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Patologia e Recuperação de Estruturas Prof. Dr. Esequiel Fernandes Teixeira Mesquita Fevereiro, 2020 1 Aula 06 – Danos causados por umidade e sais em paredes e fachadas Patologia e Recuperação de Estruturas 2 Como consequências da atuação da umidade e sais, podem ocorrer diferentes danos, quais sejam: • danos materiais à edificação: Deterioração de pinturas, rebocos e alvenarias; • danos de insalubridade aos usuários: Alta umidade ambiental, cheiro desagradável, ataque biológico por fungos e algas. 1. Introdução Patologia e Recuperação de Estruturas 3 Extensão das anomalias em paredes com deterioração por umidade e sais. Patologia e Recuperação de Estruturas 4 Extensão das anomalias em paredes com deterioração por umidade e sais. Patologia e Recuperação de Estruturas 5 Ilustração de fachadas severamente deterioradas. Patologia e Recuperação de Estruturas 6 Embora existam manifestações típicas, é necessário alertar que a classificação das anomalias é difícil, pois: - existem anomalias com origens diferentes, mas com as mesmas manifestações; - uma mesma anomalia pode se apresentar com manifestações diferentes; - devem ser avaliados o grau e a intensidade de cada anomalia. Por isto, não se deve fazer uso de classificações teóricas, mas utilizar as manifestações ou os sintomas para descrever as anomalias. Patologia e Recuperação de Estruturas 7 Em função do grau de deterioração, as anomalias podem ser descritas nos seguintes tipos: - desbotamentos e manchamentos; - deposição de materiais: poeiras, sais, bolor e e e formação de infestações (ataque biológico e / ou biogênico); - descolamentos: por pulverulência (esboroamentos), lascas ou descascamentos; - deterioração generalizada: fissuras, perda de material e de capacidade de resistência. Patologia e Recuperação de Estruturas 8 Ataque microrgânico Perda de materialDescolamento ExpansãoLixiviação por água Afrouxamento de vínculosPulverulênciaSujeirasManchas úmidas DescascamentosBolhas ou formação de ondasDescoloraçãoMarcas de água FissurasDesgasteFormação de manchas Coloração escura Alterações da microestrutura Alterações superficiaisAlterações de corManchas de umidade Ataque microrgânico Perda de materialDescolamento ExpansãoLixiviação por água Afrouxamento de vínculosPulverulênciaSujeirasManchas úmidas DescascamentosBolhas ou formação de ondasDescoloraçãoMarcas de água FissurasDesgasteFormação de manchas Coloração escura Alterações da microestrutura Alterações superficiaisAlterações de corManchas de umidade Ataque biológico Manchas Alterações Se consideradas pela aparência visual, os danos podem ainda ser classificadas de forma alternativa, conforme Tabela abaixo. Patologia e Recuperação de Estruturas 9 2. Origem da umidade em vedações verticais - umidade de obra – é a inicialmente presente nos materiais de construção de uma obra recém concluída, em decorrência das técnicas e dos materiais empregados utilizarem a água de forma intensa e ser necessário um prazo mínimo para a sua eliminação através de evaporação para o ambiente; - umidade ascendente – em geral, dita umidade capilar do solo, ou umidade de absorção capilar ou umidade de absorção e capilaridade, é aquela decorrente de falhas do sistema de impermeabilização das fundações e paredes em contato com o solo úmido; - umidade de infiltração – também dita de umidade de fluxo superficial decorrente da penetração de água de chuva pelo envoltório da edificação, incluídos os elementos e componentes como portas e janelas etc.; Patologia e Recuperação de Estruturas 10 - umidade higroscópica – também dita umidade de absorção higroscópica, a qual é decorrente do equilíbrio autógeno de umidade dos materiais de construção porosos com a umidade relativa do ambiente circundante; - umidade de condensação – também dita umidade de condensação capilar, ocorre no interior ou na superfície dos elementos construtivos, em decorrência do fenômeno de condensação do ar, seja por variações de temperatura ou variações de umidade do ar ambiente; - umidade acidental – decorrente de vazamentos nas instalações prediais de coleta ou distribuição de água. Patologia e Recuperação de Estruturas 11 Água de respingos Água superficial Água de infiltração Difusão de vapor Água de condensação Umidade do solo Água do lençol freático Nível do solo Classificação das fontes de umidade em função da sua origem. Patologia e Recuperação de Estruturas 12 3. Origem dos sais solúveis Com a absorção de água pelo material constituinte, ocorre também a absorção e dissolução de sais presentes. Quanto aos danos causados, os sais são mais problemáticos que a umidade. Os sais mais nocivos e agressivos às edificações são os cloretos, os sulfatos e os nitratos. A maior parte dos danos em ornamentos, rebocos, alvenarias é proveniente dos sais e sua cristalização e não só da umidade. Patologia e Recuperação de Estruturas 13 • Ocorrem devido à solubilidade do hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) na presença de umidade. • Manchas ocasionadas pela precipitação de carbonato de cálcio (CaCO3 ) na superfície do concreto, devido à evaporação da água que contém o hidróxido dissolvido. • Ocorrem em concreto com alta permeabilidade ou fissurados. Encontrada frequentemente em lajes e vigas Patologia e Recuperação de Estruturas 14 - matérias-primas ou processo de fabricação, que dão origem a sais constituintes dos materiais de construção; - produtos químicos de formulação inadequada, contendo sais ou formando sais, misturados ou aplicados impropriamente aos materiais de construção durante a construção ou o uso do edifício, incluindo-se aqui os produtos de limpeza; - sais oriundos ou formados por ação de agentes do meio-ambiente externo ou de agentes específicos da ocupação da edificação. As fontes típicas de sais solúveis e nocivos podem ser intrínsecas aos materiais da edificação ou provir de fontes externas, sendo identificadas as seguintes: Patologia e Recuperação de Estruturas 15 Em algumas países europeus e/ou regiões por exemplo, os tijolos recebiam adições de sal (cloreto de sódio) para aumentar a sua resistência mecânica, tradição que também foi introduzida no Brasil pelos imigrantes. Hoje essa prática foi abandonada em virtude das anomalias causadas pelo cloreto de sódio. Em regiões litorâneas, encontram-se argamassas feitas com a utilização de areias de jazidas próximas ao mar e não suficientemente lavadas. FATOMITO Patologia e Recuperação de Estruturas 16 Origem da contaminação Sulfatos Cloretos Nitratos Umidade do solo Gesso agrícola Regiões marítimas Fertilizantes, adubos Água de superficie Chuva ácida Sais de degelo Dejetos fecais Ar atmosférico Resíduos de combustão (fuligem) Névoa marítima Canais não estanques Uso Gases de combustão Mistura de cloreto de sódio com salitre para conservação de carnes Salitre, canalizações não estanques Produtos de recuperação Cimento Do próprio material Do próprio material Componentes dos materiais de construção Água de amassamento utilizada Água de amassamento utilizada Sais solúveis mais nocivos aos materiais de construção e suas origens: Patologia e Recuperação de Estruturas 17 Os agentes e os mecanismos principais Agentes mais comuns de deterioração de paredes Mecanismos de deterioração relacionados (alterações na microestrutura) UMIDADE • Água de chuva • Umidade higroscópica (elevação da umidade de equilíbrio) • Água de respingos • Umidade de condensação • Água de ascensão capilar • Condensação superficial • Absorção capilar de água • Absorção higroscópica de água • Reações químicas nos materiais constituintes (formação de sais, alterações de pH) SAIS • Solo • Materiais constituintes • Cristalização • Hidratação • Efeitos higroscópicos AGENTES BIOLÓGICOS • Plantas • Fungos • Bactérias • Algas • Biodeterioração • Alterações de pH Patologia e Recuperaçãode Estruturas 18 4. Umidade A umidade que incide sobre as edificações tem diferentes fontes ou origens, como: •de água sob pressão ou represada (do solo); •de precipitação, de infiltração ou de fluxo superficial (água de chuva); •de respingos (em sócolos); •de ascensão capilar (do solo); •de respingos internos, uso do ambiente; •de condensação superficial; •acidental (vazamentos de tubulações, drenagem, etc); •absorção higroscópica da umidade do ar . Patologia e Recuperação de Estruturas 19 Manchas por anomalias provenientes de ascensão capilar Se a evaporação das paredes for inibida por rebocos ou pinturas, a altura do horizonte de umidade irá aumentar. Se a entrada de água for inibida por impermeabilização horizontal, a altura do horizonte de umidade da parede irá diminuir. Patologia e Recuperação de Estruturas 20 Infiltração nas fachadas Uma parcela das águas de chuva pode ser absorvida pelas fachadas das edificações na forma de umidade de infiltração. Isto ocorre superficialmente e a água é absorvida não só pela camada externa da parede, composta de revestimentos de rochas naturais, tijolos aparentes ou pinturas, mas também, e principalmente, por trincas e fissuras. Não obstante, existem nos países europeus valores normatizados, para limitar o coeficiente de absorção de água capilar máximo (w), em materiais de revestimento porosos, para uma proteção mais eficiente de fachadas, e são eles: w ≤ 2,0 kg/m2.h0,5 em material com restrição de exposição à água; w ≤ 0,5 kg/m2.h0,5 em material hidrorepelente. Patologia e Recuperação de Estruturas Patologia e Recuperação de Estruturas 22 5. Ação simultânea de umidade e sais Os danos típicos oriundos da salinização estão presentes na Figura 1 - 8 e podem ser os seguintes: • coloração esbranquiçada; • eflorescências; • alteração superficial no material; • descolamento em forma de filme em pinturas; • descolamento de argamassas; • deterioração superficial de tijolos, pedras; • lascamento de materiais sinterizados: os sais se depositam abaixo da superfície e após cristalizar aumentam de volume e causam danos em forma de lascas; • umidificação total do material por higroscopicidade: aparecimento de manchas de umidade. Patologia e Recuperação de Estruturas 23 6. Mecanismos das anomalias e danos por água e sais 6.1 Pressão de cristalização dos sais Com a água são transportados, até a superfície dos componentes construtivos, sais solúveis, os quais pela evaporação do líquido, cristalizam. Este fenômeno – desconsiderando o aspecto visual – não é prejudicial. Uma parte dos sais, no entanto, se deposita nos poros dos materiais. O surgimento de pressões de cristalização e hidratação pode causar desagregação da superfície externa das paredes. Se houver concentração de sais, por exemplo, na interface de materiais com diferentes graus de permeabilidade (tijolos e juntas de alvenaria, pinturas formando filmes impermeáveis, produtos para tratamento químico de pedras naturais, etc.) surgem rupturas superficiais (descolamentos) ou bolhas na camada de pintura. Video: https://www.youtube.com/watch?v=ZTG8FCJZL3M&t=80s Patologia e Recuperação de Estruturas 25 6.2 Danos mecânicos causados pela água (erosão, desagregação) Patologia e Recuperação de Estruturas 26 6.2 Biodeterioração A água é essencial para a existência de organismos vivos; e os mais conhecidos exemplos de danos por biodeterioração são decorrentes de fungos, algas e líquens, que pelo menos para o seu surgimento necessitam de um determinado teor de umidade ambiental. A água também favorece o ataque de organismos de origem animal, sendo que os materiais orgânicos, como as madeiras, são os mais prejudicados. Pode também ocorrer ataque orgânico a materiais inorgânicos. Patologia e Recuperação de Estruturas 27 7. FUNDAMENTOS ENVOLVIDOS NA FORMAÇÃO DAS ANOMALIAS Conceitos básicos sobre a ocorrência de vapor de água em edificações: O vapor de água se forma à temperatura de 100°C à pressão normal ou por evaporação natural. Origem (fonte) Exemplo Quantidade em gramas/hora Atividade leve 30 - 60 Atividade média 120 - 200 Ser humano Atividade pesada 200 - 300 Banho em banheira Aprox. 700 Banheiro Ducha Aprox. 260 Cozinhar e preparar 600 - 150 Cozinha Média diária 100 Flores no ambiente Violetas 5 - 10 Samambaia 7 - 15 Seringueira 10 - 20 Plantas aquáticas 6 - 8 Plantas em vasos Superficie de água Aprox. 40g/m2.h Árvores de pequeno porte Arbustos 2 - 4 kg/hora Roupa centrifugada 50 - 200 Secagem de roupas Roupa molhada 100 - 500 Patologia e Recuperação de Estruturas 28 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Temperatura do ar (°C) Va po r no a r ( g/ m 3 ) Variação da quantidade de vapor de água em função da temperatura do ar. Patologia e Recuperação de Estruturas 29 7.1 Umidade relativa do ar Em função da temperatura, o ar irá conter uma certa quantidade máxima de vapor de água. Essa quantidade máxima, expressa na forma de pressão, é denominada de pressão de saturação de vapor de água (ps). Se o ar não estiver saturado de vapor de água, a pressão é denominada de pressão parcial de vapor de água (pd). A umidade relativa do ar, φ, é a relação entre a pressão parcial de vapor de água, pd, e a pressão de saturação de vapor de água, ps, ambas a mesma temperatura, conforme a Equação 1. φ = pd / ps , Equação 1 Esta grandeza indica qual a porcentagem do volume do ar está saturada por vapor de água. Exemplo: pd =702 Pa a 20°C; ps = 2340 Pa a 20°C; φ = pd/ ps = 702/2340 = 30 %. Se a umidade relativa do ar for conhecida, pode-se determinar o valor de pd pela Equação 2, ou pelo uso de tabelas ou gráficos como na Figura 2 - 2: pd = φ . ps, Equação 2 Patologia e Recuperação de Estruturas 30 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 PR ES SÃ O DE S AT UR AÇ ÃO D E V AP OR D E AG UA TEMPERATURA °C 2340 Pa Pressão de saturação de vapor de água no ar, em função da temperatura. Patologia e Recuperação de Estruturas 31 Pressões parciais e de saturação do ar por vapor de água, em função da temperatura e umidade relativa. ü para a curva de UR igual a 80 % e à temperatura de 30 o C, a pressão parcial de vapor de água pd é igual a 3395,2 Pa; ü para a curva de UR igual a 60 % e à temperatura de 10 o C, a pressão parcial de vapor de água pd é igual a 736,8 Pa. Patologia e Recuperação de Estruturas 32 7.2 Umidade absoluta do ar 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Temperatura do ar (°C) Te or d e aq ua (g /m 3 ) 100% 80% 60% 40% 20% A umidade absoluta, também chamada de teor absoluto de água no ar, indica, a uma determinada temperatura e umidade relativa do ar, a quantidade de vapor de água presente em um metro cúbico de ar. Normalmente é expressa em g/m3, e o seguinte exemplo pode ser dado a partir da Figura 2 - 4: O ar a uma temperatura de 20°C e com 30% de umidade relativa contém uma quantidade de água de 5,2 g/m3 (umidade absoluta). Variação do teor de água no ar, em função da temperatura, correspondente à umidade absoluta. Temperatura U m idade absoluta Patologia e Recuperação de Estruturas 33 7.3 Temperatura do ponto de orvalho e condensação Pela queda de temperatura (resfriamento do ar), sem entrada ou saída de vapor de água, aumenta a umidade relativa. O ar saturado de vapor de água possui uma umidade relativa de 100%. Se o resfriamento continuar, o ar não mais tem condições de “reter“ o vapor de água presente; o vapor de água se condensa em névoa ou se deposita nas superfícies em forma de orvalho 0 5 10 15 20 25 30 35 40 40 50 60 70 80 90 100 Umidade relativa do ar (%) Te m pe ra tu ra d o po nt o de orv al ho (° C ) 40° C 15° 30° 35° 25° 20° Temperatura do ar Patologia e Recuperação de Estruturas 34 Um ida de re lat iva do ar = 10 0% -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % Diagrama para determinação da temperatura de condensação Te mp er atu ra de co nd en sa çã o ( ºC ) Temperatura do ar (ºC) Patologia e Recuperação de Estruturas 35 D en si da de d o flu xo d e m as sa c on de ns ad a Temperatura da superfície da parede Patologia e Recuperação de Estruturas 36 8. Introdução aos mecanismos de transporte de massa 8.1 Infiltração A maneira mais comum de ocorrer o transporte de água é por infiltração, ou seja, pela penetração de água sob ação da gravidade ou sob pressão. Se houver contato de materiais porosos diretamente com a água na forma líquida, por exemplo em fundações, pelo efeito da pressão hidrostática a água penetra nos poros, desde que o tamanho dos mesmos seja por volta ou menor do que 1 mm. Patologia e Recuperação de Estruturas 37 8.2 Capilaridade Os materiais e componentes de construção usados em paredes em geral, são materiais cerâmicos (de cerâmica vermelha, de cimento Portland, de silício-calcário ou celulares) e como característica possuem poros de diferentes tipos e tamanhos, interligados ou não, formando uma rede capilar. Como as moléculas de água são de menor dimensão do que os capilares, ocorre o transporte de água por absorção capilar. A força motriz é a capilaridade. 8.3 Evaporação A evaporação é um mecanismo de transporte que ocorre em sentido contrário à absorção capilar. Em função de sua intensidade pode-se alcançar um equilíbrio na parede, dependente do material constituinte e da incidência de água. Patologia e Recuperação de Estruturas 38 8.4 Difusão Entre regiões com diferentes teores de umidade do ar, e portanto, com diferentes pressões parciais de vapor de água, ocorre uma difusão do vapor de água, até o estabelecimento do equilíbrio de pressões. 8.5 Convecção Uma corrente de vapor de água, de determinado volume, movimenta-se através de aberturas de ventilação natural (janelas, portas ou juntas) ou também, através de equipamentos de ventilação artificial, de um ambiente para outro ou para o exterior (ou interior). A taxa de renovação de ar significa em quanto tempo se procede à completa substituição do volume de ar de um compartimento. Em habitações de países frios, onde há em geral isolamento térmico nos ambientes, a renovação normal de ar é de 0,8 a 1 vez por hora. Patologia e Recuperação de Estruturas 39 8.6 Migração ou cinética elétrica Outro mecanismo para o transporte da água é a migração ou cinética elétrica. Se um capilar estiver preenchido com água, normalmente ocorre uma separação por pólos elétricos: as paredes dos capilares apresentam normalmente uma carga negativa; esta carga fica então compensada com a carga positiva do líquido. Assim, é criada uma diferença de potencial, chamada de “potencial zeta”. Não só a quantidade de cargas é função do tipo de poros e da composição química da água dos capilares, mas também a polaridade. Patologia e Recuperação de Estruturas 40 8.7 Porosidade dos materiais de construção A porosidade é conceituada como sendo a relação porcentual entre o volume total de poros de um sólido e o seu volume aparente. Assim, a caracterização do volume total de poros ou porosidade é dada pela Equação 3: P = Vp / Vs, Equação 3 Onde: P = porosidade do material Vp = volume total de poros Vs = volume aparente do material poroso Patologia e Recuperação de Estruturas 41 - Macroporos ou Mesoporos: de raio acima de 0,1 mm (10-4 m), com absorção de água especialmente por efeito de pressão (infiltração). Nestes poros o movimento de água capilar é interrompido. Eles são, portanto, “bloquedores“ da capilaridade; - - Poros capilares: com raio entre 100 nm (10-7m) e 0,1 mm (10-4 m), com absorção capilar de água na forma líquida e em forma de vapor. A absorção de água em forma líquida só ocorre em poros nessa faixa, por causa das forças capilares, determinadas pela microestrutura do material constituinte. - Microporos: com raio abaixo de 100 nm (10-7 m), com absorção de água só em forma de vapor. Patologia e Recuperação de Estruturas 42 M a c r o p o r o s fluxo P o r o s c a p i l a r e s t r a n s p o r t e c a p i l a r M i c r o p o r o s condensação capilar D i f u s ã o d e v a p o r d e á g u a Patologia e Recuperação de Estruturas 43 8.8 Conceitos sobre umidade dos materiais de construção Material Densidade de massa aparente Porosidade aparente Absorção de água máxima kg/m3 % vol. % vol. Tijolos maciços 1610 40 21 Blocos cerâmicos 930 52 24 Blocos sílico-calcários 1750 34 25 Concreto leve 1950 26 22 Concreto celular 610 69 39 Granito 2620-2850 0,4-1,5 0,4-1,4 Arenito 2640-2720 0,5-25 0,5-24 Mármore 2700-2900 0,5-2,0 0,4-1,8 Patologia e Recuperação de Estruturas 44 um = mh (M. - %) ms Equação 4 uv = um . rm (Vol. - %) rh Equação 5 A umidade do material indica a quantidade de água presente e é dada em percentual de massa, ou também em percentual de volume. Este número indica quantas gramas de água líquida estão presentes numa determinada quantidade de massa ou de volume do material. A Equação 4 e a Equação 5, a seguir, representam e relacionam esses conceitos: Onde: um = umidade do material em massa, em %; mh = massa de água no material, em g; ms = massa seca do material, em g; uv = umidade do material em volume, em %; rm = densidade de massa do material seco; rh = densidade de massa da água. Patologia e Recuperação de Estruturas 45 Material Umidade normal em obra (Vol%) Umidade máxima em obra (Vol.%) Umidade de saturação(Vol. %) Tijolo Concreto celular Concreto normal 1 3...4 Aprox.5 10....12 Aprox..30 Aprox..10 20 80 20 Patologia e Recuperação de Estruturas 46 9. Transporte de água por absorção capilar Como capilaridade se entende o somatório dos fenômenos físicos que atuam em líquidos sujeitos a tensões em sua superfície (tensão da interface ar- líquido, tensão superficial), Patologia e Recuperação de Estruturas 47 Velocidade de absorção capilar A velocidade de absorção capilar, no início do processo, é diretamente proporcional ao raio dos capilares. Ou seja, a velocidade de absorção é muito maior em um material com poros capilares grandes do que em um material com poros capilares pequenos, em função do menor atrito no transporte. Elevação capilar A altura de umidade atingida por ascensão capilar é inversamente proporcional ao raio dos capilares: ou seja, quanto menor o raio do capilar maior a altura alcançada. No entanto, poros pequenos, em virtude da maior resistência ao transporte (atrito), apresentam velocidade de absorção menor, retardando a elevação capilar. Dimensão dos poros Para as duas variáveis anteriores descritas podem ser indicados os seguintes limites, como ordem de grandeza: - Em poros com raio inferior a 0,1 µm (isto é, em microporos segundo a Fig. 2 - 9), a velocidade de absorção de água capilar tende a zero; - Em poros com raio superior a 100 µm (isto é, em macroporos segundo a Fig. 2 - 9), a elevação capilar tende a zero. Patologia e Recuperação de Estruturas 48 Coeficiente de absorção capilar de água O coeficiente de absorção capilar de água caracteriza a absorção de água dos materiais de construção em contato com água no estado líquido e, portanto, o seu comportamento com relação à capilaridade. O valor de w expressa a quantidade de água absorvida em 1 hora por unidade de superfície do material e a raiz quadrada do tempo. Conforme ilustra a Figura 2 - 12, o valor do coeficiente de absorção de água w indica a quantidade de água absorvida pela superfície, no tempo de 1 hora, pela Equação 7: m = w . √t, Equação 7 Onde: m = quantidade de água absorvida, em kg/m2 w = coeficiente deabsorção capilar de água, em kg/(m2.h0,5) t = tempo, em horas. Patologia e Recuperação de Estruturas 49 Em função da capacidade de absorção capilar de água, os materiais de construção podem ser divididos em 4 grupos: - absorventes: w > 2,0 kg / (m2.h0,5) Exemplo: reboco de argamassa de cal, concreto celular ; - resistentes: w 5 5 0,5 - 2 0,01 - 7 Patologia e Recuperação de Estruturas 51 Transporte por difusão A difusão de vapor de água ocorre quando moléculas de vapor de água se deslocam no ar ambiente. A movimentação das moléculas ocorre das regiões de maior concentração de vapor de água para as de menor concentração. Casos típicos podem ocorrer em ambientes com elevada geração de vapor, como cozinhas industriais, saunas e outros. Patologia e Recuperação de Estruturas 52 A resistência à difusão é mais facilmente avaliada por camada de ar com difusão equivalente com espessura sd, e essa propriedade esta exemplificada para alguns materiais na Tabela 2 - 5. O valor é calculado pela equação 8: sd = m. s Equação 8 Onde: s = espessura da camada do material em m m = coeficiente de resistência à difusão de vapor Tipo de reboco (espessura) Sd (m) Tipo de pintura (espessura) Sd (m) Argamassa de cal 0,15 Tinta a base de cal 0,03 Argamassa de cal hidráulica 0,20 Tinta a bse de silicatos 0,01 Argamassa de cimento 0,30 Tinta a base de dispersões de silicatos 0,02 Gesso e argamassa de gesso e cal 0,10 Tinta a base de dispersões 0,04 Argamassa de silicatos e dispersão 0,15 Tinta a base de cola 0,03 Argamassa de resina sintética 0,50 Tinta a base de emulsões de silicone 0,05 Argamassa de recuperação 0,12 Verniz a base de resinas sintéticas 0,20 Patologia e Recuperação de Estruturas 53 3Aprox. 30Espessura 10cmMateriais isolantes térmicos 200Aprox. 2.000 000 Espessura 100 mLâmina de alumínio Placas de gesso acartonado 0,8-2Aprox. 40Espessura 2cmMadeira 30100Concreto armado 4,515Blocos sílico-calcáreos 310Blocos vazados cerâmicos 310Tijolos maciçosPedras e concreto (sd-Valor para 30cm espessura) 0,45Aprox. 4500 Tintas acrílicas 0,05Aprox. 260Tintas a base de resinas silicone Tintas a base de colas 0,04Aprox. 330Tintas de dispersão 0,03Aprox. 200Tintas de dispersão de silicatos 0,03Aprox. 200Tintas de silicatos 0,03-Tintas a calPinturas (sd-valor para 150 m espessura) 0,10Rebocos de recuperação 0,50Argamassas de resinas sintéticas 0,15Argamassas de dispersão de silicatos 0,10Argamassas de gesso e de gesso-cal 0,3050Argamassas de cimento 0,20Argamassas de cal hidráulica 0,1520Argamassas de calRebocos e argamassas (sd-valor para 10mm espessura) sd-Valor em m -ValorMaterial Grupo de materiais 3Aprox. 30Espessura 10cmMateriais isolantes térmicos 200Aprox. 2.000 000 Espessura 100 mLâmina de alumínio Placas de gesso acartonado 0,8-2Aprox. 40Espessura 2cmMadeira 30100Concreto armado 4,515Blocos sílico-calcáreos 310Blocos vazados cerâmicos 310Tijolos maciçosPedras e concreto (sd-Valor para 30cm espessura) 0,45Aprox. 4500 Tintas acrílicas 0,05Aprox. 260Tintas a base de resinas silicone Tintas a base de colas 0,04Aprox. 330Tintas de dispersão 0,03Aprox. 200Tintas de dispersão de silicatos 0,03Aprox. 200Tintas de silicatos 0,03-Tintas a calPinturas (sd-valor para 150 m espessura) 0,10Rebocos de recuperação 0,50Argamassas de resinas sintéticas 0,15Argamassas de dispersão de silicatos 0,10Argamassas de gesso e de gesso-cal 0,3050Argamassas de cimento 0,20Argamassas de cal hidráulica 0,1520Argamassas de calRebocos e argamassas (sd-valor para 10mm espessura) sd-Valor em m -ValorMaterial Grupo de materiais Patologia e Recuperação de Estruturas 54 Transporte por sorção e dessorção higroscópica Materiais porosos têm a tendência ao equilíbrio da umidade com o ambiente envolvente, é a chamada umidade de equilíbrio ou umidade higroscópica, e sendo que o transporte se dá por sorção e dessorção higroscópica. Em função da umidade relativa do ar, são adsorvidas moléculas de água nas paredes dos poros internos dos materiais ou disponibilizadas moléculas de água, para evaporação. Material Umidade Higroscópica de equilíbrio em % ( umidade relativa do ar correspondente) Tijolos antigosde Estruturas 60 10. Transporte de sais pelos materiais de construção Tipos de sais envolvidos nos mecanismos de deterioração A indicação de “salitre” é muitas vezes utilizada para o diagnóstico de eflorescências em alvenarias, mas é genérica e muitas vezes incorreta. A denominação “salitre” identifica corretamente apenas o nitrato de cálcio (Ca (NO3)2 . 4H2O). Ao lado de nitratos aparecem os sulfatos e cloretos como sais responsáveis por anomalias e danos nas edificações em serviço. Do ponto de vista do comportamento patológico dos sais, as seguintes características são importantes: - Solubilidade; - Pressão de cristalização; - Pressão de hidratação; - Higroscopicidade; - Osmose. Patologia e Recuperação de Estruturas 61 3 CaO.Al2O3 .3CaSO4 .32H2OEtringita K2SO4Sulfato de potassio Na2SO4...10H2OMirabilit, Glaubersalz NH4NO3Ammonsalpet er Na2SO4Sulfato de natrio NaNO3NitronatritMgSO4...7H2O Epsomit Mg(NO3)2 . 6H2ONitromagnesitMgSO4...6H2O Hexahydrit Mg(NO3)2Nitrato de magnesio MgSO4 . H2OKieserit KNO3NitrokalitMgSO4Sulfato de magnesio 5Ca(NO3)2..4NH4NO .10H2O Salitre de calcio CaSO4 . 2 H2OSulfato de calcio, Gesso Ca(NO3)2...4H2ONitrato de calcio (Salitre) CaSO4 . 1/2H2OBasanita Ca(NO3)2Nitrato de calcio Nitratos CaSO4Sulfato de calcio Sulfatos K2CO3 . 2H2OCarbonato de potassio K2CO3Carbonato de potassio MgCl2 . 6H2OMagnesiumchl orid, Bischofit KHCO3Calcinita MgCl2Cloreto de magnesio Na2CO3 . H2OThermonatrit CaCl2 . 6H2OAntracitaNa2CO3 . 10H2OCarbonato deNatrio, Soda CaCl2Cloreto de calcio MgCO3Carbonato de magnesio Magnesita KClCloreto de potassio CaMg(CO3)2Dolomita NaClCloreto de natrio Halita Cloretos CaCO3Calcita Carbonatos Formula quimicaDenominacaoGrupoFormula quimicaDenominacaoGrupos 3 CaO.Al2O3 .3CaSO4 .32H2OEtringita K2SO4Sulfato de potassio Na2SO4...10H2OMirabilit, Glaubersalz NH4NO3Ammonsalpet er Na2SO4Sulfato de natrio NaNO3NitronatritMgSO4...7H2O Epsomit Mg(NO3)2 . 6H2ONitromagnesitMgSO4...6H2O Hexahydrit Mg(NO3)2Nitrato de magnesio MgSO4 . H2OKieserit KNO3NitrokalitMgSO4Sulfato de magnesio 5Ca(NO3)2..4NH4NO .10H2O Salitre de calcio CaSO4 . 2 H2OSulfato de calcio, Gesso Ca(NO3)2...4H2ONitrato de calcio (Salitre) CaSO4 . 1/2H2OBasanita Ca(NO3)2Nitrato de calcio Nitratos CaSO4Sulfato de calcio Sulfatos K2CO3 . 2H2OCarbonato de potassio K2CO3Carbonato de potassio MgCl2 . 6H2OMagnesiumchl orid, Bischofit KHCO3Calcinita MgCl2Cloreto de magnesio Na2CO3 . H2OThermonatrit CaCl2 . 6H2OAntracitaNa2CO3 . 10H2OCarbonato deNatrio, Soda CaCl2Cloreto de calcio MgCO3Carbonato de magnesio Magnesita KClCloreto de potassio CaMg(CO3)2Dolomita NaClCloreto de natrio Halita Cloretos CaCO3Calcita Carbonatos Formula quimicaDenominacaoGrupoFormula quimicaDenominacaoGrupos Patologia e Recuperação de Estruturas 62 Características dos sais Solubilidade Os sais prejudiciais à durabilidade das edificações são em princípio aqueles facilmente solúveis em água. Esta característica faz com que possam ser transportados e distribuídos pelos movimentos da água, em todos os materiais porosos. A altura de ascensão capilar dos sais é função do seu grau de solubilidade. REBOCO ALTA EFLORECÊNCIA CLORETO E NITRATO PISO SULFATO PRECIPITAÇÃO NIVEL DO SOLO UMIDADE ASCENDENTE COM IONS DISSOLVIDOS DE : Na, K, Ca, Mg, SO4, CO3, Cl, NO3 PAREDE Patologia e Recuperação de Estruturas 63 Sal Denominação Solubilidade CaCl2 Cloreto de cálcio 42,5 Ca(NO3)2 Nitrato de cálcio 56,0 Ca(NO3)2..4H2O Nitrato de cálcio "salitre" 266,00 CaCO3 Carbonato de cálcio 0,0015 CaSO4 Sulfato de cálcio 0,199 CaSO4..2H2O Sulfato de cálcio "gesso" 0,24 KCl Cloreto de potássio 25,5 K2CO3 Carbonato de potássio 52,5 KNO3 Nitrato de potássio 24,0 K2SO4 Sulfato de potássio 10,0 MgCl2 Cloreto de magnésio 35,2 Mg(NO3)2 Nitrato de magnésio 41,5 MgCO3 Carbonato de magnésio 0,0034 MgSO4 Sulfato de magnésio 25,8 MgSO4..2H2O Sulfato de magnésio (sal amargo) 71,0 Na2SO4..10H2O Sulfato de sódio 11,0 Na2CO3..10H2O Carbonato de Sódio 21,0 NaCl Cloreto de sódio 26,5 NaNO3 Nitrato de sódio 46,4 NaSO4 Sulfato de sódio 16,2 Solubilidade de sais mais comuns em deterioração de materiais de construção (g de sal/100 g de água, a 20 oC). Patologia e Recuperação de Estruturas 64 Pressão de cristalização Se os capilares de um material contiverem soluções super saturadas de sais, ocorrerá um aumento de volume na passagem do estado líquido ao cristalino. Isto significa que a solução supersaturada apresenta volume menor do que o somatório dos cristais constituintes da solução. Se a solução supersaturada preencher totalmente os poros e capilares, por ocasião da secagem e conseqüente cristalização dos sais, ocorrerá uma pressão hidrostática nas paredes dos poros, a chamada pressão de cristalização. Esta pressão depende, entre outras, do grau de super saturação de uma solução salina e das condições de temperatura. Existem dois tipos de cristalização: - cristalização por evaporação da solução, por exemplo, por mudanças na umidade do ar; - cristalização por reações químicas. Patologia e Recuperação de Estruturas 65 Fórmula química Volume Molar Pressão de cristalização (N/mm 2) C / Cs = 2 C / Cs = 10 0 ºC 50 ºC 0 ºC 50 ºC CaSO4 . 1/2H2O 46 33,5 39,8 112,0 132,5 CaSO4 . 2H2O 55 28,2 33,4 93,8 111,0 MgSO4 . 7H2O 147 10,5 12,5 35,0 41,5 MgSO4 . 6H2O 130 11,8 14,1 39,5 49,5 MgSO4 . 1H2O 57 27,2 32,4 91,0 107,9 Na2SO4 . 10H2O 220 7,2 8,3 23,4 27,7 Na2SO4 53 29,2 34,5 97,0 115,0 NaCl 28 55,4 65,4 184,5 219,0 Na2CO3 . 10H2O 199 7,8 9,2 25,9 30,8 Na2CO3 . 7H2O 154 10,0 11,9 33,4 36,5 Na2CO3 . 1H2O 55 28,0 33,3 93,5 110,9 Pressão de cristalização a 0 oC e a 50 oC, para soluções supersaturadas em 2 e 10 vezes o limite de solubilidade Patologia e Recuperação de Estruturas 66 Pressão de hidratação Diversos sais apresentam, na fase de cristalização ou em determinadas temperaturas, a propriedade de armazenar água em sua estrutura cristalográfica, sendo essa a origem do aumento de volume. Para que ocorra a pressão de hidratação são necessários diversos requisitos: - o sal deve ser passível de cristalização com diferentes teores de água; - a entrada de água deve ser possível; - condições de pressão e temperatura ambiente que levem à ultrapassagem do ponto de transformação da fase anidra ou semi-hidratada para a fase rica em água; - geometria dos poros específica como obstáculo para a cristalização dos sais na fase rica em água. Patologia e Recuperação de Estruturas 67 Transformação mineral Reacão química Fator de incremento de volume Bassanita para gipsita CaSO4 . 1/2H2O + 1,5 H2O ® CaSO4 . 2 H2O 1,4 Sulfato de magnésio hidratado para Epsomita MgSO4. ..6H2O + H2O ® MgSO4. ..7H2O 1,1 Sulfato de magnésio hidratado para Hexadrita MgSO4 . H2O + 5 H2O ® MgSO4...6H2O 2,3 Tenardita para Mirabilita Na2SO4 + 10 H2O ® Na2SO4...10H2O 4,2 Thermonatrit para Soda Na2CO3 . H2O + 9 H2O ® Na2CO3 . 10H2O 3,6 Exemplos de reações de hidratação e pressão de hidratação correspondentes Patologia e Recuperação de Estruturas 68 Obrigado pela atenção! emesquita@ufc.br