conservaÇÃo de superfÍcies arquitetÓnicas · ligantes: cais hidráulicas, cimentos naturais e,...
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Maria do Rosário Veiga [email protected]
outubro 2013
CONSERVAÇÃO DE SUPERFÍCIES ARQUITETÓNICAS
Ciclo de Palestras – Casa de Rui Barbosa
4
MATERIAIS TRADICIONAIS E MATERIAIS DE REPARAÇÃO COMPATÍVEIS
M. Rosário Veiga [email protected]
M. Rosário Veiga
Ciclo de Palestras – Casa de Rui Barbosa
Argamassas históricas Diagnóstico e anomalias Estratégias de conservação Materiais compatíveis
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Reparação
Conhecimento das paredes antigas e respetivos revestimentos
Diagnóstico
Eliminar / controlar causas
Manutenção e recuperação do
património histórico
Causas Anomalias
Ciclo de Palestras – Casa de Rui Barbosa
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Manutenção
Estratégia
Materiais tradicionais; Materiais compatíveis
Técnicas de consolidação
Reparação
Compatibilidade
Ciclo de Palestras – Casa de Rui Barbosa
Os revestimentos antigos de paredes são constituídos por grande
diversidade de materiais e tecnologias.
São fortemente caracterizadores de muitos edifícios e parte
importante do seu valor patrimonial simbólico.
São importantes testemunhos da arte e do gosto mas também da
ciência e da técnica de cada época e lugar.
Têm um valor cultural inquestionável.
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INTRODUÇÃO Ciclo de Palestras –
Casa de Rui Barbosa
A escolha de materiais de reparação
compatíveis implica um conhecimento
profundo dos originais e, em geral, das
técnicas e materiais tradicionais.
É essencial conhecer as especificidades
dos vários materiais e as diferenças em
relação aos encontrados atualmente no
mercado, para fazer opções
fundamentadas.
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INTRODUÇÃO Ciclo de Palestras –
Casa de Rui Barbosa
A terra, o gesso e a cal foram os ligantes mais comuns de argamassas de revestimento até final do séc. XVIII. A partir dessa época os ligantes hidráulicos começaram aos poucos a tomar o lugar desses ligantes: cais hidráulicas, cimentos naturais e, mais tarde, a partir do final do séc. XIX, o cimento Portland.
A cal aérea é um dos materiais de construção mais antigos, conhecendo-se argamassas de cal, da época 12000 a 5000 a.c., na Turquia.
As argamassas de cal aérea tiveram grande desenvolvimento com os gregos, mas principalmente com os Romanos, que as usaram nas grandes construções que empreenderam por todo o Império (séc. III a.c. a V d.c.).
As argamassas de cal aérea com pozolanas, naturais ou artificiais (pó de tijolo ou telha), com grande durabilidade e resistência do período Romano, chegaram aos nossos dias em bom estado de conservação.
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LIGANTES Ciclo de Palestras –
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CAL AÉREA – Ligante aéreo
A cal aérea pode ser de origem cálcica ou dolomítica.
Obtida por calcinação, a temperaturas da ordem de 800 a 1000 ºC, de
rochas carbonatadas, constituídas predominantemente por carbonato
de cálcio (calcário) ou por carbonato de cálcio e magnésio (calcário
dolomítico)
Cal viva: CaCO3 + calor CaO + CO2
Hidratação: CaO + H2O Ca (OH)2 +calor
Endurecimento: Ca (OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O (entre
50% HR e 85% HR)
LIGANTES Ciclo de Palestras –
Casa de Rui Barbosa
Produção de cal hidratada:
A partir de cal viva, sob a forma de pedra ou em
pó (micronizada)
Cal hidratada em pó (apagada com a
quantidade de água necessária)
Cal em pasta (apagada com água em
quantidade superior à necessária)
Cal viva extinta com areia (hot lime)
(misturada com areia húmida em obra e
deixada durante algum tempo)
CaO + H2O → Ca(OH)2
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5 years 1 month
Slaking time
48 hours 1 month 1 year 3 years 5 years
Free water
(% weight) 64 64 58 48 51
Cal em pasta
De Margalha et al,
12 DBMC, Abril 2011
LIGANTES Ciclo de Palestras –
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8 monts 5 years
7 µm
5,3 µm
1,7 µm 3 µm
9 µm
2,7 µm
ESEM
Cal em pasta Figura extraída de Margalha et al, 12 DBMC,
Abril 2011
Tem a vantagem de não carbonatar e
ganhar qualidade com o tempo
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Cal extinta com areia húmida (hot lime mix)
Temperaturas elevadas favorecem a reação com os agregados e um
aumento da resistência. Mas é um processo com muitos riscos.
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Cal hidratada em pó
Fabrico industrial, com controlo de qualidade, fácil de utilizar e de
dosear
LIGANTES Ciclo de Palestras –
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Existem diferenças significativas, em termos de microestrutura e reologia,
nas cais produzidas de diferentes modos (Goreti Margalha, 2009).
O uso de cal em pasta com longos períodos de apagamento é mais
trabalhável e tem óbvias vantagens para acabamentos decorativos, mas
não está provado que tenha melhores resistências mecânicas, climáticas
e ambientais.
As argamassas executadas com cal
viva apagada diretamente com a areia
húmida em obra, são mais resistentes
mecanicamente mas mostram grande
heterogeneidade e tendência para a
fissuração.
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Muralha de Tavira
(séc. VII)
Argamassa de cal
período Árabe
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Sé de Évora – Revestimentos interiores (séc. XVI-XVII)
(uso de cal dolomítica)
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Fortaleza Nª Srª da Luz, Cascais, séc. XVI-XVII
(condições climáticas e ambientais severas mas grande
durabilidade)
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LIGANTES HIDRÁULICOS (aluminatos e silicatos)
Pozolanas naturais (produtos vulcânicos ricos em alumina e em sílica
amorfa reactiva) em combinação com cal
Pó de tijolo e outras pozolanas artificiais (metacaulino, sílica-fumo,
cinzas volantes) em combinação com cal
Cal hidráulica (margas ou misturas de calcário e argila – 1100-1200ºC
< 1450ºC C2S)
Cimento (margas ou misturas de calcário e argila > 1450ºC
C3S)
LIGANTES Ciclo de Palestras –
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Argamassas Romanas – Rebocos em ruínas de Tróia - séc. I
Opus signinum
LIGANTES Ciclo de Palestras –
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Reboco em Conímbriga Mértola – Baptistério (séc. II)
Argamassas Romanas
Opus signinum
LIGANTES Ciclo de Palestras –
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Lisboa, década de 90, rebocos
hidráulicos
Revestimento de cimento e areia
(1998)
Revestimento de cal hidráulica e
areia (2000)
LIGANTES Ciclo de Palestras –
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GESSO (ligante aéreo ou hidráulico?)
O gesso natural é uma rocha sedimentar de estrutura cristalina,
constituída fundamentalmente por sulfato de cálcio bi-hidratado (Ca
SO4 2H2O).
O gesso usado como ligante em estuques e argamassas de gesso é
obtido por cozedura a temperaturas que variam entre 130ºC e 170ºC da
pedra de gesso e é constituído, fundamentalmente, por sulfato de cálcio
hemi-hidratado:
Ca SO4 2H2O + calor Ca SO4 1/2 H2O + 3/2 H2O
Também era (e é) usado sob a forma de anidrite (Ca SO4) mas para
trabalhos especiais (maior resistência).
O endurecimento dá-se por hidratação, com reconstituição do sulfato
de cálcio bi-hidratado.
Existe ainda o gesso anidro, designado por anidrite, cozido a mais altas
temperaturas e resistente à água.
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GESSO
O gesso foi usado em Portugal em estuques (interiores) no
período árabe (Silves, Mértola) e depois só voltou a ser usado em
Portugal com alguma relevância nos séculos XVIII, XIX e XX, nas
últimas camadas dos revestimentos e nos elementos decorativos.
Há algumas excepções no período intermédio como a Charola do
Convento de Cristo (séc. XVI) e poucos monumentos no séc. XVII.
(Estudos de Teresa Freire, ver vários artigos
publicados)
LIGANTES Ciclo de Palestras –
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GESSO
Características principais:
Boa trabalhabilidade
Presa rápida (ideal para moldagem)
Perfeição de acabamento
Higroscopicidade (se não for pintado)
Solúvel em água (degrada-se com a água)
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Estuque de gesso do Mihrab da Igreja de Mértola (antiga Mesquita) (séc. XII)
Estuque Árabe
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Sala do Palácio de Estói (séc.
XIX) Charola do Convento de Cristo
(séc. XVI)
LIGANTES Ciclo de Palestras –
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Igreja do Sacramento (século XVII-
XVIII): estuques de cal e gesso
LIGANTES Ciclo de Palestras –
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Os agregados têm uma forte influência no
comportamento das argamassas. Há vários
fatores (dureza, forma dos grãos,
granulometria, porosidade, etc.) que afetam o
comportamento das argamassas.
Devido à diretiva europeia que restringe o uso deste tipo de areias
Começam a ser utilizadas, em substituição de uma parte de areia siliciosa,
as areias provenientes da britagem, em especial de natureza calcária.
Nas obras de construção civil em geral, o que se verifica é a utilização de
areias de uma determinada região (provenientes de jazidas ou do rio) que,
por uma questão de proximidade, torna o material mais económico.
AGREGADOS Ciclo de Palestras –
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Agregado silicioso (areia siliciosa, pó de sílica)
Agregado calcário (calcário britado, pó de calcário)
Agregado cerâmico (fragmentos cerâmicos, pó cerâmico)
Agregado basáltico, granítico, etc.
Os agregados constituem "o esqueleto" da argamassa,
condicionando a sua compacidade, resistência e textura.
Atualmente, nas argamassas feitas em obra, usa-se
essencialmente areia siliciosa, embora com uma certa
percentagem de argila.
AGREGADOS Ciclo de Palestras –
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Areias monogranulares – maior índice de vazios – necessidade
de mais ligante
Quanto mais completa for a curva granulométrica maior a
compacidade
Agregado mais fino – maior índice de vazios – necessidade de
mais ligante
Volume de vazios mínimo para agregado esférico: 1/3
AGREGADOS Ciclo de Palestras –
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Natureza: sílica, calcário, basalto, cerâmica
Granulometria: fina, média, grossa, monogranular,
completa
Forma: arredondada, angular
AGREGADOS Ciclo de Palestras –
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33 Fracções 0,15 a 0, 630; 0,630 a 1,25; 1,25 a 2,5; 2,5 a 5 mm
AGREGADOS Ciclo de Palestras –
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Argamassa de Conímbriga: reacção entre ligante e agregados cerâmicos;
retenção de água dos fragmentos cerâmicos
Argamassas Romanas – Opus signinum
AGREGADOS Ciclo de Palestras –
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Argamassa de cal e agregado calcário da fachada do LNEC (1952)
AGREGADOS Ciclo de Palestras –
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Composição:
Argamassas de cal aérea: Traços tradicionais variam entre 1:1 e
1:5 (cal aérea : areia)
1:3 (cal aérea : areia) é um traço eficiente se a areia tiver boa
granulometria
Outros constituintes:
Pó de tijolo, pozolanas naturais, cal dolomítica, adições
diversas (fibras vegetais ou animais, colas, pigmentos).
Muitos factores influem: tipo de cal, processo de apagamento,
tempo de maturação, modo de aplicação, cura.
ARGAMASSAS Ciclo de Palestras –
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Composição Traço
Volumétrico
Características Mecânicas
(aos 90 dias)
Comportamento
à água
(aos 90 dias)
Rt
(MPa)
Rc
(MPa)
E
(MPa)
C
(kg/m2.min1/2)
Cal hidratada em pó 1:3 0,52 1,33 - 0,77
Cal em pasta de extinção recente (1
mês) 1:3 0,37 1,06 4091 1,47
Cal em pasta de extinção prolongada (5
anos) 1:3 0,63 1,42 4748 1,29
Cal viva em pedra hidratada com areia:
1 dia 1:3 0,47 0,96 3816 1,64
Cal viva em pedra hidratada com areia:
7 dias 1.3 0,50 1,08 3658 1,48
Gamas de valores obtidos aos 90 d em ensaios no LNEC por Goreti Margalha (1)
Rt – Resistência à tração por flexão; Rc – Resistência à compressão; E – Módulo de elasticidade;
C - Coeficiente de capilaridade; Areia: mistura de areias siliciosas de santa Margarida
(1) MARGALHA, M. Goreti – Ligantes aéreos minerais. Processo de extinção e o fator tempo
na sua qualidade. Lisboa: IST, 2009.
ARGAMASSAS Ciclo de Palestras –
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Composição Traço
Volumétrico
Características Mecânicas
(aos 90 dias)
Comportamento
à água
(aos 90 dias)
Rt
(MPa)
Rc
(MPa)
E
(MPa)
C
(kg/m2.min1/2)
Cal hidratada em pó 1:3 0,52 1,33 - 0,77
Cal em pasta de extinção recente (1
mês) 1:3 0,37 1,06 4091 1,47
Cal em pasta de extinção prolongada
(5 anos) 1:3 0,63 1,42 4748 1,29
Cal viva em pedra hidratada com areia:
1 dia 1:3 0,47 0,96 3816 1,64
Cal viva em pedra hidratada com
areia: 7 dias 1.3 0,50 1,08 3658 1,48
Gamas de valores obtidos aos 90 d em ensaios no LNEC por Goreti Margalha (1)
Os ensaios laboratoriais das argamassas de cal em pasta e de cal em pó mostraram
diferenças ligeiras de comportamento; a cal em pasta tem a grande vantagem de ser um
ligante que não perde qualidades com o armazenamento, comparativamente com a cal aérea
em pó. A cal viva apagada com areia não mostrou vantagens.
ARGAMASSAS Ciclo de Palestras –
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As argamassas de cal aérea e pozolanas são soluções possíveis,
mas para cada tipo de pozolanas é necessário estudar as
proporções adequadas e as condições de cura ótimas de modo a
que ocorra a reação pozolânica e sejam obtidas as características
pretendidas.
Argamassas com cal hidráulica natural,
produzidas com as exigências da recente
NP EN 459:2011, podem ser boas
soluções para obras de reabilitação de
edifícios antigos localizados em zonas
muito húmidas ou em contacto direto
com a água.
ARGAMASSAS Ciclo de Palestras –
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O programa experimental é uma compilação dos resultados obtidos em
diversos projetos de investigação de argamassas para edifícios antigos(*).
As argamassas foram formuladas com diferentes ligantes (cimento, cal
hidráulica e cal aérea), várias adições pozolânicas (naturais e artificiais),
diferentes dosagens e agregados com diferentes curvas granulométricas.
Composição Ligante:agregado
Cal aérea: areia 1:3
(Cal aérea+pozolana): areia 1:2
(Cal aérea+cal hidráulica): areia 1:3
(Cal hidráulica): areia 1:3 a 1:4
(Cal aérea+cimento): areia 1:3
Cimento: areia 1:4
(*) Dados baseados em estudos de Ana Velosa, Goreti Margalha, Ana Cristian Magalhães e Ana
Fragata, sintetizados em VEIGA, M. Rosário et al. – Lime-based mortars: viability for use as
substitution renders in historical buildings. International Journal of Architectural Heritage vol. 4
(2), pp.177-195, April-June 2010. Select papers from HMC 2008 – The first Historical Mortars
Conference. ISSN 1558-3058.
ARGAMASSAS Ciclo de Palestras –
Casa de Rui Barbosa
Composição ligante:
agregado (em volume)
Características Mecânicas (MPa)
Comportamento à
água
Rt Rc E C
(kg/m2.min1
/2)
SD
(m)
Cal aérea: agregado 1:3 0,2 - 0,8 0,6 - 1,6 2300 - 4100 1,1 - 1,6 0,05 - 0,08
(Cal aérea+pozolana): areia 1:2 0,2 - 0,6 0,9 - 2,3 2500 - 4500 1,3 - 2,3 0,05 - 0,06
(Cal aérea+cal hidráulica): areia 1:3 0,3 - 0,8 0,6 - 1,0 1600 - 3000 0,7 - 1,8 0,07 - 0,09
Cal hidráulica: areia 1:2 a 1:4 0,2 - 1,2 0,6 - 3,1 1100 - 7000 1,0 - 2,4 0,08
(Cal+algum cimento): areia 1:3 0,5 - 0,7 0,9 - 5,1 3000 - 10000 1,0 - 2,0 0,10 - 0,11
Cimento: areia 1:4 0,9 - 1,7 3,1 - 6,9 5500 - 12000 0,7 - 1,9 0,07 - 0,14
41
Gamas de valores obtidos em estudos do LNEC de várias soluções de
argamassas novas
De acordo com os requisitos estabelecidos, as argamassas com base em cal
(simples ou aditivada com pozolanas) são as mais adequadas para
revestimentos de paredes antigas.
ARGAMASSAS Ciclo de Palestras –
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Composição ligante:
agregado (em volume)
Características Mecânicas (MPa)
Comportamento à
água
Rt Rc E C
(kg/m2.min1/
2)
SD
(m)
Cal aérea: agregado 1:3 0,2 - 0,8 0,6 - 1,6 2300 - 4100 1,1 - 1,6 0,05 - 0,08
(Cal aérea+pozolana): areia 1:2 0,2 - 0,6 0,9 - 2,3 2500 - 4500 1,3 - 2,3 0,05 - 0,06
(Cal aérea+cal hidráulica): areia 1:3 0,3 - 0,8 0,6 - 1,0 1600 - 3000 0,7 - 1,8 0,07 - 0,09
Cal hidráulica: areia 1:2 a 1:4 0,2 - 1,2 0,6 - 3,1 1100 - 7000 1,0 - 2,4 0,08
(Cal+algum cimento): areia 1:3 0,5 - 0,7 0,9 - 5,1 3000 - 10000 1,0 - 2,0 0,10 - 0,11
Cimento: areia 1:4 0,9 - 1,7 3,1 - 6,9 5500 - 12000 0,7 - 1,9 0,07 - 0,14
As argamassas bastardas de cal aérea com pequenas percentagens de
cimento, apresentam um comportamento mecânico satisfatório, contudo são
menos permeáveis ao vapor de água limitando a capacidade de secagem da
parede e contêm sais solúveis.
Gamas de valores obtidos em estudos do LNEC de várias soluções de
argamassas novas
ARGAMASSAS Ciclo de Palestras –
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Composição ligante:
agregado (em volume)
Características Mecânicas (MPa)
Comportamento à
água
Rt Rc E C
(kg/m2.min1/
2)
SD
(m)
Cal aérea: agregado 1:3 0,2 - 0,8 0,6 - 1,6 2300 - 4100 1,1 - 1,6 0,05 - 0,08
(Cal aérea+pozolana): areia 1:2 a 1:3 0,2 - 0,6 0,9 - 2,3 2500 - 4500 1,3 - 2,3 0,05 - 0,06
(Cal aérea+cal hidráulica): areia 1:2 a 1:3 0,3 - 0,8 0,6 - 1,0 1600 - 5600 0,7 - 1,8 0,07 - 0,09
Cal hidráulica: areia 1:2 a 1:3 0,2 - 1,2 0,6 - 3,1 1100 - 7000 1,0 - 2,4 0,08
(Cal+algum cimento): areia 1:3 0,5 - 0,7 0,9 - 5,1 3000 - 10000 1,0 - 2,0 0,10 - 0,11
Cimento: areia 1:4 0,9 - 1,7 3,1 - 6,9 5500 - 12000 0,7 - 1,9 0,07 - 0,14
As argamassas com cimento como ligante principal são demasiado
resistentes e rígidas, transmitindo ao suporte esforços elevados e assim
degradando as alvenarias antigas.
Gamas de valores obtidos em estudos do LNEC de várias soluções de
argamassas novas
ARGAMASSAS Ciclo de Palestras –
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Composição ligante:
agregado (em volume)
Características Mecânicas (MPa)
Comportamento à
água
Rt Rc E C
(kg/m2.min1
/2)
SD
(m)
Cal aérea: agregado 1:3 0,2 - 0,8 0,6 - 1,6 2300 - 4100 1,1 - 1,6 0,05 - 0,08
(Cal aérea+pozolana): areia 1:2 a 1:3 0,2 - 0,6 0,9 - 2,3 2500 - 4500 1,3 - 2,3 0,05 - 0,06
(Cal aérea+cal hidráulica):
areia 1:2 a 1:3 0,3 - 0,8 0,6 - 1,0 1600 - 3000 0,7 - 1,8 0,07 - 0,09
Cal hidráulica: areia 1:2 a 1:3 0,2 - 1,2 0,6 - 3,1 1100 - 7000 1,0 - 2,4 0,08
Cal hidráulica NHL 3,5 : areia
(s/h) 1:3 0,5/1,2 1,2/2,4 4400/6700 4,6/3,3 -
(Cal+algum cimento): areia 1:3 0,5 - 0,7 0,9 - 5,1 3000 - 10000 1,0 - 2,0 0,10 - 0,11
Cimento: areia 1:4 0,9 - 1,7 3,1 - 6,9 5500 - 12000 0,7 - 1,9 0,07 - 0,14
A Cal hidráulica apresenta resistências mecânicas bastante satisfatórias, mas é um material de
características muito variáveis exigindo uma escolha criteriosa. Com cura húmida os resultados
são bastante mais altos.
Gamas de valores obtidos em estudos do LNEC de várias soluções de
argamassas novas
ARGAMASSAS Ciclo de Palestras –
Casa de Rui Barbosa
Argamassas de cal aérea:
Condições de carbonatação
Humidade constante: dissolução e possível lavagem do hidróxido de cálcio
Possibilidade de auto-selagem
Argamassas de cal hidráulica:
Verificação de estar isenta de sais
Inexistência de C3S
Hidraulicidade e carbonatação: resistência à humidade
Argamassas de cal e pozolanas:
Condições de ocorrência de reação pozolânica (humidade prolongada e
hidróxido de cálcio livre)
Instabilidade dos compostos hidráulicos formados 45
ARGAMASSAS Ciclo de Palestras –
Casa de Rui Barbosa
AGUIAR, José – Estudos cromáticos nas intervenções de conservação em
Centros Históricos. Base para a sua aplicação à realidade portuguesa. Tese
desenvolvida no LNEC e apresentada à Universidade de Évora para a
obtenção do grau de Doutor em Conservação do Património Arquitectónico.
Évora, EU-LNEC, 1999.
MATEUS, João Mascarenhas – Técnicas tradicionais de construção de
alvenarias, Lisboa, Livros Horizontes, 2002.
SILVEIRA Paulo Malta da - Estuques antigos: caracterização construtiva e
análise patológica; Dissertação para obtenção de grau de Mestre em
Construção, Universidade Técnica de Lisboa, IST, Lisboa, 2000.
VEIGA, M. Rosário - Comportamento de rebocos para edifícios antigos:
exigências gerais e requisitos específicos para edifícios antigos. Actas do
Seminário Sais solúveis em paredes antigas. Lisboa, 14-15 de Fevereiro de
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VEIGA, M. Rosário – Intervenções em edifícios antigos. Conservar, substituir
ou… destruir. In 2º Encontro sobre Patologia e Reabilitação de edifícios,
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Casa de Rui Barbosa
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22-24-Setembro de 2010. ISBN:978-2-35158-112-4.
BORGES, C.; SANTOS SILVA, A.; VEIGA, M. R. – Ancient mortars under action of
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Conference. RILEM Proceedings PRO 78, Praga, 22-24-Setembro de 2010.
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MARGALHA, G.; SANTOS SILVA, A.; VEIGA, M. R.; BRITO, J. – The influence of
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REFERÊNCIAS Ciclo de Palestras –
Casa de Rui Barbosa
As argamassas antigas eram constituídas por um ligante – cal aérea; cal
aérea e pozolanas; ou gesso – e agregado – silicioso, calcário, argiloso, ou
basáltico.
A natureza do ligante e o seu modo de preparação determinam em grande
parte as caracterísiticas da argamassa.
Também o agregado, em particular a sua natureza e granulometria
influenciam decisivamente a argamassa.
O traço ligante : agregado deve ser de molde a assegurar uma boa
compacidade, portanto deve depender da granulometria do agregado.
Para uma boa granulometria o traço volumétrico 1 : 3 é adequado.
As argamassas com base em cal aérea, sem ou com pozolanas, são, em
princípio, as mais adequadas, mas exigem uma preparação e aplicação
especializadas.
Preparação com tempo de maturação.
Aplicação em várias camadas de baixa espessura.
48
CONCLUSÕES Ciclo de Palestras –
Casa de Rui Barbosa
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Agradece-se o apoio da FCT (Fundação para a
Ciência e a Tecnologia, Portugal) através do projeto
de investigação FCT PTDC/ECM/100234/2008 –
Limecontech – Conservação e Durabilidade de
revestimentos históricos: técnicas e matérias
compatíveis.
AGRADECIMENTOS Ciclo de Palestras –
Casa de Rui Barbosa
Equipa do LNEC e das Instituições parceiras