MAGALHÃES, Ana Cristian; COSTA, Dória; VEIGA, M. Rosário – Diagnóstico de
anomalias de revestimentos de paredes com técnicas de ensaio in situ. Avaliação da
resistência mecânica. Actas do 3º ENCORE, Encontro sobre Conservação e Reabilitação
de Edifícios. Lisboa, LNEC, Maio de 2003.
Diagnóstico de anomalias de revestimentos de paredes com técnicas de ensaio in situ.
Avaliação da resistência mecânica.
Diagnosis of anomalies of wall renderings. Mechanical resistance
evaluation.
Ana Cristian Magalhães
Eng. Civil, Bolseira de investigação, LNEC, Lisboa, Portugal, [email protected]
Dória Costa
Geóloga, Assistente de Investigação, LNEC, Lisboa, Portugal, [email protected]
Maria do Rosário Veiga
Eng. Civil, Investigadora Auxiliar, LNEC, Lisboa, Portugal, [email protected]
SUMÁRIO: No presente trabalho, é analisada a viabilidade do uso de diversas técnicas de
ensaio “in situ” para a avaliação da resistência mecânica de revestimentos antigos e de
substituição para paredes antigas. Descrevem-se os métodos experimentais utilizados microperfuração, penetração controlada, choque de esfera e ultra-sons - apresentam-se os
resultados obtidos em revestimentos aplicados nos muretes da Estação de Ensaio Natural
do LNEC e por fim avaliam-se as possibilidades de interpretação desses resultados em
conjunto, tendo em consideração a sua utilidade como meio de diagnóstico para edifícios
antigos e ainda como instrumento para definição das medidas a tomar.
PALAVRAS-CHAVE: resistência, técnicas, diagnóstico, anomalias, revestimentos
ABSTRACT: In this paper the viability of use of several “in situ” test techniques for
mechanical resistance evaluation to old and substitution renderings for ancient walls are
evaluated. Experimental campaigns of tests were carried out: micro-drilling, controlled
penetration, sphere shock and ultrasound techniques. The experimental techniques are
described and results obtained on new renderings of wallets of LNEC´s Natural Test
Station with the referred techniques are presented; finally the interpretation possibilities of
those results are assessed, considering their utility as a diagnosis method for ancient
buildings and as a tool for the definition of measures to implement.
KEYWORDS: resistance, techniques, diagnosis, anomalies, renderings.
1 INTRODUÇÃO
As intervenções a realizar sobre os revestimentos de edifícios antigos carecem da avaliação
do estado de conservação e da determinação da eventual zona degradada em profundidade,
de uma forma o mais correcta possível.
O LNEC tem vindo a proceder a estudos que visam a aplicação de um conjunto de técnicas
(não-destrutivas ou pouco destrutivas) e o estabelecimento de uma metodologia geral de
avaliação do estado de conservação e de diagnóstico de anomalias de revestimentos antigos.
No presente trabalho, é analisada a viabilidade do uso de diversas técnicas de ensaio in situ
para a avaliação da resistência mecânica de revestimentos antigos e de revestimentos de
substituição para paredes antigas, incluindo, nomeadamente, a microperfuração, a
penetração controlada, o choque de esfera e os ultra-sons. Adicionalmente e para efeitos de
comparação, usou-se o esclerómetro para a determinação da dureza por ressalto. Embora se
trate de um método dispersivo, a sua utilização é expedita e tem sido utilizado na
caracterização in situ de outros materiais, tais como betão ou pedra.
Neste trabalho apresentam-se os métodos e os resultados experimentais obtidos com a
utilização das técnicas referidas na caracterização de revestimentos aplicados nos muretes
da Estação de Ensaio Natural do LNEC (E.N.). Avaliam-se as possibilidades de
interpretação dos resultados de uma forma conjunta, tendo em consideração a sua utilidade
como meio de diagnóstico para revestimentos de edifícios antigos e como instrumento para
definição das medidas a tomar.
Este trabalho insere-se no âmbito do projecto “Metodologias para a Mitigação do Risco
Associado à Degradação das Construções”, em curso no LNEC e co-financiado pela
Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT).
2 DESCRIÇÃO DOS MÉTODOS DE ENSAIOS
2.1 Apresentação geral dos métodos de ensaio utilizados
Como referido anteriormente, pretende-se avaliar, neste estudo, a viabilidade do uso dos
seguintes métodos, dos quais se faz a seguir uma breve descrição.
Microperfuração
Métodos pouco
destrutivos
Penetração controlada
Esclerómetro
Métodos não
destrutivos
Choque de esfera
Ultra-sons
2.1.1 Ensaio de microperfuração
O ensaio de microperfuração [1,2] pretende avaliar a resistência mecânica do material
quando perfurado e o resultado obtido representa a sua dureza à perfuração em
profundidade. O ensaio consiste na produção controlada de um pequeno furo, durante o
qual o equipamento mede a força da resistência oferecida pelo material e a distância
percorrida, variáveis registadas de forma automática. Neste ensaio, a perfuração é feita por
um equipamento do tipo berbequim que perfura com uma taxa de penetração e velocidade
de rotação pré-definidas em função do material a ensaiar. As brocas são de uso corrente e
seleccionadas em função das características da ponteira.
O equipamento utilizado foi desenvolvido para o ensaio de pedras de durezas variáveis e a
aplicação deste método ao estudo de argamassas é ainda exploratório. A célula de carga do
equipamento está adequada à avaliação de forças bastante superiores às que caracterizam a
perfuração de revestimentos de paredes, em particular se se tratar de argamassas fracas que
se encontram no limite de aplicabilidade do método com o desenho que actualmente possui.
Para além dos valores reduzidos das forças obtidas, a composição e coesão destes materiais
traduz-se num registo de perfuração substancialmente diferente dos obtidos em pedras,
mesmo que algo heterogéneas, pelo que obrigará a uma outra interpretação dos registos que
estudos mais aprofundados permitirão consolidar.
Os valores da dureza à perfuração medidos através deste método dependem de numerosos
factores, tais como a composição e estado de coesão dos materiais, as variáveis
operacionais utilizadas para a perfuração (velocidade de rotação e taxa de penetração) e as
características das ponteiras. Tal como outras propriedades físicas, a dureza à perfuração é
também influenciada pela presença de humidade nos materiais em apreço, aspecto que deve
ser tido em conta em particular nas medições “in situ”, pelo facto de nestas condições ser
um parâmetro de controlo mais difícil.
2.1.2 Ensaio de penetração controlada
Este ensaio foi desenvolvido no âmbito do projecto OLDRENDERS [3] e consiste em
provocar a penetração de um prego de aço, guiado por um acessório fixado ao aparelho
Martinet Baronnie para garantir a perpendicularidade do choque. Após vários choques de
energia constante é registada a penetração obtida na argamassa com cada choque efectuado.
Permite avaliar qualitativamente a resistência de cada camada e pode ser útil para obter
informação sobre a resistência mecânica das camadas internas, permitindo assim uma
avaliação do seu estado.
2.1.3 Ensaio com o esclerómetro
O esclerómetro é um aparelho usado, em conjunto com outros ensaios pouco destrutivos e
não-destrutivos, fundamentalmente para: estimar a resistência de um material e sua dureza
superficial ou comparar a qualidade de materiais.
O método consiste na produção de uma reacção elástica pelo impulso de uma massa
conhecida, que choca contra o material sobre uma superfície de contacto dada. É possível
medir a quantidade de energia recuperada no ressalto da massa, o que permite obter um
índice de dureza da superfície ensaiada (valor de ressalto) sobre uma escala graduada
acoplada ao aparelho. Quanto mais brando for o material, maior é a quantidade de energia
que ele absorve e menor é a altura do ressalto.
Neste trabalho foi utilizado um martelo de Schmidt do tipo L. O equipamento é posicionado
na horizontal e é accionado para provocar sobre a superfície vertical um impacto com
determinada energia (0.74 J). A medida realizada corresponde à altura de ressalto que é
uma medida de dureza do material.
A realização de impactos sucessivos no mesmo ponto permite, numa primeira fase, a
compactação do material, a partir da qual os valores obtidos são considerados significativos
para comparar a dureza de ressalto de vários revestimentos.
2.1.4 Ensaio de resistência superficial: choque de esfera
O ensaio de choque de esfera consiste na aplicação de um choque de corpo duro de 3
joules, realizado com uma esfera de aço de cerca de 50 mm de diâmetro, dando informação
sobre a deformabilidade do revestimento. A resistência ao choque é avaliada a partir do
diâmetro da mossa e do tipo de degradação resultante [3, 4].
2.1.5 Ensaios com os ultra-sons
Esta é uma técnica totalmente não-destrutiva, que pode ser aplicada em diversos tipos de
materiais - madeira, pedra, cerâmica, betão e metal – para, analisada em conjunto com
outros tipos de ensaios, localizar possíveis zonas degradadas dos revestimentos
(fendilhações, fissuras, maior porosidade, etc.).
O ensaio consiste na colocação de sensores com funções de emissor e receptor em bom
contacto com a superfície do revestimento a analisar, em pontos com posições previamente
definidas e cuja distância é medida. A onda é enviada desde o ponto onde está colocado o
emissor até ao sensor receptor, atravessando o revestimento. Nos equipamentos portáteis,
um circuito electrónico medirá o tempo de propagação dos impulsos no interior do
revestimento, a partir do intervalo entre a emissão e a chegada da onda. O registo dos
valores dos tempos e respectivas distâncias permite calcular as velocidades de propagação
das ondas no material em ensaio. Pode ser bastante útil a visualização e interpretação da
onda em osciloscópio para confirmação dos resultados obtidos.
As velocidades de propagação das ondas dependem das características do material que
atravessam e reflectem indirectamente o seu estado de conservação, já que a presença de
vazios e fissuras, que constituem descontinuidades, tem consequências na velocidade de
propagação das ondas no seu interior. Materiais mais degradados ou de coesão mais fraca
apresentam valores de velocidade de propagação inferiores aos de materiais compactos ou
menos degradados. A presença de água nos espaços vazios modifica as características de
propagação das ondas sónicas no meio, pelo que esse efeito deverá ser tido em conta na
análise dos resultados obtidos em medições sucessivas de materiais que possam apresentar
variações no seu teor de água.
3 DESCRIÇÃO DAS SUPERFÍCIES ENSAIADAS
Os ensaios foram realizados sobre revestimentos de substituição aplicados em alguns
muretes da E.N. Em alguns casos, os revestimentos foram aplicados já há cerca de 3 anos e
são constituídos por argamassas de cal aérea apagada corrente, comercializada em Portugal.
Noutros casos, nomeadamente no murete 41, o reboco foi aplicado há cerca de cinco anos e
meio e apresenta cimento e cal na sua constituição.
No quadro 1, estão indicadas, de forma sintética, as constituições dos rebocos ensaiados.
QUADRO 1: CONSTITUIÇÃO DOS REBOCOS DOS MURETES DA ESTAÇÃO
NATURAL DE ENSAIOS
Identificação
do Murete
Idade de
aplicação
M 41 N (dir)
M47 N (dir)
M48 N (esq)
M 54 S (dir)
aprox. 5,5 anos
aprox. 3 anos
Cimento
Cal
1
-
1
1
1
1
Reboco
Areia
de rio
4
1,5
1,5
1
4
Pozolana
Areia amarela
de Corroios
4
1,5
1,5
-
A Fig.1 mostra o aspecto geral dos muretes.
Fig. 1 – Aspecto geral dos muretes ensaiados
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
Neste capítulo apresentam-se os resultados globais (quadro 2) e alguns registos (fig. 7 e 8)
obtidos nos ensaios realizados, e faz-se ainda uma análise desses resultados.
QUADRO 2: RESULTADOS DOS ENSAIOS “IN SITU” NOS MURETES DA
ESTAÇÃO NATURAL DE ENSAIOS DO LNEC/LERevPa
ENSAIO
Murete nª 41
(cal e cimento)
Murete nº 47 Murete nº 48
(cal)
(cal)
Valores Médios
Murete nº 54
(cal e pozolana)
Microperfuração
(N)
25,5
10,8
5,3
2,5
Penetração
controlada (mm)
3,6
5,0
7,9
9,2
Choque de esfera
(Ø, mm)
Marca quase
imperceptível
13,6
15,8
15,6
Ultra-sons (m/s)
3100 a 3280
2010 a 2200
1070 a 1180
900 a 980
Esclerómetro
(valor de ressalto)
41
nd
33
28
Nota: nd - não determinado
As figuras 2 a 6 permitem visualizar os ensaios realizados.
Fig. 2 – Ensaio de microperfuração
Fig. 4 – Ensaio com o esclerómetro
Fig. 3 – Ensaio com os ultra-sons
Fig. 5 – Ensaio de penetração controlada
Fig. 6 – Ensaio de choque de esfera
Faz-se a seguir uma análise dos resultados obtidos e sintetizados no quadro 2.
Choque de esfera:
No que se refere ao ensaio de choque de esfera verifica-se que, no reboco de cal e cimento
(M41), a mossa foi quase imperceptível, o que corresponde a uma boa resistência deste
reboco. Os valores mais altos de diâmetros das mossas foram encontrados nos muretes 48
(15,8 mm) e 54 (15,2 mm), com rebocos de cal e de cal e pozolana respectivamente,
indiciando resistências inferiores.
Penetração controlada:
Nos ensaios de penetração controlada verifica-se que a facilidade de penetração é
crescente nesta ordem de muretes: 41, 47, 48, 54; ou seja, o reboco de cal e cimento, como
era de esperar, foi o que ofereceu maior resistência à penetração, enquanto que o reboco de
cal e pozolana (M54) registou a menor resistência à penetração.
Ultra-sons:
Os resultados obtidos pelo método dos ultra-sons correspondem às determinações da
velocidade através do método de transmissão indirecta e com transdutores exponenciais. As
velocidades mais altas (3100 a 3280 m/s) foram obtidas no reboco bastardo, apoiando
outros resultados (resistência ao impacto de esfera e penetração controlada) que o indicam
como sendo o de dureza mais elevada e constituído por material mais coeso. O murete com
reboco de cal e pozolanas (M54) foi o que obteve menores valores de velocidade de
propagação das ondas (900 a 980 m/s).
Esclerómetro:
Os resultados da dureza determinada por ressalto através do método do esclerómetro
correspondem aos valores médios de três ensaios realizados em cada murete. Em três
pontos da superfície foram realizados impactos sucessivos e foi registado o valor do
material compactado. O valor obtido no reboco de cimento e cal (M41) indicia que se trata
de um revestimento de dureza mais elevada comparativamente aos revestimentos que têm a
cal como único ligante (M47 e M48). O revestimento de cal e pozolana do M54,
demonstrou, também neste ensaio, ser o material mais brando, ou seja, o menos resistente a
uma força de impacto.
Microperfuração:
A Fig. 7 ilustra o tipo de registos que se obteve em furos característicos dos materiais
ensaiados pelo método da microperfuração. Nos ensaios que se apresentam, realizados nas
condições de 100rpm de velocidade de rotação e à taxa de penetração de 20mm/min, .foram
utilizadas brocas de 7mm.
100/20-broca 7mm
60
50
Força (N)
40
30
20
10
0
0
2
4
6
8
10
Distância (mm)
M 41
M 54
M 48
M 47
Fig. 7 – Registos de perfuração dos muretes ensaiados
Nestes materiais algo heterogéneos, em que há grãos de areia de várias dimensões, a
perfuração traduz também a eliminação por arranque desses obstáculos. Os gráficos
traduzem essa heterogeneidade; nos materiais mais brandos, registam-se valores de forças
muito reduzidos (ou mesmo próximos de zero) e em todos os materiais há zonas de picos,
de grandeza muito variável. Em alguns casos, os picos podem atingir valores de força muito
elevados comparativamente aos que é mais comum registar nesse material (M47),
seguramente correspondendo à presença de grãos de areia ou a uma maior resistência que o
material mais coeso oferece quando perfurado na presença desse obstáculo.
Apesar da diversidade dos valores, os resultados apresentados permitem discriminar os
quatro materiais. O revestimento de M54 é o que apresenta valores de forças mais baixos e
com picos mais reduzidos. M48 apresenta forças ligeiramente superiores e com picos mais
acentuados. M47 é um revestimento que apresenta grande heterogeneidade, com picos de
forças muito elevados de 20 a 40 N, mas com forças características muito semelhantes a
M48. M 41, também heterogéneo, é o mais resistente de todos os revestimentos ensaiados.
Dado que se pretende caracterizar o material, a interpretação destes resultados deve ser feita
globalmente. Neste caso, e dado que se trata de um material heterogéneo, interessa
caracterizar a distribuição de valores obtidos. A Fig 8 representa as curvas de distribuição
dos valores de forças obtidos no conjunto de três (ou, em alguns casos, quatro) furos
realizados em cada murete.
100/20 - broca 7mm
M 54 - Reboco de cal e pozolana
60
M 48 - Reboco de cal
Frequência (%)
50
M 41 - Reboco de cal e cimento
M 47 - Reboco de cal
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Força (N)
Fig. 8 – Distribuição dos valores de força nos muretes ensaiados por microperfuração
As distribuições obtidas são assimétricas e as caudas correspondem aos picos de forças que
os registos apresentam e que caracterizam estes materiais heterogéneos. Mas como se pode
verificar, traduzem bem as diferenças nos quatro muretes ensaiados.
A análise dos valores médios obtidos por este método e sintetizados no quadro 2, permite
concluir que há certa correlação com os resultados obtidos nos outros ensaios “in situ”.
Observa-se que as resistências mais elevadas foram obtidas para o reboco bastardo (M41), a
seguir para os rebocos de cal (M47 e M48), e por fim o reboco de cal e pozolana (M54) foi
o que menor resistência ofereceu à perfuração, estando de acordo com os outros resultados
de ensaios realizados.
5 CONCLUSÕES
Assim, no que se refere à resistência mecânica, algumas conclusões podem ser tiradas da
análise dos resultados dos ensaios sobre os rebocos estudados:
O reboco bastardo foi o que melhor desempenho apresentou em relação aos ensaios
realizados: maior resistência mecânica, menor deformabilidade, maior dureza e melhor
coesão.
As argamassas de cal aérea, embora com resultados distintos, apresentam comportamento
intermédio entre a argamassa de cimento e cal e a argamassa de cal e pozolana.
A argamassa de cal e pozolana apresenta em todos os ensaios um comportamento inferior
ao das demais argamassas ensaiadas, o que permite concluir que os resultados, de um modo
geral são coerentes entre si.
Faz-se notar, no entanto, que o mau desempenho do reboco de cal e pozolana pode estar
relacionado com deficiências de aplicação, que podem ter influenciado decisivamente os
resultados aqui obtidos, já que estas argamassas, em geral, apresentam uma boa resistência
mecânica. É também de realçar que um melhor desempenho no que se refere às
características analisadas não está directamente relacionado com uma maior adequabilidade
ao uso como revestimento de edifícios antigos, já que os requisitos exigidos para esse efeito
incidem sobre outros aspectos.
Estes resultados mostram que os ensaios seleccionados são, à partida, viáveis, uma vez que
permitem distinguir o comportamento de vários tipos de rebocos e apresentam, de um modo
geral, valores coerentes com o que conhecemos das características das argamassas
ensaiadas: as argamassas de cimento e cal são mais duras, mais resistentes, mais coesas e
menos deformáveis do que as que têm a cal como único ligante.
Os métodos estudados podem ser usados como ensaios complementares, para aumentar a
precisão das avaliações realizadas “in situ” para análise do estado de conservação de
revestimentos.
A aplicação dos métodos de ultra-sons e de micro-perfuração aos revestimentos de paredes
considera-se, ainda, insuficientemente estudada, exigindo investigação que permita
aprofundar aspectos diversos, quer relativos às condições mais adequadas para o ensaio
destes materiais quer relativos à interpretação dos resultados obtidos. Por outro lado, o
esclerómetro deve, como se referiu em 4, ser usado com particulares cautelas, mantendo-se
muitas reservas sobre a sua aplicabilidade geral.
Na continuação destes estudos, prevê-se a aplicação dos métodos analisados em rebocos de
paredes de edifícios antigos na zona de Lisboa e, em particular, em zonas com
determinadas anomalias (fendas, descolamentos, falta de coesão, etc.), no sentido de avaliar
a sua utilidade como meio de diagnóstico.
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