
Tabela 7 -Composição mineralógica das argamassas.
Compostos identificados AL2 AL3 AP2 AP3 Argamassas BL2 BL3 BP2 BP3
Quartzo [SiO2] MA MA A P MA MA A A
Hematite [Fe2O3] V V V V V V V V
Microclina [KAlSi3O8] P P V V P P P P
Ortoclase [K(Al,Fe)Si2O8] P P V V P P P P
Ilite [(K,H3O)Al2Si3AlO10(OH)2] V V - - V V - V
Albite [(Na,Ca)Al(Si,Al)3O8] P P V V P P V V
Calcite [CaCO3] MA MA MA MA MA MA MA MA
Portlandite [Ca(OH)2] P V A A P V P P
MA: muito abundante ≥ 80 %; A: abundante ≥ 40 % e < 80 %; P: presente ≥ 5 % e < 40 %; V: vestigial < 5 % e -: não detectado. A notação traduz as proporções dentro de cada espectro.
Comparando os resultados obtidos, pode-se verificar a abundância da formação da calcite em todas as argamassas. Diferentes concentrações de portlandite foram detectadas, o que revela a ocorrência de diferentes velocidades de carbonatação no mesmo tempo de cura, principalmente nas argamassas com diferentes traços e ligantes. As argamassas com cal em pasta mostraram abundância deste composto na mistura de agregado A e presença na mistura de agregado B. No caso da cal em pó, ambas se comportaram do mesmo modo nas argamassas A e B, mostrando diferenças consoante os traços. A portlandite foi detectada de modo vestigial nos traços 1:3 e presente nos traços 1:2.
Na interpretação dos gráficos, a coincidência de bandas dos minerais microclina e ortoclase dificultou o reconhecimento de ambos, pelo que foi atribuída a mesma proporção para cada mineral (aspecto pouco significativo pois ambos foram identificados na areia e no “cocciopesto” e ambos estão presentes nas duas misturas).
3.2.3.4 - Análise química (profundidade de carbonatação): a fenolftalina pode ser utilizada como indicador de soluções ácidas, neutras e básicas. Permanece incolor em soluções ácidas e neutras, adquirindo coloração rosa em soluções básicas. A mudança de cor poderá ocorrer entre os valores de pH 8,2 - 9,8.
20
restantes parâmetros) foi efectuada a partir da medição da extremidade de cada provete até à zona de coloração rosa bem definida. Acontece que foi observada uma coloração rosada em algumas das superfícies frescas dos provetes que não foi possível contabilizar, principalmente nas argamassas B (Anexo 20). Desprezando a quantificação destas áreas e tendo em conta que este método de análise é meramente qualitativo não correspondendo na realidade aos teores dos compostos formados (como se pode verificar pelos resultados obtidos na análise de DRX das argamassas AL3 e BL3), pode-se apurar que as argamassas de cal em pó parecem carbonatar mais rapidamente, com valores médios de 96 %, do que as de cal em pasta, com valores médios de 80 %.Tabela 8 - Resultados obtidos na avaliação da velocidade de carbonatação.
Carbonatação AL2 AL3 AP2 AP3 Argamassas BL2 BL3 BP2 BP3
Profundidade (cm) 1,4 ± 0,1 2 ± 0 1 ± 0 1,3 ± 0,1 1,5 ± 0 2 ± 0 1 ± 0,1 1 ± 0
Área (cm2) 14,5 ± 0,3 16 ± 0 12 ± 0,3 14,1 ± 0,7 15,1 ± 0,2 16 ± 0 12,3 ± 0,4 12,3 ± 0,3
Área (%) 91 ± 1,8 100 ± 0 75 ± 2,1 88 ± 4,3 94 ± 1,1 100 ± 0 77 ± 2,7 77 ± 1,8
Relativamente aos traços, as argamassas com menor quantidade de ligante mostraram maior carbonatação. Esta evolução é expectável na medida em que a evolução da carbonatação está dependente da quantidade de cal que tem de reagir com o dióxido de carbono que se difunde através do material [19]. A carbonatação é mais rápida para ligantes que apresentam cristais com tamanho reduzido (visto que a solubilidade é maior), o que poderia justificar a diferença de carbonatação entre os dois ligantes. Vários autores [18,19] referem que a cal em pasta com maior tempo de extinção apresenta cristais de portlandite com menores dimensões e com alterações morfológicas diferentes das cais aéreas hidratadas e das cais aéreas em pasta de extinção recente. Segundo esta abordagem, a cal em pasta deveria ter apresentado maior velocidade de carbonatação, a não ser que tivesse mais hidróxido de cálcio para reagir. Segundo Maurenbrecher [45], a cal em pasta apresenta geralmente maior teor em hidróxido de cálcio do que o equivalente volume de uma cal em pó, e dependendo do produtor, a diferença poderia ir entre 16 a 56 %. Considerando que neste trabalho as proporções de ligante:agregado foram em volume, a menor velocidade de carbonatação das argamassas de cal em pasta pode querer dizer que possui maiores teores de portlandite, relativamente ao mesmo volume de cal em pó.
3.2.3.5 - Análise colorimétrica: uma representação gráfica da análise efectuada pode ser observada em anexo (Anexo 21). Os resultados encontram-se na tabela 9.
Tabela 9 - Resultados obtidos na análise colorimétrica.
Parâmetros Colorimétricos
Argamassas
AL2 AL3 AP2 AP3 BL2 BL3 BP2 BP3
L* 84 ± 0 84 ± 0 86 ± 0 85 ± 0 82 ± 0 82 ± 0 86 ± 0 84 ± 0
a* 5 ± 0 6 ± 0 5 ± 0 5 ± 0 6 ± 0 6 ± 0 4 ± 0 5 ± 0
b* 7 ± 0 9 ± 0 7 ± 0 7 ± 0 7 ± 0 6 ± 0 5 ± 0 6 ± 0
Parâmetros
Colorimétricos AL2 Amostras de “Brecha da Arrábida” com aplicação das argamassas AL3 AP2 AP3 BL2 BL3 BP2 BP3
L* 74 ± 1 74 ± 1 80 ± 1 79 ± 1 77 ± 1 74 ± 1 77 ± 1 77 ± 2
a* 9 ± 1 10 ± 1 8 ± 1 8 ± 0 7 ± 0 8 ± 0 7 ± 1 6 ± 1
b* 13 ± 1 15 ± 2 14 ± 1 13 ± 1 10 ± 1 12 ± 0 12 ± 1 11 ± 1
21
duas misturas não é significativa, mas entre os ligantes repare-se que a cal em pasta tem valores mais altos de L*, que a aproximam mais do branco. Pela comparação dos parâmetros a* e b*, os valores positivos revelam que a tonalidade está entre o vermelho e o amarelo e que a cor é pouco saturada. Os valores de a* estão compreendidos entre o 4 e o 6, o parâmetro b* tem valores entre o 5 e o 9.Comparando a análise das mesmas argamassas aplicadas em amostras de “Brecha da Arrábida” onde foi removido o excesso de água de cal à superfície (com o objectivo de realçar a textura dos agregados), observa-se, como seria de esperar, um escurecimento da superfície dada pela diminuição do parâmetro L* que passou a ter valores entre os 74 e 80. As argamassas com o ligante de cal em pasta continuaram a ser mais claras. A tonalidade manteve-se a mesma, correspondendo o aumento dos valores de a* e b* a uma maior saturação da cor.
3.2.3.6 - Caracterização física
Pela comparação dos valores de massa volúmica aparente das argamassas A e B (fig.29), observa-se que estes estão em consonância com os resultados de porosidade aberta, ou observa-seja, as argamassas da mistura A são mais porosas e menos densas do que as argamassas realizadas com a mistura de agregado B. Dentro de cada mistura de agregado, a utilização de diferentes ligantes não provocou grandes alterações nas densidades das argamassas (à excepção das argamassas AL3 e BL3, que apresentaram densidades mais baixas). Os valores de massa volúmica aparente são mais altos nas argamassas B e nos traços 1:2, o que significa que têm menor volume de vazios e são mais compactas.
Figura 29 - Massa volúmica aparente e porosidade aberta.
A porosidade aberta das argamassas A têm valores mais elevados do que as argamassas B. Apesar da pouca variação, a porosidade aberta é maior nos traços 1:3, que coincide com a maior carbonatação destas argamassas, como indiciam alguns resultados das análises químicas e por DRX. Comprovou-se pela lupa binocular e pela porosimetria de mercúrio que as argamassas com menor teor em ligante proporcionaram maior quantidade de poros e com maior volume devido ao insuficiente preenchimento dos vazios entre os agregados, que foi maior nas argamassas A.
Pela observação da figura 30, os valores de absorção de água por capilaridade e os respectivos coeficientes são superiores nas argamassas A, o que significa a maior capacidade de absorção de água no mesmo espaço de tempo do que as argamassas B. Estes valores estão relacionados com o
1534 1463 1515 1503 1640 1600 1639 1627
42
45 42 43 38
40 37
38
0 12 24 35 47
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
AL2 AL3 AP2 AP3 BL2 BL3 BP2 BP3
P
or
os
. A
b.
[%
]
M
as
sa
V
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. A
p.
[k
g/
m
3]
22
aumento da porosidade aberta e do volume dos poros de maiores dimensões das argamassas A. Relativamente aos ligantes, o coeficiente de absorção de água por capilaridade vai ser diferente na cal em pasta e na cal em pó, consoante o traço utilizado. Com a cal em pó, os traços 1:2 vão absorver mais rapidamente a água por capilaridade do que os traços 1:3. Com a cal em pasta acontece o inverso: os traços 1:3 vão ser mais rápidos a absorver que os traços 1:2. Através da observação à lupa binocular das argamassas de cal em pó nos traços 1:3, verificou-se um aumento da quantidade de poros de maior volume onde o acesso é efectuado por pequenos poros do tipo fissura. Nestes é mais difícil a deslocação do ar [33,46]. No traço 1:2 a ocorrência de poros de matriz do tipo fissura permitiu melhor interligação da rede porosa, facilitando o acesso da água. Na cal em pasta, a predominância de poros do tipo fissura poderá ter facilitado o acesso da água, principalmente no traço 1:3. Relativamente à absorção de água por capilaridade, as argamassas menos porosas apresentam maior capacidade de absorção, que ocorre com ligeiros aumentos para os traços 1:2. Apesar do maior aumento de volume de vazios das argamassas com traço 1:3 observou-se melhor conectividade da rede porosa nas argamassas com mais ligante. O aumento de poros fechados, poros cegos e a existência de maiores volumes de poros interligados por pequenos poros do tipo fissura podem justificar a menor capacidade de absorção de água [33,46]. Para maiores valores de porosidade aberta deveriam corresponder valores mais altos de absorção de água por capilaridade, o que não acontece devido à interconectividade, ao tipo e tamanho dos poros.Figura 30 - Absorção de água por capilaridade e porosidade aberta.
Pela comparação do teor máximo de água absorvida (sob vácuo) e a quantidade de água absorvida à pressão atmosférica, as argamassas A apresentam valores mais altos relativamente às argamassas B, como seria de esperar (fig.31). Em todas as argamassas, a menor absorção de água efectuada à pressão atmosférica indica que, em condições atmosféricas normais, as argamassas não conseguem atingir o valor de saturação máximo, sendo aqueles os valores próximos que poderão atingir em situações reais. A diferença entre o teor máximo de água absorvida e a quantidade de água absorvida à pressão atmosférica permite ter uma noção da quantidade de poros que não são preenchidos pela água. Pela observação do gráfico, as argamassas com a mistura de agregado A apresentam maiores valores de coeficiente de saturação, na ordem dos 83 %, do que as argamassas com a mistura de agregado B, com 77 %, o que significa que têm menor quantidade de poros que, à partida, são inacessíveis à água por imersão à pressão atmosférica. A diferença de valores entre os ligantes não é
38,227,5 35,826,2 36,926,5 38,126,1 30,222,6 24,3 21,4 25,8 22,2 26,420,6
42 45 42 43
38 40 37 38
0 12 24 35 47
0 10 20 30 40
AL2 AL3 AP2 AP3 BL2 BL3 BP2 BP3
P
or
os
. A
b.
[%
]
C
oe
f.
C
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.[k
g/
m
2.s
0.
5 x
10
-2] &
A
b.
Á
gu
a
C
ap
.[
kg
/m
2]
23
significativa; esta ocorre principalmente no tipo de traços, onde os traços 1:3 com maior porosidade aberta são os que apresentam maior quantidade de poros que não são ocupados pela água (que podem corresponder a poros cegos ou a pequenos volumes residuais de ar e vapor de água adsorvidos nas paredes de alguns poros) [33].Figura 31 - Absorção de água (sob vácuo e a pressão atmosférica) e coeficiente de saturação.
Pela análise da figura 32, observa-se que existe uma relação directa entre os valores dos coeficientes de permeabilidade ao vapor de água e os índices de secagem, sendo os últimos mais elevados (excepto na argamassa AP3). Diferenças significativas observam-se nas argamassas A e B. Apesar da maior porosidade aberta das argamassas A, estas apresentam nos dois ensaios valores mais baixos do que a mistura B (excepto o índice de secagem da argamassa AL3), pelo que se pode deduzir que o volume de vazios não é um factor determinante no comportamento ao vapor de água, mas antes a dimensão, a geometria e a conectividade entre os poros. Considerando que o agregado A tem partículas de maiores dimensões (devido às partículas de tijolo), é expectável que os poros das argamassas com esta mistura de agregado apresentem maiores variações de diâmetro (Anexo 18), relativamente às argamassas da mistura B. Esta discrepância poderá ter retardado a circulação de fluidos, implicando menores valores de permeabilidade ao vapor de água.
Figura 32 - Permeabilidade ao vapor de água e índice de secagem.
Comparando o desempenho dos ligantes, as argamassas de cal em pasta apresentam menor permeabilidade ao vapor de água. Esta tendência encontrará justificação, no facto das argamassas produzidas com a cal em pasta apresentarem poros com menor diâmetro, tal como foi constatado na
42 45 42 43
38 40 37 38
27 31 28 29
23 25 23 23
23 25 24 23
18 18 18 17
86 81 85
80 78 73 81 74 0 30 60 90 0 10 20 30 40 50
AL2 AL3 AP2 AP3 BL2 BL3 BP2 BP3
C oe f. S at . [ % ] P or os . A b. [% ] & T eo r M áx . Á gu a A bs . [ % ] & A bs . Á gu a P re s. A tm . [% ] & C oe f. S at .[% ]
Poros. Ab. Teor Máx. Água Abs. Ab. Água Pres. Atm. Coef. Sat.
2,02,5 2,2 3,5 1,5 1,9 1,8 1,5 2,4 2,6 2,5 2,9 2,1 3,0 2,23,0
42 45 42 43
38 40 37 38
0 12 24 35 47 0,0 0,9 1,8 2,7 3,7
AL2 AL3 AP2 AP3 BL2 BL3 BP2 BP3
P or os . A b. [% ] C oe f. D if. V ap or Á gu a [k g/ m .s .P a x 10 -1
1] &
Ín d. S ec ag em [-x 10 -2]
