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Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos José Miguel Rodrigues Tuna Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil Presidente: Doutor Augusto Martins Gomes Orientador: Doutora Inês dos Santos Flores Barbosa Colen Orientador: Doutor Jorge Manuel Caliço Lopes de Brito Vogal: Doutora Teresa Cláudio Diaz Gonçalves Outubro de 2011 Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos i Resumo A ocorrência de manifestações visíveis de sais solúveis em construções é uma das anomalias mais comuns, reflectindo-se a vários níveis: de habitabilidade, estético e, em último caso, estrutural. A recuperação de paredes afectadas pela presença de sais é muitas vezes problemática, sendo que a maioria das intervenções é de reduzido sucesso, surgindo novamente o mesmo tipo de anomalias. O presente estudo tem como objectivo principal avaliar a presença de sais em paredes. Paralelamente, pretende-se conhecer e aplicar de forma aprofundada as técnicas de avaliação de eflorescências e outros compostos salinos. É definida uma metodologia de diagnóstico que é aplicada aos vários casos de estudo. A interacção entre as diferentes técnicas aplicadas durante a dissertação pode melhorar de forma substancial a avaliação feita a paredes sujeitas à acção de sais. Estas técnicas podem ser divididas em três grupos: as técnicas de análise sensorial que utilizam, como o próprio nome indica, os sentidos do corpo humano, as técnicas de avaliação in-situ e as de laboratório. Neste sentido, pretende-se analisar a aplicabilidade das técnicas utilizadas, bem como a sua sensibilidade aos factores envolvidos nessa utilização. Como objectivo final, pretende-se associar aos diferentes tipos de eflorescências as respectivas causas, tornando práticas e eficazes as metodologias de inspecção e reabilitação. Foram analisados 10 casos de estudo distintos, sendo efectuadas 153 análises ao longo de todo o trabalho experimental através das técnicas de avaliação in-situ e em laboratório. A utilidade das técnicas de ensaio e da metodologia de diagnóstico na avaliação da presença de sais em paramentos foi comprovada. Palavras-chave: Análise sensorial; ensaios in-situ; metodologia de avaliação; sais solúveis; técnicas de laboratório Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos ii Abstract The occurrence of visible manifestations of soluble minerals (salt) is one of the most common anomalies in building construction. When it is not taken seriously it can have negative impact on living, esthetical and, ultimately, structural conditions. The rehabilitation of walls affected by salt can frequently be problematic. Experience indicates that interventions only have a temporary effect since symptoms of the phenomenon usually reappear over time. The present thesis main objectives can be resumed as understanding the efflorescence phenomena, contributing to enrich the knowledge on the evaluation techniques concerning this anomaly and other saline compounds. To apply in various case studies, a diagnosis methodology is defined. Interaction between the different techniques applied during this thesis can substantially increase the quality of the evaluation of walls affected by salts. These techniques can be divided into three groups: sensorial analysis, which use, as its name suggests, the human body senses, in-situ evaluation and laboratorial techniques. The applicability of the techniques used, as well as their sensitivity to various factors involved, are also studied. The last objective is to associate different types of efflorescences to the corresponding causes, leading to more efficient and practical inspection and rehabilitation methodologies. Ten distinct case studies were analyzed, resulting in 153 analyses throughout the experimental work using laboratorial and in-situ evaluation techniques. The utility of testing techniques and diagnosis methodologies to asses the presence of salts in walls was confirmed. Key Words: Sensorial analysis; in-situ techniques; evaluation methodology; soluble salts; laboratorial techniques. Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos iii Agradecimentos Esta dissertação é o resultado de um longo período de trabalho. Durante este período, diversas pessoas contribuíram, a diferentes níveis mas de forma decisiva, para a sua realização, merecendo por isso o meu sincero agradecimento: À Professora Inês Flores-Colen, minha orientadora científica, pela energia e empenho demonstrados ao longo de todo o trabalho, pela partilha de conhecimento sobre o tema e, sobretudo, pela atenção e disponibilidade constantes na análise de resultados e na revisão do texto. Ao Professor Jorge de Brito, meu co-orientador científico, pela disponibilidade, informação e conhecimento transmitido e, especialmente, pelo rigor e espírito crítico colocados no desenvolvimento e revisão de todo o trabalho. Ao Doutor Manuel Francisco Costa Pereira, pela sua colaboração, disponibilização de utilização de equipamentos do Laboratório de Mineralogia e Petrologia do IST (LAMPIST) pertencente ao Centro de Petrologia e Geoquímica (CEPGIST), e ainda pela sua dedicação e disponibilidade. À Doutora Elisabete Silva e ao laboratório de Engenharia Química do IST, pela disponibilidade e pela possibilidade de realizar a formulação das soluções padrão dos vários tipos de iões. Ao senhor Leonel Silva o apoio e ao laboratório de construção do DECivil / IST, pela possibilidade de realização dos ensaios das fitas colorimétricas e kit de campo. A todos os autores e investigadores que, com o seu trabalho, contribuíram para um melhor conhecimento do tema e para o desenvolvimento de todo este trabalho. A todos os colegas e amigos do Instituto Superior Técnico, pelo apoio, amizade e disponibilidade ao longo de todo o meu percurso académico. À minha família mais próxima que, de algum modo, ajudou na realização deste trabalho. Agradeço, em especial, aos meus pais, pela ajuda preciosa na revisão do texto e pelo esforço realizado durante estes anos de curso, assim como pelo amor, apoio e compreensão que sempre souberam dar. Finalmente, à Patrícia, pelo apoio incondicional, compreensão e paciência durante todos os momentos que dediquei a este trabalho. Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos iv Índice geral Resumo .......................................................................................................................................... i Abstract .......................................................................................................................................... ii Agradecimentos............................................................................................................................. iii Índice geral .................................................................................................................................... iv Índice de figuras ........................................................................................................................... vii Índice de quadros .......................................................................................................................... xi Abreviaturas ................................................................................................................................xiv Simbologia .................................................................................................................................... xv 1. Introdução ............................................................................................................................. 1 1.1. Enquadramento e justificação da investigação ............................................................. 1 1.2. Objectivos e metodologia de investigação .................................................................... 2 1.3. Estrutura e organização do texto .................................................................................. 3 2. Caracterização das eflorescências e da sua origem ............................................................ 5 2.1. Considerações gerais .................................................................................................... 5 2.2. Caracterização de eflorescências ................................................................................. 7 2.3. Mecanismos de aparecimento de eflorescências ....................................................... 12 2.4. Influência de sais solúveis na secagem dos materiais ............................................... 14 2.5. Consequências das eflorescências ............................................................................. 16 2.6. Formas de prevenção ................................................................................................. 17 2.7. Gravidade e probabilidade de ocorrência ................................................................... 19 2.8. Conclusões do capítulo ............................................................................................... 21 3. Métodos de avaliação das eflorescências e de outros compostos salinos ........................ 23 3.1. Considerações gerais .................................................................................................. 23 3.2. Análise sensorial ......................................................................................................... 24 3.2.1. Inspecção visual e análise documental ............................................................... 24 3.2.2. Avaliação olfactiva ............................................................................................... 24 3.2.3. Avaliação táctil ..................................................................................................... 24 3.2.4. Avaliação gustativa .............................................................................................. 25 3.2.5. Avaliação auditiva ................................................................................................ 25 Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos v 3.3. Técnicas in-situ ............................................................................................................ 25 3.3.1. Kit de campo ........................................................................................................ 25 3.3.2. Fitas colorimétricas .............................................................................................. 28 3.3.3. Medidor de pH, condutividade e total de sólidos dissolvidos (TDS) ................... 29 3.3.4. Medidor de contaminação de sal ........................................................................ 31 3.4. Técnicas de laboratório ............................................................................................... 32 3.4.1. Cromatografia iónica ........................................................................................... 32 3.4.2. Difracção de raios X ............................................................................................ 32 3.4.3. Espectrometria de fluorescência de raios X (EFRX) ........................................... 37 3.4.4. Lupa binocular ..................................................................................................... 39 3.4.5. Análise de espectroscopia de absorção de raios infravermelhos (FTIR) ........... 40 3.5. Conclusões do capítulo ............................................................................................... 42 4. Trabalho de campo ............................................................................................................. 45 4.1. Considerações gerais .................................................................................................. 45 4.2. Metodologia do trabalho de campo ............................................................................. 45 4.2.1. Material / equipamento de suporte à inspecção ................................................. 51 4.2.2. Técnicas utilizadas e parâmetros medidos ......................................................... 52 4.3. Calibração do kit de campo e fitas colorimétricas ....................................................... 52 4.4. Caracterização dos casos de estudo .......................................................................... 54 4.4.1. Caso de estudo I ................................................................................................. 54 4.4.2. Caso de estudo II ................................................................................................ 56 4.4.3. Caso de estudo III ............................................................................................... 56 4.4.4. Caso de estudo IV ............................................................................................... 58 4.4.5. Caso de estudo V ................................................................................................ 59 4.4.6. Caso de estudo VI ............................................................................................... 60 4.4.7. Caso de estudo VII .............................................................................................. 61 4.4.8. Caso de estudo VIII ............................................................................................. 62 4.4.9. Caso de estudo IX ............................................................................................... 63 4.4.10. Caso de estudo X ................................................................................................ 64 4.5. Ficha de inspecção tipo ............................................................................................... 65 4.6. Conclusões do capítulo ............................................................................................... 69 Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos vi 5. Apresentação e discussão dos resultados ......................................................................... 71 5.1. Considerações gerais .................................................................................................. 71 5.2. Resultados da calibração do kit de campo e das fitas colorimétricas ......................... 72 5.3. Casos de estudo .......................................................................................................... 75 5.3.1. Caso de estudo I ................................................................................................. 75 5.3.2. Caso de estudo II ................................................................................................82 5.3.3. Caso de estudo III ............................................................................................... 86 5.3.4. Caso de estudo IV ............................................................................................... 92 5.3.5. Caso de estudo V ................................................................................................ 95 5.3.6. Caso de estudo VI ............................................................................................... 98 5.3.7. Caso de estudo VII ............................................................................................ 101 5.3.8. Caso de estudo VIII ........................................................................................... 103 5.3.9. Caso de estudo IX ............................................................................................. 105 5.3.10. Caso de estudo X .............................................................................................. 108 5.4. Síntese e discussão geral dos resultados obtidos .................................................... 113 5.5. Conclusões do capítulo ............................................................................................. 121 6. Conclusões e desenvolvimentos futuros .......................................................................... 125 6.1. Considerações finais ................................................................................................. 125 6.2. Conclusões gerais ..................................................................................................... 126 6.3. Desenvolvimentos futuros ......................................................................................... 128 Bibliografia ................................................................................................................................. 129 Anexos ....................................................................................................................................... 135 Anexo I - Ficha de ensaio kit de campo ..................................................................................... I Anexo II - Ficha de ensaio fitas colorimétricas ........................................................................ VI Anexo III - Formulação das soluções padrão .......................................................................... IX Anexo IV - Ficha de inspecção - exemplo .............................................................................. XII Anexo V - Relatório da análise com difractómetro de raios X (DRX) - exemplo do caso de estudo VIII ............................................................................................................................ XVII Anexo VI - Gráfico de uma análise de espectrometria de fluorescência de raios X (EFRX) - exemplo do caso de estudo VII ........................................................................................... XVIII Anexo VII - Gráfico de uma análise de espectroscopia de absorção de raios infravermelhos (FTIR) - exemplo do caso de estudo III da amostra 2 .......................................................... XIX Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos vii Índice de figuras Figura 2.1 - Eflorescências na superfície de azulejos................................................................... 5 Figura 2.2 - Eflorescências na superfície da placa cerâmica e nas juntas ................................... 5 Figura 2.3 - Eflorescências em pinturas rupestres ........................................................................ 6 Figura 2.4 - Escultura afectada pela cristalização de sais ............................................................ 6 Figura 2.5 - Eflorescência em pintura ou fresco ........................................................................... 6 Figura 2.6 - Agregado radial de cristais aciculares de trona ......................................................... 8 Figura 2.7 - Cristal prismático subédrico de fosfato de cálcio ...................................................... 8 Figura 2.8 - Eflorescência“fluffy” .................................................................................................. 8 Figura 2.9 - Eflorescência pulverulenta ......................................................................................... 9 Figura 2.10 - Fluxograma do mecanismo de degradação de sais .............................................. 13 Figura 2.11 - Representação esquemática da humidade no interior das paredes devido a várias causas ......................................................................................................................................... 14 Figura 2.12 - Modelo que relaciona a presença de água ou de uma solução salina com a ascensão capilar em paredes: a preto parede seca; a azul água no esquema à esquerda e solução salina no esquema à direita ........................................................................................... 15 Figura 2.13 - Cristalização na 1ª fase de secagem provocando eflorescências ........................ 16 Figura 2.14 - Cristalização na 2ª fase de secagem provocando criptoflorescências ................. 16 Figura 2.15 - Eflorescência ......................................................................................................... 17 Figura 2.16 - Princípios de funcionamento dos vários tipos de revestimentos ........................... 18 Figura 2.17 - Distribuição, numa parede, da migração ascensional, das soluções salinas mais comuns ........................................................................................................................................ 20 Figura 3.1 - Kit de campo ............................................................................................................ 26 Figura 3.2 - Etapas principais do kit de campo ........................................................................... 27 Figura 3.3 - Fitas colorimétricas: procedimento simplificado ...................................................... 28 Figura 3.4 - Medidor de pH e TDS .............................................................................................. 29 Figura 3.5 - Medição da quantidade de sal através da condutividade........................................ 31 Figura 3.6 - Equipamento para difracção de raio X .................................................................... 33 Figura 3.7 - Eflorescência retirada em estado puro .................................................................... 33 Figura 3.8 - Restante material retirado do local .......................................................................... 33 Figura 3.9 - Processo de trituração da amostra .......................................................................... 33 Figura 3.10 - Ampola onde é colocada a amostra ...................................................................... 34 Figura 3.11 - Introdução da amostra na ampola ......................................................................... 34 Figura 3.12 - Preparação da superfície para introdução ............................................................ 34 Figura 3.13 - Introdução da cápsula na máquina ........................................................................ 34 Figura 3.14 - Modelo de funcionamento da DRX ........................................................................ 35 Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos viii Figura 3.15 - Gráfico com os picos de maior intensidade........................................................... 35 Figura 3.16 - Gráfico onde são apresentadas as substâncias mais abundantes na amostra .... 36 Figura 3.17 - Equipamento de espectrometria de fluorescência de raios X ............................... 37 Figura 3.18 - Preparação da amostra antes de a inserir na máquina ......................................... 37 Figura 3.19 - Introdução da cápsula na máquina de análise ...................................................... 38 Figura 3.20 - Gráfico representativo dos picos de intensidade dos átomos presentes na amostra ..................................................................................................................................................... 39 Figura 3.21 - Lupa binocular ....................................................................................................... 39 Figura 3.22 - Secções fotografadas através da lupa binocular ................................................... 40 Figura 3.23 - Espectro electromagnético .................................................................................... 40 Figura 3.24 - Exemplo de resultado obtido por análise FTIR ..................................................... 41 Figura 3.25 - Fluxograma com os vários métodos de avaliação de eflorescências .................. 43 Figura 4.1 - Fotos da anomalia e sua envolvente ....................................................................... 46 Figura 4.2 - Exemplo da análise gustativa .................................................................................. 46 Figura 4.3 - Exemplo de uma análise à textura .......................................................................... 46 Figura 4.4 - Exemplo da recolha de amostras ............................................................................ 47 Figura 4.5 - Relação entre a concentração em mg/l e mg/kg ..................................................... 48 Figura 4.6 - Fluxograma ilustrativo da metodologia de diagnóstico proposta ............................ 50 Figura 4.7 - Material de apoio à inspecção ................................................................................. 51 Figura 4.8 - Pesagem do sal na balança digital .......................................................................... 53 Figura 4.9 - Dissolução do sal em água destilada ...................................................................... 53 Figura 4.10 - Frascos de armazenamento das soluções padrão referentes ao ião sulfato ........ 54 Figura 4.11 - Frascos de armazenamento das soluções padrão referentes ao ião cloreto........ 54 Figura 4.12 - Frascos de armazenamento das soluções padrão referentes ao ião nitrato ........ 54 Figura 4.13 - Foto exterior do edifício (a anomalia esta localizada na parte interior da parede da zona assinalada a vermelho) ...................................................................................................... 55 Figura 4.14 - Foto geral da anomalia .......................................................................................... 55 Figura 4.15 - Anomalia detectada ............................................................................................... 56 Figura 4.16 - Fachada do edifício referente ao caso de estudo ................................................. 57 Figura 4.17 - Parede afectada pela presença de sais ................................................................ 57 Figura 4.18 - Aspecto da anomalia ............................................................................................. 58 Figura 4.19 - Foto do local onde foi detectada a anomalia ......................................................... 59 Figura 4.20 - Desprendimento de azulejos na fachada exterior do edifício ................................ 59 Figura 4.21 - Eflorescência presente no reboco ......................................................................... 60 Figura 4.22 - Eflorescência presente no revestimento pétreo .................................................... 60 Figura 4.23 - Restantes locais afectados .................................................................................... 60 Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos ix Figura 4.24 - Fotos da anomalia ................................................................................................. 61 Figura 4.25 - Eflorescência hidratada em Janeiro de 2011 ........................................................ 61 Figura 4.26 - Localização de toda a anomalia presente na parede ............................................ 62 Figura 4.27 - Pormenor da formação de bolhas e empolamentos da pintura da parede ........... 62 Figura 4.28 - Pilar afectado pela presença de sais ..................................................................... 63 Figura 4.29 - Foto da parede onde foi detectado a anomalia ..................................................... 63 Figura 4.30 - Foto do edifício relativo ao caso de estudo ........................................................... 64 Figura 4.31 - Local de recolha da amostra de estuque e sal na entrada do edifício .................. 65 Figura 4.32 - Local da recolha da amostra de pó ....................................................................... 65 Figura 4.33 - Local da recolha da amostra no painel de gesso cartonado ................................. 65 Figura 4.34 - Elementos a registar na ficha de inspecção (página 1 / 4) ................................... 66 Figura 4.35 - Elementos a registar na ficha de inspecção (página 2 / 4) ................................... 67 Figura 4.36 - Elementos a registar na ficha de inspecção (página 3 / 4) ................................... 68 Figura 4.37 - Elementos a registar na ficha de inspecção (página 4 / 4) ................................... 69 Figura 5.1 - Foto geral da anomalia detectada no caso de estudo I ........................................... 75 Figura 5.2 - Local de recolha da amostra 1 ................................................................................ 76 Figura 5.3 - Local de recolha da amostra 2 ................................................................................ 76 Figura 5.4 - Gráfico representativo dos picos de intensidade dos átomos de cálcio, magnésio, cloro, potássio e enxofre da amostra 2 de reboco segundo a análise EFRX ............................. 79 Figura 5.5 - Gráfico representativo dos picos de intensidade dos compostos identificados na amostra 2 de reboco pela análise DRX ...................................................................................... 80 Figura 5.6 - Local de recolha da amostra 1 ................................................................................ 83 Figura 5.7 - Local de recolha da amostra 2 ................................................................................ 83 Figura 5.8 - Gráfico representativo dos picos de intensidade dos átomos de sódio e cloro segundo a análise EFRX da amostra de tijolo ............................................................................ 85 Figura 5.9 - Empolamento da tinta e reboco ............................................................................... 87 Figura 5.10 - Eflorescência fofa, no local de recolha da amostra 1 ............................................ 87 Figura 5.11 - Local de recolha da amostra 2 .............................................................................. 87 Figura 5.12 – Local de recolha da amostra 3 .............................................................................. 87 Figura 5.13 - Gráfico representativo do espectro de infra-vermelhos da análise FTIR da amostra1 de eflorescência fofa ................................................................................................................ 91 Figura 5.14 - Eflorescência fofa .................................................................................................. 92 Figura 5.15 - Foto representativa do elevado volume das eflorescências.................................. 92 Figura 5.16 - Empolamento da tinta ............................................................................................ 92 Figura 5.17 - Local de recolha da amostra ................................................................................. 93 Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos x Figura 5.18 - Gráfico representativo dos picos de intensidade dos átomos de cálcio, sódio, potássio e enxofre da amostra de eflorescência segundo a análise EFRX ............................... 94 Figura 5.19 - Recolha da amostra ............................................................................................... 96 Figura 5.20 - Gráfico representativo dos picos de intensidade dos compostos identificados na amostra de pela análise DRX ...................................................................................................... 97 Figura 5.21 - Recolha e etiquetação da amostra ........................................................................ 99 Figura 5.22 - Etiquetação da amostra ......................................................................................... 99 Figura 5.23 - Gráfico representativo dos picos de intensidade do composto identificado na amostra de eflorescência pela análise DRX ............................................................................. 100 Figura 5.24 - Empolamento da tinta devido à presença de sais ............................................... 101 Figura 5.25 - Empolamento e bolhas na tinta ........................................................................... 103 Figura 5.26 - Local onde foi recolhido o betão destacado do pilar ........................................... 104 Figura 5.27 - Local da recolha da amostra ............................................................................... 105 Figura 5.28 - Parede afectada pela presença de sais .............................................................. 105 Figura 5.29 - Gráfico representativo dos picos de intensidade dos átomos de cálcio, sódio, cloro e enxofre segundo a análise EFRX .......................................................................................... 107 Figura 5.30 - Foto do local onde foi retirada a amostra de eflorescência na entrada do edifício ................................................................................................................................................... 109 Figura 5.31 - Gráfico representativo dos picos de intensidade dos compostos identificados na amostra 1 de reboco na entrada do edifício através da análise DRX ....................................... 111 Figura 5.32 - Gráfico representativo dos picos de intensidade dos compostos identificados na amostra 2 de sal da entrada do edifício através da análise DRX ............................................. 112 Figura 5.33 - Gráfico representativo dos picos de intensidade dos compostos identificados na amostra 3 de sal recolhida no quarto através da análise DRX ................................................. 112 Figura 5.34 - Fluxograma ilustrativo da metodologia de diagnóstico utilizada na avaliação de eflorescências............................................................................................................................ 120 Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos xi Índice de quadros Quadro 2.1 - Eflorescências - Composição, nome, solubilidade em água e fonte de contaminação .............................................................................................................................. 10 Quadro 2.2 - Eflorescências - Composição, nome, solubilidade em água e fonte de contaminação .............................................................................................................................. 11 Quadro 2.3 - Pressão de cristalização do cloreto de sódio e do sulfato de sódio ...................... 21 Quadro 3.1 - Parâmetros em serviço medidos pelo kit de sais fitas colorimétricas e medidor de pH ................................................................................................................................................ 27 Quadro 4.1 - Quadro resumo das técnicas utilizadas ................................................................. 52 Quadro 4.2 - Quadro resumo das soluções padrão realizadas .................................................. 53 Quadro 5.1 - Resultado das análises efectuadas com as soluções padrão ............................... 72 Quadro 5.2 - Resultado dos testes efectuados através do kit de campo e das fitas colorimétricas da amostra 1 (eflorescência fofa) ........................................................................ 76 Quadro 5.3 - Resultado dos testes efectuados através do kit de campo e das fitas colorimétricas da amostra 2 (reboco) .......................................................................................... 77 Quadro 5.4 - Resultado dos testes efectuados através da análise EFRX, FTIR e DRX da amostra 1 (eflorescência fofa) ..................................................................................................... 78 Quadro 5.5 - Resultado dos testes efectuados através da análise EFRX, FTIR e DRX da amostra 2 (reboco) ...................................................................................................................... 78 Quadro 5.6 - Resultado dos testes efectuados através do kit de campo e das fitas colorimétricas da amostra 1 (tijolo) ............................................................................................. 83 Quadro 5.7 - Resultado dos testes efectuados através do kit de campo e das fitas colorimétricas da amostra 2 (reboco) .......................................................................................... 84 Quadro 5.8 - Resultado dos testes efectuados através da análise EFRX e FTIR da amostra 1 (tijolo) ........................................................................................................................................... 84 Quadro 5.9 - Resultado dos testes efectuados através da análise EFRX e FTIR da amostra 2 (reboco) ....................................................................................................................................... 85 Quadro 5.10 - Resultado dos testes efectuados através do kit de campo e das fitas colorimétricas da amostra 1 (eflorescência fofa) ........................................................................ 87 Quadro 5.11 - Resultado dos testes efectuados através do kit de campo e das fitas colorimétricas da amostra 2 (reboco) .......................................................................................... 88 Quadro 5.12 - Resultado dos testes efectuados através do kit de campo e das fitas colorimétricas da amostra 3 (tinta, reboco e outros constituintes) .............................................. 88 Quadro 5.13 - Resultado dos testes efectuados através da análise EFRX e FTIR da amostra 1 (eflorescência fofa) ...................................................................................................................... 90 Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos xii Quadro 5.14 - Resultado dos testes efectuados através da análiseEFRX e FTIR da amostra 2 (reboco) ....................................................................................................................................... 90 Quadro 5.15 - Resultado dos testes efectuados através da análise EFRX e FTIR da amostra 3 (tinta, reboco e outros constituintes) ........................................................................................... 90 Quadro 5.16 - Resultado dos testes efectuados através do kit de campo e das fitas colorimétricas da amostra (eflorescência fofa) ........................................................................... 93 Quadro 5.17 - Resultado dos testes efectuados através da análise EFRX e DRX da amostra (eflorescência fofa) ...................................................................................................................... 94 Quadro 5.18 - Resultado dos testes efectuados através do kit de campo e das fitas colorimétricas da amostra (eflorescência) .................................................................................. 96 Quadro 5.19 - Resultado dos testes efectuados através da análise EFRX e DRX da amostra (eflorescência) ............................................................................................................................. 97 Quadro 5.20 - Resultado dos testes efectuados através do kit de campo e das fitas colorimétricas da amostra (eflorescência) .................................................................................. 99 Quadro 5.21 - Resultado dos testes efectuados através da análise EFRX e DRX da amostra (eflorescência) ............................................................................................................................. 99 Quadro 5.22 - Resultado dos testes efectuados através das fitas colorimétricas (eflorescência) ................................................................................................................................................... 102 Quadro 5.23 - Resultado dos testes efectuados através da análise EFRX e DRX da amostra (eflorescência) ........................................................................................................................... 102 Quadro 5.24 - Resultado dos testes efectuados através do kit de campo e das fitas colorimétricas da amostra (betão, tinta e eflorescência) .......................................................... 104 Quadro 5.25 - Resultado dos testes efectuados através da análise EFRX e DRX da amostra (betão, tinta e eflorescência) ..................................................................................................... 104 Quadro 5.26 - Resultado dos testes efectuados através do kit de campo e das fitas colorimétricas da amostra (rocha degradada) .......................................................................... 106 Quadro 5.27 - Resultado dos testes efectuados através da análise EFRX e FTIR da amostra (rocha degradada) ..................................................................................................................... 106 Quadro 5.28 - Resultado dos testes efectuados através do kit de campo e das fitas colorimétricas da amostra (estuque da entrada do edifício) ..................................................... 109 Quadro 5.29 - Resultado dos testes efectuados através do kit de campo e das fitas colorimétricas da amostra (eflorescência da entrada do edifício) ............................................. 109 Quadro 5.30 - Resultado dos testes efectuados através do kit de campo e das fitas colorimétricas da amostra (eflorescência recolhida no quarto) ................................................ 109 Quadro 5.31 - Resultado dos testes efectuados através da análise DRX da amostra 1 (estuque) ................................................................................................................................................... 110 Quadro 5.32 - Resultado dos testes efectuados através da análise DRX da amostra 2 (eflorescência da entrada do edifício) ....................................................................................... 110 Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos xiii Quadro 5.33 - Resultado dos testes efectuados através da análise DRX da amostra 3 (eflorescência recolhida no quarto) ........................................................................................... 110 Quadro 5.34 - Resultado dos testes efectuados através da análise DRX da amostra 4 (pó recolhido no exterior) ................................................................................................................. 111 Quadro 5.35 - Limites de concentrações dos vários iões para amostras de reboco ................ 114 Quadro 5.36 - Quadro resumo das análises sensoriais e dos testes efectuados in-situ e em laboratório aos vários casos de estudo ..................................................................................... 115 Quadro 5.37 - Quadro resumo das análises sensoriais e dos testes efectuados in-situ e em laboratório aos vários casos de estudo (continuação) .............................................................. 116 Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos xiv Abreviaturas APFAC - Associação Portuguesa dos Fabricantes de Argamassas de Construção CRAT - Centro Regional de Artes Tradicionais DECivil - Departamento de Engenharia Civil DRX - Difracção de raios X EFRX - Espectrometria de fluorescência de raios X ENCORE - Encontro sobre Conservação e Reabilitação de Edifícios FCT - Faculdade de Ciências e Tecnologias FEUP - Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto FTIR - Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier IST - Instituto Superior Técnico LAMPIST - Laboratório de Mineralogia e Petrologia LNEC - Laboratório Nacional de Engenharia Civil UNL - Universidade Nova de Lisboa Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos xv Simbologia Alfabeto latino c - concentração do soluto na solução super saturada [Cl - ] - concentração dos iões cloreto (mg/l) - condutividade de uma solução desionizada - condutividade da amostra contaminada com sais cs - concentração do soluto numa solução saturada d - espaçamento entre planos reticulares paralelos (angstroms) HR - humidade relativa (%) HReq - humidade relativa de equilíbrio (%) máx. - valor máximo dos resultados experimentais n - representa a ordem de reflexão [NO3 - ] - concentração dos iões nitrato (mg/l) pcr - pressão nas paredes dos poros de crescimento de cristal (MPa) pH - valor de pH pl - pressão ambiente (MPa) Psi - unidade de pressão no sistema inglês R - gás ideal constante (8,3145 MPa.cm 3 . Mol -1 .K -1 ) [SO4 2- ] - concentração dos iões sulfato (mg/l) T - temperatura (K) TDS - total de sólidos dissolvidos Vc - volume molar da fase sólida do sal (cm 3 . mol -1 ) Alfabeto grego - pressão de cristalização (MPa) θ- ângulo de incidência λ- comprimento de onda dos raios X Σsais (C+N+S) - teor de iões cloreto, nitrato e sulfato (mg/l) Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos xvi Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos 1 1. Introdução 1.1. Enquadramento e justificação da investigação Ao longo das últimas décadas, tem-se verificado um aumento exponencial do património imobiliário em Portugal, sendo improvável que este crescimento se possa manternum futuro próximo. Assim, reconhece-se que a reabilitação e manutenção de imóveis serão uma necessidade premente. As fachadas dos edifícios são, como o próprio nome indica,a “pele”destes, pelo que devem ser tratadas com bastante responsabilidade e prudência. Se tal não acontecer, o património nacional poderá estar em risco de degradação precoce. Nos tempos mais longínquos, considerava-se os rebocos como camadas de sacrifício, sendo natural proceder à sua substituição com uma certa regularidade. Esta necessidade foi-se alterando ao longo dos tempos, não sendo viável nos dias de hoje a substituição integral dos rebocos das fachadas com frequência semelhante à que ocorria. Para tal, é necessário estabelecer métodos e sistemas que visam a reabilitação das fachadas. “Os edifícios correntes, os monumentos e, de um modo geral, todas as construções executadas com materiais rochosos e similares poderão estar sujeitas ao processo de alteração que tem por base a cristalização dos sais solúveis. Muitos autores consideram a cristalização de sais como uma das principais causas de destruição dos materiais porosos de construção, onde poderão estar incluídos a pedra, os materiais cerâmicos, as argamassas e o betão ” (Rodrigues e Gonçalves, 2005). Capítulo 1 - Introdução 2 A vida útil das fachadas de edifícios é um tema em constante discussão no âmbito da reabilitação. Este facto deve-se a um vasto conjunto de características que estão associadas às fachadas. De modo a possibilitar uma avaliação eficaz, deve ser feita em separado a avaliação dos diferentes elementos que as constituem. O trabalho descrito na dissertação baseia-se em diversos estudos efectuados sobre a temática da cristalização de sais em paredes, com vista a simplificar as futuras inspecções e diagnósticos a anomalias relacionadas com eflorescências. De acordo com Menezes et al. (2006), “eflorescências são depósitos salinos que se formam na superfície de materiais cerâmicos,resultantesdamigraçãoeposteriorevaporaçãodesoluçõesaquosassalinizadas”. O estudo efectuado na dissertação tem por base a avaliação de eflorescências e compostos salinos presentes em fachadas rebocadas. Este tema foi tratado por outros investigadores nacionais dos quais se salienta Flores-Colen (2009) e Gonçalves (2007a). No âmbito da dissertação, são utilizadas várias técnicas de diagnóstico tais como: análises sensoriais, que permitem fazer uma primeira análise das eflorescências, despistando sempre que possível algumas das causas para a ocorrência deste tipo de fenómenos; a técnica sensorial terá um melhor desempenho à medida que a experiência do inspector aumenta; análises in-situ expeditas, através de um kit de campo e das fitas colorimétricas; o kit de campo é utilizado como uma forma expedita, com valores quantitativos para os vários tipos de iões que se pretende analisar; as fitas colorimétricas permitem a avaliação semi-quantitativa que fornece as concentrações das soluções iónicas através de escalas de concentração; ambas as técnicas apresentam os resultados obtidos em mg/l, que posteriormente são transformados em mg/kg, de acordo com Flores-Colen (2009); estas técnicas necessitam da recolha de amostras in-situ em pequenas quantidades (até 2 g); análises de compostos salinos em laboratório; as técnicas laboratoriais utilizadas neste estudo são a difracção de raios X, espectrometria de fluorescência de raios X e a análise de espectroscopia de absorção de raios infravermelhos; são técnicas com maior grau de fiabilidade, mas ao mesmo tempo mais dispendiosas. 1.2. Objectivos e metodologia de investigação O presente estudo tem como objectivo principal avaliar a presença de sais em paredes. Paralelamente, pretende-se conhecer e aplicar de forma aprofundada as diferentes técnicas de avaliação de eflorescências. É definida uma metodologia de diagnóstico, que é aplicada aos vários casos de estudo de modo a avaliar / validar as potencialidades das técnicas aplicadas a Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos 3 vários compostos salinos em paredes. A interacção entre as diferentes técnicas aplicadas durante a dissertação pode melhorar de forma substancial a avaliação feita a paredes sujeitas à acção de sais. Como objectivo final, pretende-se associar aos diferentes tipos de eflorescências as respectivas causas, de modo a normalizar estas situações, tornando práticas e eficazes as metodologias de inspecção e de reabilitação. No final de cada caso de estudo, é proposta uma forma de intervenção face às origens das anomalias estudadas. Através destas propostas, pretende-se eliminar de forma permanente, sempre que possível a raiz das anomalias. O trabalho de investigação que resultou na presente dissertação foi precedido de uma ampla pesquisa bibliográfica. Deste modo, pretendeu-se adquirir um conhecimento global sobre o tema e ganhar sensibilidade para a avaliação dos resultados obtidos na campanha experimental. Seguiu-se a redacção dos capítulos do estado da arte com base na pesquisa bibliográfica realizada anteriormente. Foi elaborada a planificação da campanha experimental, tendo em conta, a escolha de casos de estudo com características distintas. De seguida, foi dado início à campanha experimental que numa primeira fase passou pela avaliação dos casos de estudo, no próprio local e pela recolha de amostras, que posteriormente foram analisadas no laboratório de construção do DECivil / IST sendo também realizada uma análise complementar às amostras no LAMPIST. No decorrer da campanha experimental foi também realizado o tratamento, análise e discussão dos resultados obtidos dos diversos casos de estudo. Por último, foi efectuada a redacção dos capítulos de análise de resultados, as conclusões e o capítulo introdutório da dissertação, procurando-se sintetizar todas as informações e dados adquiridos ao longo da campanha, de forma clara e objectiva. 1.3. Estrutura e organização do texto A dissertação encontra-se dividida em seis capítulos. Inicialmente, são tecidas considerações sobre o tema abordado e explicitada a importância do mesmo, é feita um enquadramento da temática a desenvolver, assim como traçados os objectivos a atingir. No final de cada capítulo, é feita uma breve descrição da estrutura e organização do texto. Capítulo 1 - Introdução 4 O segundo capítulo trata o estado da arte e descreve as características da problemática de eflorescências, com base em diferentes autores. São também explicados os mecanismos fundamentais do aparecimento de eflorescências, assim como são exemplificadas as principais consequências deste fenómeno. Neste capítulo, são ainda enumeradas algumas das formas para a prevenção da ocorrência de eflorescência. Este capítulo tem como objectivo explicar e esclarecer conteúdos relativos à temática abordada. O terceiro capítulo caracteriza as técnicas de diagnóstico de eflorescências utilizadas ao longo de todo o trabalho experimental, assim como outras técnicas que se considere relevantes e úteis para a caracterização de compostos salinos. É dada uma importância relevante às análises sensoriais, por se tratar de técnicas de utilização prática, podendo em alguns casos contribuir para a caracterização de eflorescências. As técnicas de análise in-situ e em laboratório são também utilizadas e descritas ao longo do capítulo. No quarto capítulo, é descrita e desenvolvida a metodologia do trabalho de campo proposta, com a apresentação dos casos em estudo, assim como exposta e analisada a ficha de inspecção proposta. É apresentada e descrita a forma de verificaçãoproposta com o intuito de validar a fiabilidade das fitas colorimétricas e do kit de campo utilizados no processo de avaliação de sais. No quinto capítulo, são apresentados e discutidos os resultados obtidos pelos vários métodos utilizados na análise dos casos de estudo É feita uma comparação e interacção entre os resultados obtidos através das diferentes técnicas utilizadas, assim como analisados os parâmetros que podem afectar a avaliação das técnicas utilizadas. No decorrer deste capítulo, são também apresentados os resultados do controlo de fiabilidade das fitas colorimétricas e do kit de campo. Neste capítulo, é ainda proposta uma forma de intervenção para caso de estudo. As considerações finais acerca da temática abordada são mencionadas no sexto capítulo e visam estabelecer a sistematização de toda a informação recolhida anteriormente. São apresentadas as conclusões finais e possíveis desenvolvimentos futuros. Por fim, enumeram-se as referências bibliográficas que serviram de base ao desenvolvimento do estudo exposto. Apresenta-se, em anexo, alguma informação complementar que se considere relevante, tal como procedimentos experimentais para o kit de campo e as fitas colorimétricas. No anexo III, são descritos os principais passos para a formulação das soluções padrão com concentrações conhecidas para os iões cloreto, nitrato e sulfato. O anexo IV é referente a uma ficha de inspecção devidamente preenchida relativa a um caso de estudo, sendo nos anexos V, VI e VII apresentados um relatório tipo da análise DRX e gráficos das análises EFRX e FTIR, respectivamente. Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos 5 2. Caracterização das eflorescências e da sua origem 2.1. Considerações gerais O fenómeno da cristalização de sais, denominado eflorescências, é observado há séculos, tal como indica Charola (2005), citando Heródoto (484-425AC),História, Livro II “Observei (…) que o sal saía do solo em tal quantidade queatédanificavaaspirâmides”.Esta frase retrata a elevada gravidade que os sais podem ter nas construções, em particular nas mais antigas que na maioria das vezes são constituídas por materiais muito porosos e permeáveis. A presença de sais pode afectar os diversos tipos de materiais presentes nas construções. O estudo feito por Jungingere e Medeiros (2001) relata a problemática das eflorescências sobre o vidrado de placas cerâmicas (Figura 2.1). Outro estudo efectuado por Sabbatini et al. (2006) refere a formação de eflorescências em placas cerâmicas (Figura 2.2). Figura 2.1 - Eflorescências na superfície de azulejos (Junginger e Medeiros, 2001) Figura 2.2 - Eflorescências na superfície da placa cerâmica e nas juntas (Sabbatini et al., 2006) Capítulo 2 - Caracterização das eflorescências e sua origem 6 O estudo efectuado por Cavalcante et al. (2008) reflecte a problemática das eflorescências em pinturas rupestres e a forma como aquelas podem afectar a sua integridade (Figura 2.3). Woolfitt (2008) refere que os sais cristalizam e deste modo degradam as esculturas históricas. Os problemas neste tipo de esculturas podem ser a nível da imagem, apresentando manchas, mas também ao nível da integridade das próprias com o destacamento das partes constituintes (Figura 2.4). Figura 2.3 - Eflorescências em pinturas rupestres (Cavalcante et al., 2008) Figura 2.4 - Escultura afectada pela cristalização de sais (Woolfitt, 2008) As eflorescências podem também aparecer em pinturas murais, provocando elevados danos, uma vez que a sua limpeza é bastante complicada. Um estudo realizado por Lama et al. (2007) relata esta problemática, apresentando métodos de diagnóstico para avaliar a presença de sais em pinturas murais (Figura 2.5). Figura 2.5 - Eflorescência em pintura ou fresco (Lama et al., 2007) A presença de sais muitas vezes não é detectável, já que estes compostos se encontram numa fase inactiva durante um longo período de tempo, apesar de uma pequena mudança de condições ambientais leva à cristalização dos mesmos e provoca sérias mudanças no material onde se encontram. Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos 7 A existência de sais pode degradar as superfícies a nível microscópico. Esta acção poderá durar décadas, ou mesmo séculos, até que as modificações a nível visual sejam significativas, podendo esta alteração, ser confundida com a degradação natural dos materiais (Woolfitt, 2008). Para que o fenómeno de eflorescências possa ocorrer, é necessária a presença de certos factores intervenientes (Edra, 2008), (Gonçalves, 2007a), (Cardeira, 2010): - uma fonte de contaminação de sais solúveis; - presença de água ou humidade nas condições necessárias; - a porosidade do material onde se vai dar a cristalização e a distribuição do tamanho dos poros. Este capítulo tem como objectivos compreender de forma sucinta o que são eflorescências, a razão para o seu aparecimento, como se manifestam, as implicações que têm no normal funcionamento de certos elementos construtivos, as suas principais consequências, algumas propostas de modo a evitar o seu aparecimento e sua gravidade, o qual depende de vários factores. 2.2. Caracterização de eflorescências As eflorescências são depósitos de sais à superfície de paredes ou qualquer outro elemento causado pela evaporação de água, provocando deste modo a cristalização dos sais. Este fenómeno é chamado muitas vezes de “salitre” (Flores-Colen, 2009), (Cardeira, 2010). Quando a cristalização ocorre no interior dos elementos (nos poros), este fenómeno é denominado de criptoflorescências (Gonçalves, 2003). Arnold e Kueng (1985) diferenciam três tipos de eflorescências conforme a sua forma: - eflorescências de cristais pontiagudos que são constituídas por cristais individuais erectos, prismáticos ou aciculares (em forma de agulhas) (Figura 2.6 e 2.7), e apresentam um número reduzido de cristais isométricos. Os cristais aciculares são direitos e apresentam uma espessura de alguns mícrons. O seu comprimento varia entre 1000 μm (< 1 mm) e 10000 μm (> 1 cm). Por outro lado, os cristais colunares apresentam espessura próxima de 10 μm e comprimento até 10000 μm. Os cristais são muitas vezes encurvados, distorcidos ou mesmo espiralados, exibindo, no entanto, sempre a mesma orientação cristalográfica ao longo de todo o grão. Este tipo de eflorescência encontra-se pouco solidificado com o substrato numa primeira fase, fortalecendo-se essa ligação ao longo do tempo, e pode também apresentar brilho; Capítulo 2 - Caracterização das eflorescências e sua origem 8 Figura 2.6 - Agregado radial de cristais aciculares de trona (Cardoso, 2008) Figura 2.7 - Cristal prismático subédrico de fosfato de cálcio (Cardoso, 2008) - eflorescências fofas denominadas “fluffy” que são facilmente removidas uma vez que são constituídas por finos pêlos ou fibras e muitas vezes apresentam um elevado volume numa fase hidratada. Os cristais são aciculares e normalmente só produzem um efeito estético desagradável, não degradando o substrato a que se encontram ligados (Figura 2.8); Figura 2.8 - Eflorescência“fluffy”(Gonçalves,2007b) - eflorescências pulverulentas que formam agregados pouco coesos com o substrato e apresentam grãos muito finos Este tipo de eflorescências normalmente deriva de outro em fases hidratadas, em que os cristais diminuem de volume devido a desidratação destes (Figura 2.9). Existem certos factores intrínsecos à ocorrência de eflorescências, entre os quais osmais influentes são a humidade relativa de equilíbrio (HReq) e a solubilidade que os sais apresentam. A temperatura também influencia o processo de cristalização. A conjugação destes factores determina a facilidade de ocorrência de eflorescências (Gonçalves, 2007a). Pelo contrário, quando um conjunto de cristais se encontra na presença de uma humidade relativa do ambiente superior à humidade de equilíbrio, os sais vão ter tendência a absorver água, Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos 9 dissolvem-se e formam uma solução salina (Gonçalves, 2007). Figura 2.9 - Eflorescência pulverulenta (Cardoso, 2008) A humidade relativa de equilíbrio (HReq) de uma solução salina constituída por vários sais não surge geralmente como um valor único, mas como uma gama de valores, uma vez que necessariamente os diferentes sais têm diferentes valores de HReq. Os valores limite da HReq da solução não estão necessariamente enquadrados entre os valores da HReq dos diferentes sais que constituem a solução (Charola, 2000). Os diversos sais apresentam humidades relativas de equilíbrio diferentes pelo que em condições semelhantes nem todos vão cristalizar (Gonçalves, 2007). Este facto deve-se a possuírem HReq diferentes à mesma temperatura. No caso dos nitratos e cloretos de cálcio e magnésio, estes só poderão cristalizar em casos particulares em que exista uma HR relativamente baixa, pois têm uma HReq de aproximadamente 53%, a 20 ºC. No entanto a maioria dos sais apresenta HReq entre 75 e 96%, para 20 ºC, descendo cerca de 2% para 30 ºC, e subindo cerca de 2% para 10 ºC (Arnold e Zehnder, 1987). De uma forma simples, pode-se dizer que a solubilidade é a capacidade que o sal tem de se dissolver num solvente e é expressa quantitativamente como a quantidade máxima de sal que consegue ser dissolvida a uma certa temperatura. Quando uma solução se encontra na presença de humidade relativa inferior à sua, tem tendência a expelir a água, evaporando-se, tornando-se cada vez mais concentrada, até chegar a um ponto de equilíbrio e de formação de cristais. O processo de cristalização é constituído por duas fases distintas: a nucleação e o crescimento dos cristais. - a nucleação corresponde a uma fase em que as moléculas que vão originar o sal e estão dispersas no solvente se juntam formando aglomerados. Estes necessitam de atingir um certo Capítulo 2 - Caracterização das eflorescências e sua origem 10 tamanho, dependendo de vários factores, como a temperatura e humidade. Se esse tamanho não for atingido, os núcleos voltam à forma original e ficam dissolvidos no solvente; - numa fase distinta da anterior, o crescimento de cristais, não é mais do que o aumento de tamanho do aglomerado formado na nucleação, até este atingir o tamanho de um cristal. Esta fase surge muitas vezes em simultâneo com a anterior. Os Quadros 2.1 e 2.2 apresentam algumas características de sais. Quadro 2.1 - Eflorescências - Composição, nome, solubilidade em água e fonte de contaminação Bianchin (1999) citando Uemoto (1984) e [w1] Tipo Composição Nome Solubilidade Fonte provável Foto Cloretos NaCl Cloreto de sódio ou halite Muito solúvel Água do mar ou produtos de salga CaCl2.n(H2O) Cloreto de cálcio ou sinjarite Muito solúvel Se for usado anticongelante na formulação de betão ou argamassas MgCl2.n(H2O) Cloreto de magnésio ou biscovite Muito solúvel Se a água do mar é usada como água de mistura KCl Cloreto de potássio ou silvite Muito solúvel A partir de sais de descongelamento Nitratos Ca(NO3)2(H2O) Nitrato de cálcio Parcialmente solúvel Reacção das substâncias orgânicas do N com o Ca 2+ Mg(NO3)2. 6(H2O) Nitrato de magnésio Muito solúvel Reacção do nitrato com o magnésio KNO3 Nitrato de potássio Solúvel Esgotos, excrementos de animais e fertilizantes Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos 11 Quadro 2.2 - Eflorescências - Composição, nome, solubilidade em água e fonte de contaminação Bianchin (1999) citando Uemoto (1984) e [w1], continuação Tipo Composição Nome Solubilidade Fonte provável Foto Sulfatos MgSO4.n(H2O) Sulfato de magnésio ou meridianiite Solúvel Se a água do mar é usada como água de mistura CaSO42(H2O) Sulfato de cálcio dihidratado ou anidrite Parcialmente solúvel Sulfatos alcalinos que reagem com a cal ou com o ar Na2SO4.10(H2O) Sulfato de sódio hidratado ou mirabilite Muito solúvel Proveniente do cimento, cal hidráulica, tijolos ou água de amassadura Na2SO4 Sulfato de sódio ou tenardite Muito solúvel Proveniente do cimento, cal hidráulica, tijolos ou água de amassadura K2 Ca [SO4]2 . 2H2O Sulfato de cálcio e potássio ou singenite Muito solúvel Proveniente do cimento utilizado na formulação da argamassa K2Ca2Mg(SO4)4· 2(H2O) Sulfato de potássio e cálcio e magnésio ou polialite Muito solúvel O sulfato proveniente do cimento dissolve-se e agrega-se a outros compostos K3 Na (SO4)2 Sulfato de potássio e sódio ou aftitalite Muito solúvel O sulfato proveniente do cimento dissolve-se e agrega-se a outros compostos Carbonatos CaCO3 Carbonato de cálcio ou vaterite Pouco solúvel Ca(OH)2 que reage com o CO2 atmosférico CaMg(CO3)2 Dolomite Pouco solúvel Carbonatação do hidróxido de cálcio do cimento Hidróxido Ca(OH)2 Hidróxido de cálcio ou portlandite Solúvel Lixiviação do betão Capítulo 2 - Caracterização das eflorescências e sua origem 12 2.3. Mecanismos de aparecimento de eflorescências Os sais podem ser divididos em dois grandes grupos, sais solúveis (eflorescências, criptoflorescências) e não solúveis (manchas carbonatadas). - no grupo dos sais solúveis, os mais comuns são constituídos por iões cloretos, sulfatos e nitratos. Cada um destes sais tem normalmente diversas origens sendo possível em alguns casos relacionar o ião presente com a causa de aparecimento das eflorescências; - as eflorescências e criptoflorescências são depósitos cristalinos, normalmente de cor branca, pouco aderentes que se formam na superfície do revestimento ou no interior, normalmente originadas por migração e evaporação da água (Flores-Colen, 2009), (Rodrigues e Gonçalves, 2005). - as manchas carbonatadas são a presença de incrustações de cor branca, à superfície de sais de carbonato de cálcio insolúveis em água, resultante do hidróxido de cálcio provenientes do cimento. Com a exposição ao dióxido de carbono atmosférico, forma-se um composto insolúvel, tornando difícil a sua remoção (Flores-Colen et al., 2005), (Carballo et al., 2005); - outro dos sais não solúveis tem origem na sílica (SiO2), presente em agregados que, reagindo com a água, provoca um sal de branco (H2SiO3) (Silveira et al., 2002). Alguns autores não fazem a distinção entre estes dois grupos de sais, englobando os sais solúveis e os não solúveis, embora tenham algumas características diferentes, como o mecanismo de formação e as técnicas de limpeza e remoção. No fluxograma da Figura 2.10, apresenta-se um esquema simples, exemplificando o mecanismo de actuação dos sais, adaptado de Gonçalves (2007a). A ascensão por capilaridade de águas provenientes de solos é uma das principais causas para a formação de eflorescências;nesta situação, a contaminação com iões nitrato poderá ocorrer devido à presença de fossas perto do local da construção. Existe também a possibilidade de contaminação de paredes em parte ou na totalidade enterradas no solo, em que o nível freático se encontra mais elevado. Caso não exista uma adequada protecção, pode ocorrer a absorção de água, transportando consigo iões dissolvidos entre outras substâncias nefastas (Freitas, 1992). Outra causa que leva à formação de eflorescências ocorre em resultado de partículas transportadas através do ar. Junto à faixa costeira, a brisa marítima criada forma uma atmosfera que afecta as construções, mesmo que se encontrem mais afastadas da costa (Flores-Colen, 2009). A brisa marítima contaminada com iões cloreto vai depositar-se nas fachadas, contaminando as paredes com este tipo de iões. As partículas resultantes da Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos 13 poluição atmosférica têm uma acção nefasta sobre as fachadas, depositam-se e, com a evaporação das partículas de água, originam fenómenos de eflorescências. Os materiais de construção, por vezes, encontram-se contaminados por razões diversas (Silveira et al., 2002): - a areia que forma a argamassa pode não ser convenientemente lavada; esta situação é mais relevante quando se utiliza areias marinhas; - os tijolos constituintes das alvenarias, quando expostos aos agentes atmosféricos durante um período de tempo; Figura 2.10 - Fluxograma do mecanismo de degradação de sais, adaptado de Gonçalves (2007a) Água Sais solúveis Materiais de construção porosos Condições ambientais Factores predisponentes - necessária a presença simultânea dos dois componentes Factores físicos - características que influenciam o processo de decadência Factores coadjuvantes - condições da ocorrência de danos - influência de processos de decadência Causa Criptoflorescências Eflorescências Degradação de sais Indício s Anomalia s Padrões de decadência: - eflorescências - coloração - humidade - pulverização - descasque, entre outras Más condições de salubridade, danos estéticos, perda de material histórico, redução da resistência mecânica dos materiais e elementos construtivos Capítulo 2 - Caracterização das eflorescências e sua origem 14 - tijolos com nódulos de calcário ou elevado teor de sais; - areias com partículas argilosas, salitrosas ou ferruginosas; - quando os materiais utilizados em alvenaria estão contaminados por agentes biológicos, nomeadamente dejectos de animais, esta contaminação gera eflorescências, em que os nitratos são os principais iões constituintes dos sais que cristalizam; - o aparecimento de eflorescências também pode ser originado por infiltrações em coberturas no caso de terraços, ou em coberturas inclinadas com os diferentes tipos de revestimento (telha cerâmica ou qualquer tipo de chapas de revestimento); - casos pontuais, como rupturas em tubagens, também fomentam o aparecimento de eflorescências; - a utilização de pigmentos de terra natural na pintura tradicional pode também influenciar o mecanismo de formação de eflorescências, em especial na pintura a fresco. 2.4. Influência de sais solúveis na secagem dos materiais Sendo a humidade um factor intrínseco à presença de eflorescências, o estudo da influência de sais na secagem dos materiais onde se depositam é um tema de elevada importância. Segundo Perez (1988), existem diversas formas de manifestação de humidade conforme a Figura 2.11. Figura 2.11 - Representação esquemática da humidade no interior das paredes devido a várias causas (Posser, 2004, citando Kunzel, 1995) Caracterização in-situ de eflorescências e de outros compostos salinos em paramentos 15 - humidades de obra - proveniente dos trabalhos na construção de edifícios; - humidade de infiltração - originada da água da chuva, que é absorvida pelos elementos construtivos dos edifícios; - humidade por condensação - proveniente do vapor da água que se forma em certas divisórias dos edifícios; esta humidade condensa-se na superfície dos elementos mais frios; - humidade acidental - devido a rupturas em canalizações e a outros acidentes; - humidade ascensional - devido à absorção de água existente no solo pela parede. De acordo com Henriques (2007), o processo normal de secagem dos materiais de construção tem três etapas distintas: a primeira em que a água superficial evapora rapidamente, a segunda que é mais lenta quando a água dos poros maiores é evaporada e por último, a terceira que acontece quando a água evapora dos poros com pequenos diâmetros; esta última pode ocorrer durante vários anos. Segundo Gonçalves et al. (2009), a presença de sais solúveis provoca um aumento no tempo de secagem dos materiais contaminados. Este facto pode ser explicado pois, ao cristalizar, os sais vão ficar alojados nos poros, dificultando assim a troca de humidade entre o material e o meio ambiente. No caso de existir ascensão capilar em alvenarias, o facto de existir uma contaminação com sais vai provocar uma secagem mais lenta e um aumento de altura na ascensão capilar. Este facto pode agravar problemas relacionados com a humidade em alvenarias (Figura 2.12) (Cardeira, 2010). Figura 2.12 - Modelo que relaciona a presença de água ou de uma solução salina com a ascensão capilar em paredes: a preto parede seca; a azul água no esquema à esquerda e solução salina no esquema à direita (Gonçalves, 2007b) Capítulo 2 - Caracterização das eflorescências e sua origem 16 Os sais cristalizam na frente húmida. Quando se dá a 1ª fase de secagem, o sal cristaliza à superfície provocando eflorescências. A frente de secagem está na superfície do material (Figura 2.13). Por outro lado, se a frente húmida recuar, está-se na presença da 2ª fase de secagem formando-se assim criptoflorescências (Figura 2.14) (Gonçalves, 2007b). As criptoflorescências cristalizam no interior do material, formando camadas de cristais. Quando os paramentos se encontram em fase de secagem, retêm alguma da humidade, dificultando deste modo a secagem do material. A presença prolongada de humidade nos rebocos leva muitas vezes a uma degradação antecipada deste revestimento. Figura 2.13 - Cristalização na 1ª fase de secagem provocando eflorescências (Gonçalves 2007b) Figura 2.14 - Cristalização na 2ª fase de secagem provocando criptoflorescências (Gonçalves 2007b) 2.5. Consequências das eflorescências Os efeitos e consequências resultantes da cristalização de sais devem ser divididos em dois tipos, os causados por eflorescências e os devidos a criptoflorescências: - as eflorescências originam normalmente problemas estéticos, como a formação de manchas, geralmente de cor esbranquiçada (Figura 2.15), flocos cristalinos de aspecto pulverulento ou películas de aspecto vítreo (Silveira et al., 2002); outro dos possíveis problemas ligado à formação de eflorescências é a humidade na superfície das paredes, que por sua vez provoca a diminuição das condições de habitabilidade ou funcionalidade, conforme os casos; - as criptoflorescências têm normalmente um efeito mais gravoso, podem estar presentes de uma forma passiva, durante um grande período de tempo, até que existam as condições necessárias para que comecem a actuar e a degradar os paramentos onde se encontram; a deterioração é produzida quando as tensões internas ultrapassam a resistência à tracção do material; este é um processo cíclico que provoca a fadiga dos materiais e o progressivo
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