Baixe Caracterização Mecanica de Paredes Resistentes em Alvenaria de Pedra e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Civil, somente na Docsity! I CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DE PAREDES RESISTENTES EM ALVENARIA DE PEDRA ATRAVÉS DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS RESUMO Pretende-se com o presente trabalho, conhecer e caracterizar mecanicamente as paredes resistentes das construções antigas, nomeadamente as alvenarias de pedra, através da inspecção e de ensaios não destrutivos. Construíram-se em laboratório cinco protótipos de paredes, com diferentes tipos de argamassas, de modo a avaliar o comportamento mecânico de cada uma delas e disponibilizar dados que auxiliem a tomada de decisões em intervenções em património arquitectónico. Realizaram-se nas paredes ensaios ultrasónicos e ensaios com macacos planos, simples e duplos, com o intuito de, por um lado, caracterizar mecanicamente as paredes e, por outro, calibrar as metodologias de ensaio. Posteriormente à realização dos ensaios não destrutivos realizaram-se ensaios de compressão até à rotura em alguns desses protótipos de paredes. Para tentar correlacionar as resistências físicas e mecânicas dos elementos constituintes dessas paredes, realizaram-se ensaios de compressão e flexão sobre provetes de argamassa e pedra. O desenvolvimento do trabalho proporcionou a utilização de equipamentos de diagnóstico, para ensaios de caracterização mecânica de paredes de alvenaria de pedra e resultou na definição de metodologias de ensaio que se revelaram eficazes. PALAVRAS-CHAVE Alvenaria de pedra, ensaios não destrutivos, inspecção ultrasónica, macacos planos, caracterização mecânica. II MECHANICAL CHARACTERIZATION OF RESISTANT STONE MASONRY WALLS CARRIED OUT THROUGH NON DESTRUCTIVE EXPERIMENTS ABSTRACT With the present work we intend to know and characterize the mechanical resistance of ancient constructions, namely, stone masonry walls through non destructive experiments. Five prototype walls were built in the lab with different types of mortars in order to evaluate the mechanical behaviour of each of them and to render available data that contribute to the decision making process concerning interventions in patrimony of architectural interest. Ultrasonic tests and simple and double flat jack tests were made in the walls with the intention, on the one hand, of characterizing the mechanical resistance of the stone masonry walls and, on the other hand, to check the calibration of testing methods. Subsequently, compression tests took place to test the ultimate strength of some of those prototype walls. In order to try to correlate the physical and mechanical resistance of the elements of these walls, compression and flexural tests on mortar and stone specimens were also carried out. This research allowed for the use of diagnostic equipments in testing the mechanical characterization of resistance stone masonry walls and rendered available a definition of the methodologies, which proved to be effective. KEY-WORDS Stone masonry walls, non destructive experiments, ultrasonic testing, flat jacks, mechanical characterization. V ÍNDICE DO TEXTO 1 – INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 1 1.1 – ENQUADRAMENTO E OBJECTIVOS ................................................................................................................... 1 1.2 – ESTRUTURAÇÃO DO TEXTO ............................................................................................................................ 2 2 – CARACTERIZAÇÃO DAS PAREDES DE ALVENARIA DOS EDIFÍCIOS ANTIGOS EM PORTUGAL ................... 3 2.1 – CONSIDERAÇÕES GERAIS .............................................................................................................................. 3 2.2 – CLASSIFICAÇÃO DAS PAREDES DOS EDIFÍCIOS ANTIGOS EM PORTUGAL .................................................................... 5 2.2.1 – Alvenaria de Pedra Regular ‐ Cantaria .......................................................................................... 5 2.2.2 – Alvenaria de Pedra Regular – Enxilharia ....................................................................................... 7 2.2.3 – Alvenaria de Pedra Seca ................................................................................................................ 8 2.2.4 – Alvenaria de Pedra Aparelhada ..................................................................................................... 9 2.2.5 – Alvenaria de Pedra Ordinária ...................................................................................................... 10 2.2.6 – Alvenaria Mista ........................................................................................................................... 11 2.2.6.1 – Alvenaria Mista – Pedra e Cantaria ....................................................................................................... 11 2.2.6.2 – Alvenaria Mista – Pedra e Tijolo ............................................................................................................ 12 2.2.6.3 – Alvenaria Mista – Pedra e Madeira (Tabique e Frontal) ........................................................................ 13 2.2.7 – Alvenaria de Tijolo ....................................................................................................................... 14 2.2.8 – Alvenaria de Adobe...................................................................................................................... 16 2.2.9 – Alvenaria de Taipa ....................................................................................................................... 17 2.3 – CONCLUSÃO DO CAPÍTULO ......................................................................................................................... 19 3 – ENSAIOS PARA CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DAS ALVENARIAS ESTRUTURAIS DOS EDIFÍCIOS ANTIGOS .............................................................................................................................................................. 21 3.1 – CONSIDERAÇÕES GERAIS ............................................................................................................................ 21 3.2 – INSPECÇÃO VISUAL .................................................................................................................................... 21 VI 3.3 – TÉCNICAS DE ENSAIO NÃO DESTRUTIVAS ........................................................................................................ 22 3.3.1 – Introdução ................................................................................................................................... 22 3.3.2 – Ensaio de ultrasons ...................................................................................................................... 23 3.3.3 – Tomografia sónica ....................................................................................................................... 26 3.3.4 – Medição da velocidade dos impulsos mecânicos na alvenaria ................................................... 27 3.3.5 – Ensaios de radar .......................................................................................................................... 29 3.3.6 – Ensaios de termografia ................................................................................................................ 30 3.3.7 – Ensaios Esclerométricos ............................................................................................................... 32 3.4 – TÉCNICAS DE ENSAIO SEMI‐DESTRUTIVAS ....................................................................................................... 33 3.4.1 – Introdução ................................................................................................................................... 33 3.4.2 – Ensaios de carotes ....................................................................................................................... 34 3.4.3 – Ensaio pelo método do arrancamento de uma hélice ................................................................. 35 3.4.4 – Ensaio Boroscópico ...................................................................................................................... 36 3.4.5 – Ensaio de dilatómetro .................................................................................................................. 37 3.4.6 – Ensaio com macacos planos ........................................................................................................ 38 3.4.6.1 – Introdução ............................................................................................................................................. 38 3.4.6.2 – Ensaio simples com macacos planos ..................................................................................................... 39 3.4.6.3 – Ensaio duplo com macacos planos ........................................................................................................ 40 3.5 – TÉCNICAS DE ENSAIO DESTRUTIVAS ............................................................................................................... 41 3.6 – CONCLUSÃO DO CAPÍTULO ......................................................................................................................... 42 4 – CONSTRUÇÃO E ENSAIO DAS PAREDES DE ALVENARIA DE PEDRA ORDINÁRIA ................................... 45 4.1 – CONSIDERAÇÕES GERAIS ............................................................................................................................ 45 4.2 – CONSTRUÇÃO DAS PAREDES DE ALVENARIA DE PEDRA ORDINÁRIA ....................................................................... 47 4.2.1 – Recepção e armazenamento dos materiais ................................................................................. 47 4.2.2 – Construção das paredes grandes ................................................................................................. 48 4.2.3 – Construção das paredes pequenas .............................................................................................. 53 4.2.4 – Construção dos maciços superiores ............................................................................................. 55 4.3 – EXECUÇÃO E ENSAIO DOS PROVETES DE ARGAMASSA ........................................................................................ 56 VII 4.3.1 – Considerações gerais ................................................................................................................... 56 4.3.2 – Execução dos provetes prismáticos ............................................................................................. 56 4.3.3 – Execução dos provetes cilíndricos ................................................................................................ 58 4.3.4 – Ensaio dos provetes prismáticos .................................................................................................. 59 4.3.5 – Ensaios dos provetes cilíndricos ................................................................................................... 62 4.4 – EXECUÇÃO E ENSAIO DOS PROVETES DE PEDRA ................................................................................................ 68 4.4.1 – Execução dos provetes cúbicos .................................................................................................... 68 4.4.2 – Ensaio dos provetes cúbicos ........................................................................................................ 69 4.4.3 – Ensaios de ultrasons nas pedras de Lioz ...................................................................................... 74 4.5 – ENSAIOS DE ULTRASONS NAS PAREDES .......................................................................................................... 75 4.5.1 – Introdução ................................................................................................................................... 75 4.5.2 – Ensaios de ultrasons realizados nas paredes grandes ................................................................. 76 4.5.3 – Ensaios de ultrasons realizados nas paredes pequenas .............................................................. 82 4.6 – ENSAIO À COMPRESSÃO DAS PAREDES PEQUENAS ............................................................................................ 84 4.6.1 – Metodologia do ensaio ................................................................................................................ 84 4.7 – SÍNTESE E CONCLUSÃO DO CAPÍTULO ............................................................................................................ 90 5 – ENSAIOS DE MACACOS PLANOS NAS PAREDES GRANDES .................................................................. 95 5.1 – INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................... 95 5.2 – PREPARAÇÃO DAS PAREDES ANTES DO INÍCIO DOS ENSAIOS ............................................................................... 95 5.3 – ENSAIOS DURANTE A APLICAÇÃO DA CARGA INICIAL ......................................................................................... 96 5.3.1 – Metodologia ................................................................................................................................ 96 5.3.2 – Resultados ................................................................................................................................... 99 5.3.2.1 – Parede de argamassa de cal aérea ...................................................................................................... 100 5.3.2.2 – Parede de argamassa de cal hidráulica ............................................................................................... 103 5.3.2.3 – Parede de argamassa bastarda (cal aérea e cimento) ......................................................................... 107 5.3.2.4 – Conclusões dos resultados obtidos nos ensaios .................................................................................. 111 5.4 – ENSAIOS DE MACACOS PLANOS .................................................................................................................. 111 5.4.1 – Metodologia .............................................................................................................................. 111 X FIGURA 3. 16 - FASES DO ENSAIO SIMPLES [32] ................................................................................................. 39 FIGURA 3. 17 - ENSAIO SIMPLES COM MACACOS PLANOS ................................................................................... 39 FIGURA 3. 18 - ENSAIO DUPLO COM MACACOS PLANOS ..................................................................................... 40 FIGURA 3. 19 - ENSAIO DE COMPRESSÃO DESTRUTIVO EM ALVENARIA [51] ....................................................... 41 FIGURA 3. 20 - ENSAIO DE ARRANCAMENTO REALIZADO SOBRE ELEMENTOS DE MADEIRA DE UM FRONTAL POMBALINO [51] ....................................................................................................................................... 42 FIGURA 3. 21 - ENSAIO DE UM FRONTAL POMBALINO REALIZADO EM LABORATÓRIO [51] ................................. 42 FIGURA 4. 1 - LOCALIZAÇÃO DOS PROTÓTIPOS DE PAREDE GRANDES E PEQUENOS NO LABORATÓRIO .............. 45 FIGURA 4. 2 - LOCALIZAÇÃO EM PLANTA DAS PAREDES NO LABORATÓRIO ....................................................... 46 FIGURA 4. 3 - ESQUEMA DAS PAREDES DE ALVENARIA DE PEDRA ORDINÁRIA ................................................... 47 FIGURA 4. 4 - ARMAZENAMENTO NO EXTERIOR DO LABORATÓRIO (AREIA DO RIO, PEDRA DE LIOZ E AREIA DE MINA) ....................................................................................................................................................... 48 FIGURA 4. 5 - ARMAZENAMENTO NO INTERIOR DO LABORATÓRIO (CAL EM PASTA, CAL HIDRÁULICA E CIMENTO) ................................................................................................................................................. 48 FIGURA 4. 6 - REALIZAÇÃO DOS DIFERENTES TIPOS DE ARGAMASSAS ............................................................... 49 FIGURA 4. 7 - EVOLUÇÃO DA CONSTRUÇÃO DA PAREDE DE ARGAMASSA DE CAL AÉREA .................................. 50 FIGURA 4. 8 - EVOLUÇÃO DA CONSTRUÇÃO DA PAREDE DE ARGAMASSA DE CAL HIDRÁULICA ......................... 51 FIGURA 4. 9 - EVOLUÇÃO DA CONSTRUÇÃO DA PAREDE DE ARGAMASSA DE CAL AÉREA E CIMENTO ................ 52 FIGURA 4. 10 - LOCALIZAÇÃO DAS JANELAS NOS DIFERENTES ALÇADOS NAS PAREDES GRANDES .................... 52 FIGURA 4. 11 - PAREDE COM AS DIMENSÕES ESTABELECIDAS DE ACORDO COM A NORMA NP EN 1052-1 200254 FIGURA 4. 12 - EVOLUÇÃO DA CONSTRUÇÃO DA PAREDE PEQUENA DE ARGAMASSA DE CAL AÉREA ................. 54 FIGURA 4. 13 - EVOLUÇÃO DA CONSTRUÇÃO DA PAREDE PEQUENA DE ARGAMASSA DE CAL HIDRÁULICA........ 55 FIGURA 4. 14 - LOCALIZAÇÃO DAS JANELAS NAS PAREDES PEQUENAS – VISTA FRONTAL ................................. 55 FIGURA 4. 15 - MACIÇOS SUPERIORES PRONTOS A SEREM BETONADOS ............................................................. 56 FIGURA 4. 16 - COMPACTADOR MECÂNICO E MOLDE UTILIZADO ...................................................................... 57 FIGURA 4. 17 - EXECUÇÃO DOS MOLDES PRISMÁTICOS COM OS DIFERENTES TIPOS DE ARGAMASSA ................. 57 FIGURA 4. 18 - PROVETES PRISMÁTICOS DEPOIS DE DESMOLDADOS .................................................................. 58 FIGURA 4. 19 - EXECUÇÃO DOS PROVETES CILÍNDRICOS COM OS DIFERENTES TIPOS DE ARGAMASSA ............... 58 FIGURA 4. 20 - (A) ENSAIO DE RESISTÊNCIA À TRACÇÃO, POR FLEXÃO E (B) ENSAIO DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ........................................................................................................................................... 59 FIGURA 4. 21 - ENSAIO DE RESISTÊNCIA À TRACÇÃO POR FLEXÃO - EN 1015-11 .............................................. 60 FIGURA 4. 22 - (A) RECTIFICAÇÃO DO TOPO DE UM PROVETE E (B) PROVETES COM OS TOPOS RECTIFICADOS ... 62 FIGURA 4. 23 - MONTAGEM DOS DEFLECTÓMETROS PARA O ENSAIO DO MÓDULO DE ELASTICIDADE ................ 62 FIGURA 4. 24 - PROVETE CILÍNDRICO PREPARADO PARA O ENSAIO DO MÓDULO DE ELASTICIDADE ................... 63 FIGURA 4. 25 - ENSAIOS DE MÓDULO DE ELASTICIDADE – GRÁFICOS TENSÃO-EXTENSÃO ................................ 64 FIGURA 4. 26 - ENSAIO DE ULTRASONS – PROVETES CILÍNDRICOS .................................................................... 66 FIGURA 4. 27 - MEDIÇÃO DE ULTRASONS – PROVETES CILÍNDRICOS ................................................................. 67 FIGURA 4. 28 - PROVETES CÚBICOS DE LIOZ ..................................................................................................... 69 FIGURA 4. 29 - ENSAIO DE ROTURA DOS PROVETES CÚBICOS DE LIOZ ............................................................... 69 XI FIGURA 4. 30 - PROVETES DE PEDRA COM EXTENSÓMETROS COLOCADOS ......................................................... 70 FIGURA 4. 31 - ENSAIO DE DETERMINAÇÃO DO MÓDULO DE ELASTICIDADE...................................................... 71 FIGURA 4. 32 - GRÁFICOS TENSÃO-EXTENSÃO DOS ENSAIOS DE COMPRESSÃO DOS PROVETES DE PEDRA PARA DETERMINAÇÃO DO MÓDULO DE ELASTICIDADE ...................................................................................... 72 FIGURA 4. 33 - ENSAIO DE ROTURA DOS RESTANTES PROVETES CÚBICOS ......................................................... 73 FIGURA 4. 34 - PEDRAS DE LIOZ RECTIFICADAS PARA ENSAIO DE ULTRASONS .................................................. 74 FIGURA 4. 35 - EQUIPAMENTO UTILIZADO PARA OS ENSAIOS DE ULTRASONS – PUNDIT ................................. 75 FIGURA 4. 36 - LOCALIZAÇÃO DAS “JANELAS” DE LEITURA DOS ULTRASONS NAS PAREDES GRANDES .............. 76 FIGURA 4. 37 - ENSAIO DE ULTRASONS NAS PAREDES GRANDES ....................................................................... 77 FIGURA 4. 38 - ACOPLAGEM TRANSDUTOR/JANELA ATRAVÉS DE VASELINA BRANCA ....................................... 77 FIGURA 4. 39 - MEDIÇÃO DE ULTRASONS NAS “JANELAS” DA PAREDE DE ARGAMASSA DE CAL AÉREA ............. 78 FIGURA 4. 40 - MEDIÇÃO DE ULTRASONS NAS “JANELAS” DA PAREDE DE ARGAMASSA DE CAL HIDRÁULICA ... 79 FIGURA 4. 41 - MEDIÇÃO DE ULTRASONS NAS “JANELAS” DA PAREDE DE ARGAMASSA DE CAL AÉREA E CIMENTO .................................................................................................................................................. 80 FIGURA 4. 42 - LOCALIZAÇÃO DAS JANELAS DE LEITURA DOS ULTRASONS NAS PAREDES PEQUENAS................ 82 FIGURA 4. 43 - ENSAIO DE ULTRASONS NAS PAREDES PEQUENAS – MÉTODO DE LEITURA UTILIZADO .............. 82 FIGURA 4. 44 - MEDIÇÃO DE ULTRASONS NAS JANELAS DAS PAREDES PEQUENAS ............................................. 83 FIGURA 4. 45 - TRANSPORTE E COLOCAÇÃO DA PAREDE NA PRENSA ATRAVÉS DO EMPILHADOR ...................... 85 FIGURA 4. 46 - A) PAREDE DE ARGAMASSA DE CAL AÉREA; B) PAREDE DE ARGAMASSA DE CAL HIDRÁULICA .. 85 FIGURA 4. 47 - DIAGRAMA DE TENSÕES-EXTENSÕES DA PAREDE PEQUENA DE ARGAMASSA DE CAL AÉREA ..... 87 FIGURA 4. 48 - DIAGRAMA DE TENSÕES-EXTENSÕES DA PAREDE PEQUENA DE ARGAMASSA DE CAL HIDRÁULICA ................................................................................................................................................................. 88 FIGURA 4. 49 - DISTRIBUIÇÃO DE FORÇAS NAS PAREDES PEQUENAS, DURANTE O ENSAIO DE CARGA ................ 90 FIGURA 5. 1 - PÓRTICO UTILIZADO PARA OS ENSAIOS NAS PAREDES GRANDES .................................................. 96 FIGURA 5. 2 - AFAGAMENTO DAS PEDRAS PARA POSSIBILITAR A LEITURA DE ULTRASONS ................................ 97 FIGURA 5. 3 - LOCALIZAÇÃO DOS NOVOS PONTOS DE LEITURA DOS ULTRASONS NAS PAREDES GRANDES ......... 97 FIGURA 5. 4 - LOCALIZAÇÃO DOS PONTOS DE LEITURA DOS DEFLECTÓMETROS NAS PAREDES GRANDES .......... 98 FIGURA 5. 5 - LOCALIZAÇÃO DOS PONTOS DE LEITURA DAS MIRAS NAS PAREDES GRANDES ............................. 99 FIGURA 5. 6 – FISSURAÇÃO DA PAREDE DE ARGAMASSA DE CAL AÉREA QUANDO CARREGADA COM UMA FORÇA DE INTENSIDADE DE 500 KN ..................................................................................................................... 99 FIGURA 5. 7 - LOCALIZAÇÃO DOS DEFLECTÓMETROS NA PAREDE DE ARGAMASSA DE CAL AÉREA .................. 100 FIGURA 5. 8 - RELAÇÕES TENSÃO-DEFORMAÇÃO REGISTADAS PELOS DEFLECTÓMETROS ............................... 100 FIGURA 5. 9 – LOCALIZAÇÃO DOS PONTOS DE LEITURA DE ULTRASONS NA PAREDE DE ARGAMASSA DE CAL AÉREA .................................................................................................................................................... 101 FIGURA 5. 10 - GRÁFICO DO REGISTO DAS LEITURAS DAS VELOCIDADES DE PROPAGAÇÃO DAS ONDAS SÓNICAS ............................................................................................................................................................... 102 FIGURA 5. 11 - LOCALIZAÇÃO DAS MIRAS NA PAREDE DE ARGAMASSA DE CAL AÉREA ................................... 102 FIGURA 5. 12 - RELAÇÕES TENSÃO-DEFORMAÇÃO REGISTADAS ENTRE MIRAS ............................................... 103 FIGURA 5. 13 - LOCALIZAÇÃO DOS DEFLECTÓMETROS NA PAREDE DE ARGAMASSA DE CAL HIDRÁULICA ....... 103 XII FIGURA 5. 14 - RELAÇÕES TENSÃO-DEFORMAÇÃO REGISTADAS PELOS DEFLECTÓMETROS ............................. 104 FIGURA 5. 15 - LOCALIZAÇÃO DOS PONTOS DE LEITURA DE ULTRASONS NA PAREDE DE ARGAMASSA DE CAL HIDRÁULICA ........................................................................................................................................... 105 FIGURA 5. 16 - GRÁFICO DO REGISTO DAS LEITURAS DAS VELOCIDADES DE PROPAGAÇÃO DAS ONDAS SÓNICAS ............................................................................................................................................................... 105 FIGURA 5. 17 - LOCALIZAÇÃO DAS MIRAS NA PAREDE DE ARGAMASSA DE CAL HIDRÁULICA .......................... 106 FIGURA 5. 18 - RELAÇÕES TENSÃO-DEFORMAÇÃO REGISTADAS ENTRE MIRAS ............................................... 106 FIGURA 5. 19 – GRÁFICO DE RELAÇÃO TENSÃO-EXTENSÃO PARA ALVENARIA EM COMPRESSÃO .................... 107 FIGURA 5. 20 - LOCALIZAÇÃO DOS DEFLECTÓMETROS NA PAREDE DE ARGAMASSA BASTARDA (CAL AÉREA E CIMENTO) ............................................................................................................................................... 108 FIGURA 5. 21- RELAÇÕES TENSÃO-DEFORMAÇÃO REGISTADAS PELOS DEFLECTÓMETROS .............................. 108 FIGURA 5. 22 - LOCALIZAÇÃO DOS PONTOS DE LEITURA DE ULTRASONS NA PAREDE DE ARGAMASSA BASTARDA (CAL AÉREA E CIMENTO) ........................................................................................................................ 109 FIGURA 5. 23 - GRÁFICO DO REGISTO DAS LEITURAS DAS VELOCIDADES DE PROPAGAÇÃO DAS ONDAS SÓNICAS ............................................................................................................................................................... 109 FIGURA 5. 24 - LOCALIZAÇÃO DAS MIRAS NA PAREDE DE ARGAMASSA BASTARDA (CAL AÉREA E CIMENTO) . 110 FIGURA 5. 25 - RELAÇÕES TENSÃO-DEFORMAÇÃO REGISTADAS ENTRE MIRAS ............................................... 110 FIGURA 5. 26 - TIPOS DE MACACOS PLANOS [42] ............................................................................................. 112 FIGURA 5. 27 - MACACO PLANO SEMI-CIRCULAR ............................................................................................ 113 FIGURA 5. 28 - CORTADORA COM ANEL DIAMANTADO ................................................................................... 113 FIGURA 5. 29 - CENTRAL HIDRÁULICA ELÉCTRICA E SISTEMA HIDRÁULICO MANUAL ..................................... 113 FIGURA 5. 30 - FIXAÇÃO DAS MIRAS ÀS PEDRAS, ATRAVÉS DE COLA EPÓXIDA ................................................ 114 FIGURA 5. 31 - ALONGÂMETRO E BARRA PADRÃO (INVAR) PARA LEITURAS DE 200 MM ................................. 114 FIGURA 5. 32 - SISTEMA DE MEDIÇÃO COM DEFLECTÓMETROS FIXOS ............................................................. 114 FIGURA 5. 33 - ALMOFADAS METÁLICAS E CHAPAS DE AJUSTE (SHIMS) .......................................................... 115 FIGURA 5. 34 - DUAS FOLHAS DE PAPEL BRANCO COM UM PAPEL QUÍMICO NO INTERIOR ................................ 115 FIGURA 5. 35 – EQUIPAMENTOS DE PROTECÇÃO COLECTIVA E E INDIVIDUAL ................................................. 115 FIGURA 5. 36 - ESQUEMA DO ENSAIO SIMPLES DE MACACOS PLANOS .............................................................. 116 FIGURA 5. 37 - QUATRO MIRAS COLOCADAS SUPERIOR E INFERIORMENTE ...................................................... 117 FIGURA 5. 38 - REALIZAÇÃO DOS RASGOS ATRAVÉS DE UMA CORTADORA PARA O ENSAIO SIMPLES DE MACACOS PLANOS .................................................................................................................................................. 117 FIGURA 5. 39 - LEITURA E REGISTO DAS DISTÂNCIAS ENTRE MIRAS ................................................................ 118 FIGURA 5. 40 - COLOCAÇÃO DO MACACO PLANO, ALMOFADAS METÁLICAS E FOLHAS DE PAPEL BRANCO E QUÍMICO ................................................................................................................................................. 118 FIGURA 5. 41 - APLICAÇÃO DE PRESSÃO ATRAVÉS DO SISTEMA HIDRÁULICO ................................................. 119 FIGURA 5. 42 - SISTEMA DE EXTRACÇÃO DOS MACACOS PLANOS E DAS ALMOFADAS METÁLICAS .................. 119 FIGURA 5. 43 - ESQUEMA DO ENSAIO DUPLO DE MACACOS PLANOS ................................................................. 121 FIGURA 5. 44 - SISTEMA DE DEFLECTÓMETROS (LVDTS) MONTADO PARA O ENSAIO DUPLO DE MACACOS PLANOS .................................................................................................................................................. 121 XV ÍNDICE DE QUADROS QUADRO 2. 1 - DESIGNAÇÃO DAS PAREDES DOS EDIFÍCIOS ANTIGOS ............................................................... 19 QUADRO 3. 1 - QUADRO RESUMO DOS ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS ................................................................... 43 QUADRO 3. 2 - QUADRO RESUMO DOS ENSAIOS SEMI-DESTRUTIVOS .................................................................. 44 QUADRO 4. 1 - RESUMO DAS CARACTERÍSTICAS DAS PAREDES A CONSTRUIR ................................................... 46 QUADRO 4. 2 - DIMENSÕES DOS PROVETES PARA O ENSAIO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DA ALVENARIA – QUADRO 2 DO CAPÍTULO 7 DA NORMA NP EN 1052-1 2002 .................................................................... 53 QUADRO 4. 3 - RESULTADOS MÉDIOS DOS VALORES OBTIDOS NOS ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À TRACÇÃO POR FLEXÃO E RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ................................................................................................... 61 QUADRO 4. 4 - VALORES ESTIMADOS E OBTIDOS NOS ENSAIOS DOS PROVETES CILÍNDRICOS ............................ 65 QUADRO 4. 5 – VALORES DE TENSÃO DE ROTURA DE TRACÇÃO POR FLEXÃO, E POR COMPRESSÃO A CONSIDERAR PARA CADA TIPO DE ARGAMASSA ............................................................................................................. 66 QUADRO 4. 6 – QUADRO RESUMO DOS ENSAIOS DOS PROVETES CILÍNDRICOS ................................................... 68 QUADRO 4. 7 - RESULTADOS DOS ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO .................................................... 70 QUADRO 4. 8 - RESULTADOS DOS ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO E RESPECTIVOS MÓDULOS DE ELASTICIDADE .......................................................................................................................................... 73 QUADRO 4. 9 – QUADRO RESUMO DOS RESULTADOS DAS PAREDES GRANDES, COM OS ENSAIOS REALIZADOS NO CAPÍTULO 5 .............................................................................................................................................. 81 QUADRO 4. 10 – QUADRO RESUMO DOS ENSAIOS DAS PAREDES PEQUENAS ...................................................... 84 QUADRO 4. 11 – QUADRO RESUMO DOS RESULTADOS OBTIDOS PARA AS PAREDES PEQUENAS .......................... 88 QUADRO 4. 12 – QUADRO RESUMO DOS VALORES MÉDIOS DOS ENSAIOS REALIZADOS NOS PROVETES PRISMÁTICOS E CILÍNDRICOS DAS ARGAMASSAS DE CAL AÉREA E CAL HIDRÁULICA ................................ 89 QUADRO 4. 13 – QUADRO RESUMO DOS VALORES MÉDIOS DOS ENSAIOS REALIZADOS NOS PROVETES CÚBICOS DE LIOZ .................................................................................................................................................... 89 QUADRO 4. 14 - RESULTADOS MÉDIOS DOS ENSAIOS DOS PROVETES PRISMÁTICOS – RESISTÊNCIA À TRACÇÃO POR FLEXÃO E RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ............................................................................................ 90 QUADRO 4. 15 - QUADRO RESUMO DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS REALIZADOS NOS PROVETES CILÍNDRICOS 91 QUADRO 4. 16 - QUADRO RESUMO DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS REALIZADOS NOS PROVETES CÚBICOS DE 100 MM DE ARESTA, EM LIOZ .......................................................................................................................... 91 QUADRO 4. 17 – LEITURA DAS VELOCIDADES DE PROPAGAÇÃO DAS ONDAS ULTRASÓNICAS REALIZADAS NAS PEDRAS DE LIOZ RECTIFICADAS ............................................................................................................... 91 QUADRO 4. 18 – QUADRO RESUMO DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS REALIZADOS NAS PAREDES DE ALVENARIA PEQUENAS ................................................................................................................................................ 91 QUADRO 4. 19 – LEITURA DAS VELOCIDADES DE PROPAGAÇÃO DAS ONDAS ULTRASÓNICAS REALIZADAS NAS PAREDES DE ALVENARIA GRANDES .......................................................................................................... 92 XVI QUADRO 5. 1 – RESUMO DOS MÓDULOS DE ELASTICIDADE PARA AS PAREDES GRANDES E PEQUENAS ............ 111 QUADRO 5. 2 - QUADRO RESUMO DOS RESULTADOS DA CALIBRAÇÃO DOS MACACOS PLANOS ........................ 131 QUADRO 5. 3 - VALORES DE KM E KA PARA O ENSAIO SIMPLES DE MACACOS PLANOS ..................................... 135 QUADRO 5. 4 - VALORES DE KM E KA PARA O ENSAIO SIMPLES DE MACACOS PLANOS ..................................... 138 QUADRO 5. 5 - VALORES DE KM E KA PARA O ENSAIO SIMPLES DE MACACOS PLANOS ..................................... 141 QUADRO 5. 6 - VALORES DE KM E KA PARA O ENSAIO DUPLO DE MACACOS PLANOS ........................................ 145 QUADRO 5. 7 – COMPARAÇÃO DOS ENSAIOS DAS PAREDES PEQUENAS E DO ENSAIO DUPLO DE MACACOS PLANOS ............................................................................................................................................................... 147 QUADRO 5. 8 - VALORES DE KM E KA PARA O ENSAIO DUPLO DE MACACOS PLANOS ........................................ 148 QUADRO 5. 9 - COMPARAÇÃO DOS ENSAIOS DAS PAREDES PEQUENAS E DO ENSAIO DUPLO DE MACACOS PLANOS ............................................................................................................................................................... 150 QUADRO 5. 10 - VALORES DE KM E KA PARA O ENSAIO DUPLO DE MACACOS PLANOS ...................................... 151 QUADRO 5. 11 – RESULTADOS DO MÓDULO DE ELASTICIDADE CALCULADOS DURANTE A APLICAÇÃO DA CARGA INICIAL ................................................................................................................................................... 159 QUADRO 5. 12 – RESULTADOS DOS ENSAIOS SIMPLES DE MACACOS PLANOS REALIZADOS NAS PAREDES GRANDES ................................................................................................................................................ 159 QUADRO 5. 13 - RESULTADOS DOS ENSAIOS DUPLOS DE MACACOS PLANOS REALIZADOS NAS PAREDES GRANDES ............................................................................................................................................................... 159 QUADRO 5. 14 – RESULTADOS DO ENSAIO DE ROTURA DA PAREDE DE ARGAMASSA DE CAL AÉREA ................ 159 QUADRO A I. 1 – RESULTADOS DOS ENSAIOS REALIZADOS AOS PROVETES PRISMÁTICOS DE ARGAMASSA DE CAL AÉREA (28 DIAS) .................................................................................................................................... 170 QUADRO A I. 2 - RESULTADOS DOS ENSAIOS REALIZADOS AOS PROVETES PRISMÁTICOS DE ARGAMASSA DE CAL AÉREA (195 DIAS) .................................................................................................................................. 171 QUADRO A I. 3 - RESULTADOS DOS ENSAIOS REALIZADOS AOS PROVETES PRISMÁTICOS DE ARGAMASSA DE CAL HIDRÁULICA (28 DIAS) ........................................................................................................................... 172 QUADRO A I. 4 - RESULTADOS DOS ENSAIOS REALIZADOS AOS PROVETES PRISMÁTICOS DE ARGAMASSA DE CAL HIDRÁULICA (195 DIAS) ......................................................................................................................... 173 QUADRO A I. 5 - RESULTADOS DOS ENSAIOS REALIZADOS AOS PROVETES PRISMÁTICOS DE ARGAMASSA DE CAL AÉREA E CIMENTO (28 DIAS) .................................................................................................................. 174 QUADRO A I. 6 - RESULTADOS DOS ENSAIOS REALIZADOS AOS PROVETES PRISMÁTICOS DE ARGAMASSA DE CAL AÉREA E CIMENTO (195 DIAS) ................................................................................................................ 175 1 - Introdução 1 1 – Introdução 1.1 – Enquadramento e objectivos Só recentemente começou a surgir a consciência pública da necessidade de proteger e conservar o património arquitectónico, a qual exige uma postura diferente da habitual com a construção nova, com maior contenção e rigor para não se revelar demasiado invasiva. Em meios urbanos, onde a pressão imobiliária é mais intensa, a necessidade de preservação de valores patrimoniais associa-se, frequentemente, à necessidade de rentabilizar espaços, readaptando a utilização de edifícios antigos a novos desempenhos. As estruturas das construções de valor patrimonial, pela sua natureza e valor histórico intrínseco, apresentam desafios específicos nas intervenções, as quais se devem basear em estudos de diagnóstico e de levantamento que suportem a tomada de decisões quanto às metodologias de intervenção e técnicas a adoptar. Nenhuma acção deve ser empreendida sem se averiguar o seu benefício e o seu prejuízo para a construção, sendo essencial, por conseguinte, saber caracterizar física e mecanicamente as paredes resistentes das construções antigas, bem como avaliar os estados de tensão a que estão sujeitas. As características específicas dos edifícios antigos exigem em geral a utilização de meios de ensaio pouco intrusivos, como são os casos dos ensaios com macacos planos e ultrasons, que se pretendem estudar, caracterizar, calibrar e aplicar neste trabalho. Os objectivos gerais da presente dissertação são a calibração dos resultados dos ensaios ultrasónicos e de macacos planos, através de ensaios experimentais em laboratório, assim como, a caracterização mecânica das paredes resistentes em alvenaria de pedra, através de ensaios mecânicos realizados sobre protótipos de paredes especialmente construídos para o efeito. Os protótipos construídos e ensaiados em laboratório, em alvenaria de pedra calcária de Lioz, com diferentes tipos de argamassa de assentamento, procuraram ser representativos das paredes resistentes das construções tradicionais correntes na zona Sul de Portugal, nomeadamente em Lisboa. 2 - Caracterização das Paredes de Alvenaria dos Edifícios Antigos em Portugal 4 que, aglomeradas ou não com argamassa de assentamento, constituem um material de construção compósito. Os factores da escolha do tipo de parede a construir e dos materiais a aplicar estão relacionados com os materiais disponíveis, com as condições climatéricas, com as técnicas construtivas, e com a qualidade da mão de obra e naturalmente com factores económicos. Em zonas, como Lisboa e Porto, onde a pedra era um material abundante e de fácil acesso, as alvenarias são em geral constituídas por pedras (alvenaria ordinária, cantaria, etc.), pelo contrário, nas regiões mais pobres e com menores recursos (como o Alentejo e Algarve), e sempre que as condições climatéricas o permitiam recorria-se a materiais menos nobres, como a terra (taipa e adobe). A classificação das paredes dos edifícios antigos pode ser definida em função de três grandes aspectos: • O Desempenho ou não de funções estruturais / resistentes; • A natureza, dimensão e tipo de aparelho dos elementos e composição do material ligante; • E o tipo de materiais utilizados. Consideram-se como paredes resistentes aquelas que, dadas as suas características geométricas e mecânicas, contribuem de forma decisiva para a estabilidade do edifício, quando sujeito à acção das forças verticais (gravíticas) e horizontais (sísmicas). As grandes espessuras características destas paredes (0,5 m a 1,5 m) conferem uma boa capacidade resistente a esforços normais e transversais / corte e minimizam os efeitos das excentricidades das cargas. Dado as suas grandes espessuras estas paredes apresentam uma boa capacidade de mobilização de momentos estabilizantes, resultantes do seu elevado peso, que equilibram os efeitos das forças horizontais (sísmicas) derrubantes e deslizantes. A grande rigidez longitudinal, também, alguma rigidez transversal são também importantes para a rigidificação global do edifício e, consequentemente, para a sua estabilidade. Os elementos (pedra ou blocos cerâmicos) utilizados na construção das paredes de alvenaria podem apresentar-se com várias formas e dimensões, dependentes da espessura da parede e da importância da construção, com formas mais ou menos regulares, ou totalmente aparelhados. 2 - Caracterização das Paredes de Alvenaria dos Edifícios Antigos em Portugal 5 Nos parágrafos seguintes apresenta-se uma proposta de classificação das paredes de alvenaria dos edifícios antigos, tendo em conta o tipo de aparelho e os materiais utilizados. A proposta segue os princípios de classificação da construção tradicional, os quais são normalmente considerados pelos investigadores da área da construção em alvenarias. 2.2 – Classificação das paredes dos edifícios antigos em Portugal 2.2.1 – Alvenaria de Pedra Regular - Cantaria A cantaria é um tipo de alvenaria em que se utilizou na sua execução pedra lavrada ou aparelhada com formas geométricas variadas (figura 2.2). Figura 2. 2 - Parede em cantaria (Convento de Mafra) Em geral as pedras são aparelhadas em todas as faces, exceptuando a face oposta ao paramento onde era aplicada, sendo quase sempre ligadas entre si com argamassa de assentamento. O aparelho das pedras era variado, sendo mais vulgar o aparelho regular, ou opus isodomum, que consistia no talhamento das pedras na forma paralelepipédica, com dimensões fixas, permitindo a formação de fiadas de igual altura, com a correspondência das juntas verticais em fiadas alternadas (figura 2.3). Em Portugal, devido aos seus elevados custos de execução, resultado da necessidade de mão de obra especializada e de materiais de melhor qualidade, a solução de paredes de cantaria foi fundamentalmente usada nos edifícios nobres, como palácios, monumentos e igrejas. 2 - Caracterização das Paredes de Alvenaria dos Edifícios Antigos em Portugal 6 Figura 2. 3 - Tipos de aparelho regular em cantaria Em geral o assentamento das pedras de cantaria processava-se da seguinte forma: [63] 1 - Limpeza e boa lavagem das pedras que serviam de leito; 2 - Verificação do alinhamento ou destorcimento da parede com um cordel esticado entre duas mestras; 3 - Verificação da verticalidade das pedras por meio do prumo; 4 - Depois de chegadas as pedras ao local onde iam ser assentes, colocavam-se sobre cunhas ou palmetas de madeira ou chumbo, de espessura igual à junta de argamassa pretendida, e afastadas cerca de 0,03 m a 0,04 m das arestas, para evitar a sua fractura; 5 - Antes da colocação final e depois de confirmadas as medidas pretendidas, as pedras eram levantadas para se limparem e molharem convenientemente; 6 - Colocação de uma camada de argamassa fina e homogénea, de espessura ligeiramente superior à altura das palmetas; 7 - Colocação da pedra, batida em seguida com um maço de madeira, até a argamassa refluir pelas juntas; 8 - Remoção das palmetas logo que a pedra ficasse no seu lugar; 9 - Depois de terminada a construção da parede, rematavam-se as juntas, retirando- lhes a camada superficial de argamassa, procedendo-se em seguida à sua lavagem quando a consistência assim o permitisse; 10 - Substituição da argamassa de assentamento extraída, por uma outra mais forte e bem comprimida, com melhor capacidade de resistência às condições atmosféricas. 2 - Caracterização das Paredes de Alvenaria dos Edifícios Antigos em Portugal 9 O travamento de cada uma das pedras era fundamental, garantindo-se a firmeza entre pedras, para que não pudessem oscilar entre si em nenhuma direcção. As paredes de pedra seca tinham geralmente altura limitada, podendo, porém atingir dois pisos (andar térreo e sobrado), variando a sua espessura entre 0,60 m e 0,80 m. Os elevados índices de vazios destas paredes apresentavam, apesar de tudo, uma vantagem funcional, comportando-se como barreiras onde a humidade infiltrada se acumulava, impedindo-a de continuar o seu percurso para o interior do edifício. Tradicionalmente [63] a determinação das dimensões da parede era dada pela razão 1/3 (largura igual a 1/3 da altura) e um pedreiro com um servente construíam num dia de trabalho de 10 horas cerca de 1,5 m3 de parede de pedra seca com 0,40 m de espessura, podendo-se atingir cerca de 2,0 m3, para espessuras superiores a 1,0 m. Para construir 1,0 m3 de alvenaria de pedra seca eram necessários pelo menos 1,1 m3 de pedra, devido aos desbastes exigidos para um bom encaixe. 2.2.4 – Alvenaria de Pedra Aparelhada A alvenaria aparelhada corresponde ao muito antigo opus incertum, ou aparelho poligonal, dos Romanos (figura 2.7). Este tipo de alvenaria era constituída por pedras irregulares assentes em argamassa, escolhendo para os paramentos pedras rijas, maiores e de melhor aspecto, aparelhadas numa das faces. As arestas destas pedras podiam ser aperfeiçoadas para retirar asperezas e maiores irregularidades e conferir ao paramento o aspecto de um polígono irregular, aparelho rústico, ou uma forma rectangular, no caso do uso de pedras paralelipipédicas (aparelho regular tosco). Junto dos cunhais, dispunham-se perpianhos ou pedras de cauda comprida para melhorar o travamento e as pedras eram acamadas segundo leitos horizontais, o que melhorava a resistência à compressão da alvenaria [49]. Figura 2. 7 - Tipos de alvenaria de pedra aparelhada 2 - Caracterização das Paredes de Alvenaria dos Edifícios Antigos em Portugal 10 A alvenaria de pedra aparelhada tinha, em geral, o seguinte processo construtivo: [63] 1 - Desbaste das pedras, até se corrigir as irregularidades das suas faces; 2 - Limpeza e humedecimento das pedras; 3 - Colocação das pedras (a seco) no seu lugar, para ensaiar o ajustamento e proceder a possíveis rectificações; 4 - Para melhorar o assentamento, molhavam-se as pedras já aplicadas, estendendo-se sobre elas uma camada de argamassa, sobre a qual se colocava definitivamente a nova pedra, que era batida até a argamassa refluir nas juntas. Em geral [63], um pedreiro e um servente construíam, num dia de trabalho de 10 horas cerca de 0,83 m3 de parede de alvenaria aparelhada ou rústica, gastando metade do tempo a aparelhar pedra. Para se construir 1,0 m3 de alvenaria de pedra aparelhada eram necessários 1,3 m3 de pedra e 300 litros de argamassa. 2.2.5 – Alvenaria de Pedra Ordinária A alvenaria de pedra ordinária é constituída por pedra irregular assente com argamassa de um modo análogo ao da alvenaria de pedra aparelhada, mas menos cuidado, logo mais fácil e rápido (figura 2.8). Figura 2. 8 - Exemplos de tipos de alvenaria de pedra ordinária Este tipo de alvenaria era, em geral, revestido com reboco, ou por outro tipo de revestimento. As pedras eram assentes pela parte mais lisa, para não se deixarem espaços vazios sem argamassa, requerendo-se muitas vezes a encasques, isto é, introdução de pedras 2 - Caracterização das Paredes de Alvenaria dos Edifícios Antigos em Portugal 11 pequenas ou lascas de tijolo nos interstícios da parede para fixar as pedras e maciçar a parede. Os paramentos podiam ser deixados irregulares pois eram finalizados com reboco e as suas asperezas facilitavam a aderência. A argamassa usada podia ser de barro, de cal e areia, argamassas hidráulica ou bastarda, ou ainda de barro refractário no caso da construção de paredes para fornos. A alvenaria ordinária tinha, em geral, o seguinte processo construtivo: [63] 1 - Colocação de fasquias verticais, que marcavam o destorcimento da parede e a sua espessura; 2 - Colocação das pedras com a cabeça voltada para os paramentos, pondo as maiores em baixo; 3 - As pedras grandes deviam ficar equilibradas sem auxílio de calços e as pequenas deviam servir só para preencher vazios; 4 - Deviam-se molhar as pedras que assentavam e as já colocadas, para que a argamassa tivesse melhor aderência; 5 - Depois de colocada a argamassa e posteriormente as pedras, estas eram batidas até a argamassa refluir pelas juntas. A construção de 1 m3 de alvenaria ordinária de uma parede com espessura inferior a 0,4 m exigia cerca de 1,2 m3 de pedra [63], embora, para paredes com espessuras superiores fossem suficientes 1,1 m3 de pedra. 2.2.6 – Alvenaria Mista A alvenaria mista consiste na associação de unidades de tipos distintos, com recurso, ou não, a argamassas de assentamento. 2.2.6.1 – Alvenaria Mista – Pedra e Cantaria Neste caso a cantaria era fundamentalmente aplicada para efeitos decorativos, pedra de forro, ou para reforço mecânico de zonas sujeitas a maiores esforços ou a choques. O revestimento da cantaria era aplicado em simultâneo com a construção da parede de 2 - Caracterização das Paredes de Alvenaria dos Edifícios Antigos em Portugal 14 Figura 2. 12 - Alvenaria mista de pedra/argamassa e madeira - Tabique 2.2.7 – Alvenaria de Tijolo Na construção tradicional portuguesa a alvenaria de tijolo é constituída por tijolos de burro ou furados, em média com as dimensões de 0,23 m × 0,11 m × 0,07 m, assentes com argamassa com juntas de cerca de 0,01 m de espessura. Os tijolos eram cerâmicos, obtidos por cozedura, em fornos apropriados e a temperaturas elevadas (900 ºC), de uma pasta de argila, areia e água (figura 2.13). Figura 2. 13 - Alvenaria de tijolo A argamassa de assentamento tinha alguma consistência e preenchia todos os espaços deixados entre os tijolos e para tal era chapada antes do assentamento do tijolo, que se esfregava levemente até a argamassa jorrar pelas juntas. Para se garantir a horizontalidade das juntas e a verticalidade dos paramentos, utilizavam-se o cordel e o fio-de-prumo e também duas fasquias que funcionavam como mestras, onde se marcavam as fiadas do tijolo. No assentamento do tijolo, se ele era assente à vista, rejeitavam-se os tijolos fendidos, partidos, mal cozidos ou queimados e os que tinham dimensões anormais. Estes 2 - Caracterização das Paredes de Alvenaria dos Edifícios Antigos em Portugal 15 tijolos defeituosos eram guardados para as partes das paredes que não ficavam à vista. Antes de aplicados os tijolos eram molhados para lhes tirar a poeira e facilitar a aderência da argamassa. Durante a construção de uma parede de tijolo evitava-se deixar panos com altura superior a 1,0 m, relativamente aos já assentes, para evitar problemas de instabilidade devido à sua elevada esbelteza, potencialmente agravados pela acção do vento ou de choques acidentais. O fabrico destas paredes estava sujeito às seguintes regras: [63] 1 - Nenhuma fiada podia ser assente sem que a anterior tivesse sido humedecida, para evitar que os tijolos absorvessem a água da amassadura; 2 - Antes de serem assentes, os tijolos deviam ser embebidos em água durante alguns segundos; 3 - A argamassa era estendida numa camada mais espessa do que o necessário, para que no acto da compressão dos tijolos, esta refluísse; 4 - As juntas deviam ficar bem vedadas; 5 - Nunca se permitia a existência de continuidade entre duas juntas verticais de fiadas consecutivas; 6 - Os tijolos deviam ser assentes alternadamente nas fiadas, uns segundo o comprimento, outros segundo a largura, tendo em vista melhorar o travamento geral da parede; 7 - A sobreposição ou o recobrimento não devia ser inferior a meia largura ou a meio comprimento de um tijolo. Em Portugal as tipologias das alvenarias de tijolo mais comuns na construção tradicional, eram as seguintes (figura 2.14): • Pano de tijolo ao alto – usada em paredes interiores de pequena espessura, reforçadas por prumos de madeira ou ferro; • Pano de meia vez tijolo – paredes formadas por tijolo assente ao baixo de forma que a sua largura corresponda à espessura da parede; • Pano de uma vez tijolo (aparelho inglês) – nestas paredes o tijolo era colocado como perpianho, isto é, o seu comprimento era a espessura da parede; 2 - Caracterização das Paredes de Alvenaria dos Edifícios Antigos em Portugal 16 • Pano de uma vez tijolo (aparelho trincado) – sobre cada fiada de travadouro (perpianhos) punha-se outra de tijolos a par, segundo o comprimento, mas com as juntas desencontradas de meia vez, fazendo com que as juntas verticais se desencontrem. Figura 2. 14 - Exemplo de tipologias de alvenaria de tijolo 2.2.8 – Alvenaria de Adobe A alvenaria de adobe é constituída por tijolos de barro amassado com água e endurecidos ao sol, ou em fornos a temperaturas variáveis (figura 2.15). As matérias primas são muito variadas, mas a base é terra argilosa (terras ribeirinhas) e, por vezes, com adição de pedra miúda ou cascalho. Figura 2. 15 - Parede de alvenaria de adobe e molde de madeira para construção de adobes 2 - Caracterização das Paredes de Alvenaria dos Edifícios Antigos em Portugal 19 2.3 – Conclusão do Capítulo Como se pode constatar pelo exposto nos parágrafos anteriores, é grande a variedade de tipologias das paredes de alvenaria, tanto ao nível dos materiais como ao nível da técnica de assentamento das unidades. No quadro seguinte (quadro 2.1), tentou-se resumir e condensar a informação relativa aos diferentes tipos de paredes apresentados no presente capítulo. Tipos de Paredes Características e Natureza das Paredes Alvenaria de pedra regular - Cantaria Pedras de cantaria com faces devidamente aparelhadas, assentes em argamassa, ou apenas sobrepostas e justapostas. Alvenaria de pedra regular - Enxilharia Pedras de forma paralelipipédica de grandes dimensões e com aparelho pouco cuidado. Alvenaria de pedra seca Pedras irregulares assentes por justaposição, apenas travadas entre si, sem qualquer tipo de argamassa. Alvenaria de pedra aparelhada Pedras irregulares aparelhadas numa das faces, assentes sem argamassa de assentamento. Alvenaria de pedra ordinária Pedras toscas, de forma e dimensões irregulares, assentes com argamassa de assentamento. Alvenaria mista Alvenaria e cantaria; alvenaria e tijolo; alvenaria com armação de madeira; etc. Alvenaria de tijolo Paredes construídas por tijolos, assentes com argamassa. Alvenaria de adobe Paredes construídas com tijolos de barro amassado com água e secos ao sol, ou em fornos, e assentes com argamassa ordinária. Alvenaria de taipa Paredes construídas com terra compactada entre taipais. Quadro 2. 1 - Designação das paredes dos edifícios antigos Independentemente do tipo de alvenaria tradicional em causa, há algumas características que se podem considerar gerais, nomeadamente uma pequena ou quase nula resistência a tensões de tracção, que se traduz numa fraca resistência a esforços normais de tracção e de flexão. A resistência a tensões de compressão e de corte, depende do tipo de alvenaria em causa, nomeadamente das condições de agregação e de embricamento das unidades, podendo-se considerar razoável no caso das soluções frequentemente utilizadas nas paredes mestras das construções antigas. A pesquisa efectuada permitiu obter o conhecimento sobre o tipo de paredes e argamassas mais representativos do edificado antigo, em particular na zona de Lisboa, o qual era 2 - Caracterização das Paredes de Alvenaria dos Edifícios Antigos em Portugal 20 necessário para definir os protótipos a construir e ensaiar no âmbito da presente dissertação, os quais se pretendiam representativos da construção tradicional em Lisboa. Em Lisboa, como na maioria do território nacional, e desde o período da reconstrução Pombalina, até à década de 1930 (início da era do betão), as técnicas de construção das paredes de alvenaria mantiveram-se, no essencial, inalteradas. No entanto deu-se uma progressiva degradação das técnicas e cuidados construtivos típicas da reconstrução pombalina, que acabou por resultar, no séc. XIX – XX, numa construção menos cuidada nos edifícios de rendimento, usualmente designados por gaioleiros. Não obstante, as paredes de alvenaria de pedra ordinária aglomeradas com argamassa de cal e areia, foram sempre utilizadas para a realização das paredes mestras tendo sido essa tipologia de parede que se escolheu para reproduzir e ensaiar no laboratório. Depois de decidido o tipo de parede a estudar, foi necessário definir o traço a usar na argamassa de assentamento. Realizada uma pesquisa, concluiu-se que as diferentes gradações de percentagem de cal foram, durante muito tempo, observadas pela cor e pela forma como os grãos de areia eram mais ou menos envolvidos pelas pastas de cal. Para se reduzir o volume de vazios, as argamassas de assentamento deveriam resultar da mistura de areias finas e médias, sendo a dosagem mais utiliza na construção tradicional a de 1 parte de cal para 3 de areia, tendo sido esta a base utilizada na construção dos protótipos, a qual sofreu algumas adaptações (como se verá no Capítulo 4). 3 - Ensaios para Caracterização Mecânica das Alvenarias Estruturais dos Edifícios Antigos 21 3 – Ensaios para Caracterização Mecânica das Alvenarias Estruturais dos Edifícios Antigos 3.1 – Considerações gerais Existem diversas técnicas para avaliar o estado de conservação de uma construção, desde a simples, mas fundamental, inspecção visual, até à realização de ensaios laboratoriais sobre amostras recolhidas em obra. Nos últimos anos tem-se assistido a um esforço de investigação para ampliar o alcance e eficácia das técnicas não destrutivas ou semi-destrutivas de inspecção e ensaio das construções, e é hoje possível recorrer a toda uma panóplia de técnicas e instrumentos, que facilitam as observações, multiplicando o seu alcance e rigor. As técnicas e instrumentos de inspecção actualmente disponíveis permitem identificar e diagnosticar rapidamente as patologias mais graves, possibilitando a recolha de informação necessária para avaliação da capacidade de desempenho da construção e da importância e extensão das degradações existentes. Informação que, no caso de existirem danos, deficiências ou anomalias, permitirá determinar as suas causas, definir as medidas correctivas melhor adaptadas e definir/planear as intervenções. As técnicas experimentais podem ser classificadas como destrutivas, semi-destrutivas e não destrutivas, procurando-se evitar, quando se tratam de intervenções em património construído, as técnicas destrutivas. As técnicas destrutivas são normalmente utilizadas em situações em que é possível a recolha de amostras significativas para ensaio em laboratório, o que ocorre normalmente quando há demolições ou reconstruções. 3.2 – Inspecção visual A inspecção mais simples é feita a olho nu ou com o auxílio de dispositivos ópticos que potenciem a capacidade visual, avaliando-se as características geométricas da estrutura, identificando genericamente os materiais e os sintomas patológicos presentes. A representação gráfica das anomalias observadas pode ser de grande utilidade, dada a possibilidade de serem detectados padrões, que contêm informação preciosa para a compreensão dos mecanismos de deterioração (figura 3.1). É o caso dos padrões de fendilhação nas paredes das fachadas, abertura de fendas, desalinhamentos e desaprumos, colonizações biológicas (presença de plantas, fungos, líquenes, etc.), sinais de ascensão de 3 - Ensaios para Caracterização Mecânica das Alvenarias Estruturais dos Edifícios Antigos 24 Figura 3. 2 - Equipamento para ensaio ultrasónico Existem três metodologias distintas na realização deste tipo de ensaios: (figura 3.3) • O método directo em que os transdutores estão alinhados em lados opostos do elemento a medir. Este método tem como finalidade a avaliação das características de resistência mecânica e da homogeneidade e detecção de descontinuidades. • O método semi-directo em que os transdutores estão colocados em faces do elemento perpendiculares um ao outro. Este método é utilizado em geral com as mesmas finalidades do método directo, mas que se aplica na impossibilidade de colocação dos transdutores segundo o método directo. • O método indirecto ou superficial em que os transdutores estão colocados na mesma face do elemento a medir, segundo uma linha vertical ou horizontal. Este método aplica-se fundamentalmente, na determinação da profundidade de fissuras. Figura 3. 3 - Métodos de ensaio dos ultrasons Do ensaio de ultrasons é possível obter a seguinte informação: 1) Estimativa do módulo de elasticidade e da resistência à compressão; 3 - Ensaios para Caracterização Mecânica das Alvenarias Estruturais dos Edifícios Antigos 25 2) Homogeneidade das características dos materiais constituintes; 3) Presença de fendas no material contínuo; 4) Presença e efeitos de anteriores reforços. No caso de materiais como o betão, é possível encontrar expressões que relacionam a velocidade de propagação de ultrasons através do betão com o seu módulo de elasticidade. No caso do aparelho utilizado no âmbito deste trabalho, PUNDIT (Portable Ultrasonic Non- Destructive Digital Indicating Tester), a velocidade de propagação dos impulsos ultrasónicos longitudinais num meio contínuo pode determinar-se a partir de: )21()1( )1( νν ν ρ −×+ − ×= EV (km/s) (3.1) Em que E é o módulo de elasticidade dinâmico (MN/m2), ρ a densidade (kg/m3) e υ o coeficiente de Poisson. O impulso ultrasónico é gerado na unidade central do equipamento e transmitido à parede em estudo através dum transdutor-emissor, que gera um sinal eléctrico. Depois de atravessar o elemento em estudo, o sinal ultrasónico é captado por um outro transdutor- receptor, que o transforma novamente num sinal eléctrico. O tempo gasto no percurso é medido electronicamente na unidade de medida central, sendo assim possível calcular a velocidade de propagação. A velocidade de propagação das ondas ultrasónicas é calculada por: T DV = (m/s) (3.2) Em que D é a distância entre transdutores e T é o tempo gasto no percurso. As normas internacionais aplicáveis a este tipo de ensaio são as seguintes: NP EN 583-1:2000 – Ensaios não destrutivos. Ensaios por ultrasons. Parte 1: Princípios gerais. EN 12504-4:2004 – Testing part 4: Determination of ultrasonic pulse velocity. ASTM C 597-02 – Standard test method for pulse velocity through concrete. 3 - Ensaios para Caracterização Mecânica das Alvenarias Estruturais dos Edifícios Antigos 26 RILEM TC 127-MS – Tests for masonry materials and structures – Materials and structures – 200/30 – Mar. 1997. RILEM TC 127-MS D.5 – Measurement of ultrasonic pulse velocity for masonry units and wallet’s – Materials and structures – 192/29 – Oct. 96. 3.3.3 – Tomografia sónica Este ensaio utiliza os princípios dos ensaios sónicos, descritos anteriormente mas é mais elaborado no processamento e análise dos resultados da propagação das ondas sónicas, fornecendo um mapa detalhado da distribuição da velocidade das ondas nas secções planas dos elementos de construção. O método consiste no registo do tempo demorado pelos impulsos sónicos a percorrerem percursos definidos com várias direcções, cobrindo uniformemente a secção a estudar. A secção transversal de um elemento de betão ou de alvenaria, é seccionada através de uma malha rectangular cuja dimensão depende da distância entre dois pontos adjacentes de transmissão ou recepção e o cálculo das velocidades é feito através da inversão do tempo de propagação e pressupondo que num campo não uniforme de velocidades, os impulsos sónicos não se propagam segundo linhas rectas mas segundo linhas curvas, em resultado da refracção. O resultado das observações e medições é registado num mapa de distribuição das velocidades de propagação do som, que permite identificar heterogeneidades e áreas de deficiente resistência. Um notável aperfeiçoamento na qualidade dos resultados deste ensaio, pode ser obtido registando e analisando as características de amplitude e frequência do sinal transmitido através dum processo de “tomografia por atenuação”. Este processo está baseado no conceito da atenuação da radiação pela matéria. Quando se possui uma colecção de simples transmissões em diferentes orientações do objecto em relação ao feixe, é possível fazer a diferenciação dos coeficientes de atenuação num plano do objecto investigado, utilizando-se os métodos de reconstrução de imagens. A realização deste tipo de ensaios requer uma grande especialização por parte das empresas que prestam este serviço, restringindo a sua utilização. Este ensaio é fundamentalmente utilizado em estruturas de betão, mas recentemente, tem sido usado na análise de estruturas antigas de alvenaria, como complemento de outros ensaios, como foi no caso da Basílica S. Marcos em Veneza ou a da Igreja S. Nicolò l´Arena em Sicília (figura 3.4). 3 - Ensaios para Caracterização Mecânica das Alvenarias Estruturais dos Edifícios Antigos 29 3.3.5 – Ensaios de radar A técnica de prospecção por radar, também denominada por radar de penetração, georadar, ou GPR (Ground Penetrating Radar), é baseada na emissão e registo de ondas electromagnéticas de elevada frequência e permite detectar interfaces entre materiais com propriedades dieléctricas distintas, diferentes características construtivas, deficiências e também, tubagens ocultas. Esta técnica não destrutiva tem sido recentemente utilizada com sucesso na inspecção de estruturas em alvenaria, tendo-se realizado ensaios, por exemplo, na inspecção da abóbada da Igreja dos Jerónimos em Lisboa (figura 3.6). Figura 3. 6 - Ilustração esquemática de um perfil de radar para um modelo de duas camadas, na abóbada da Igreja do Mosteiro dos Jerónimos Em geral, o sistema de radar de prospecção geotécnica é constituído por uma unidade de controlo e gerador de sinal, com uma ou mais antenas, com frequências dos 20 MHz aos 2 GHz, um sistema de posicionamento e um computador para configuração dos ensaios, armazenamento e processamento dos dados em tempo real. A velocidade de propagação das ondas electromagnéticas e a produção de ecos está directamente relacionada com as propriedades dieléctricas as quais se podem correlacionar com as propriedades mecânicas dos materiais. Todos os meios naturais são mais ou menos condutores, absorventes de energia electromagnética, podendo apenas o vácuo ser considerado como meio absolutamente transparente, no qual a amplitude da onda é constante ao longo da direcção de propagação. 3 - Ensaios para Caracterização Mecânica das Alvenarias Estruturais dos Edifícios Antigos 30 O funcionamento básico do georadar consiste na emissão de impulsos electromagnéticos de alta frequência e curta duração (0,5 μs – 5 μs), através de uma antena emissora, e na leitura dos ecos produzidos no interior da estrutura de material a investigar. Em cada posição da antena, um número elevado de impulsos é emitido, e os ecos produzidos são lidos pela antena receptora, que os regista num traço, correspondente à amplitude do sinal em função da profundidade, resultando num conjunto ordenado de traços sucessivos, constituindo assim um radargrama. A análise do radargrama permite identificar descontinuidades, transições e vazios no interior dos materiais e através duma correcta calibração, inferir sobre a rigidez dos materiais. As normas internacionais aplicáveis a este tipo de ensaio são as seguintes: ASTM D 6432-99 – Standard guide for using the surface ground penetrating radar method for subsurface investigation. RILEM TC 127 – MS D.3 – Radar investigation of masonry – Materials and structures – 237/34 – April 2001. 3.3.6 – Ensaios de termografia A termografia baseia-se no princípio de que todos os corpos emitem radiação térmica, sendo a intensidade da radiação emitida dependente das características térmicas do objecto. A termografia por infravermelhos consiste na captação de imagens de calor (termogramas) não visíveis ao olho humano, através de uma câmara termográfica, o que permite identificar alguns tipos de anomalias construtivas, como vazios e fendas e detectar diferenças nos materiais no interior das paredes (figura 3.7). Figura 3. 7 - Exemplos de termogramas de estruturas de paredes da Baixa Pombalina [OZ] 3 - Ensaios para Caracterização Mecânica das Alvenarias Estruturais dos Edifícios Antigos 31 A câmara termográfica (figura 3.8) é constituída por pares termoeléctricos para controlo das temperaturas e um equipamento de gravação para armazenamento dos termogramas. Figura 3. 8 - Exemplos de câmaras termográficas portáteis [67] A inspecção por avaliação da qualidade térmica da envolvente dos edifícios, visa identificar e diagnosticar anomalias e patologias construtivas de origem térmica mas também outro tipo de patologias construtivas (vazios, fendas, infiltrações, etc.) e possibilita a formulação de acções correctivas ou de reabilitação. Através dos termogramas é possível analisar: • Comportamentos térmicos dos edifícios (nomeadamente identificando pontes térmicas); • Excessivas perdas térmicas em pontos singulares; • Áreas da envolvente exterior não isoladas; • Infiltrações ou fugas de água; • Fendas estruturais; • Vazios e fendas; • Descontinuações de materiais construtivos; • Localização de elementos estruturais embebidos nas paredes; • Localização de redes interiores. A termografia apresenta contudo uma limitação: a profundidade e a espessura da anomalia detectada não podem ser determinadas, pelo que este método deve ser complementado com outros ensaios (ex: radar), para colmatar esta fraqueza. 3 - Ensaios para Caracterização Mecânica das Alvenarias Estruturais dos Edifícios Antigos 34 detalhada deve recorrer-se a ensaios mais rigorosos, que normalmente introduzem perturbações na construção. No caso de edifícios antigos, o recurso a este tipo de ensaios deve ser limitado e deve procurar-se que as perturbações sejam tão pequenas quanto possível e eliminadas ou reparadas no final da intervenção. 3.4.2 – Ensaios de carotes A carotagem consiste na extracção de amostras, designadas por carotes, em pontos representativos da construção, para posterior ensaio em laboratório, de forma a avaliarem- se as características mecânicas, físicas e químicas dos materiais (figura 3.11). Em geral são realizadas sob as amostras extraídas, ensaio em prensa, de resistência e deformabilidade sob efeito de compressão e ou de tracção. Figura 3. 11 - Foto de carotes realizadas na Casa dos Pintores – Estudo realizado para a C.M. de Leiria Setembro de 2007, Relatório ICIST EP n.º 39/07 Os furos resultantes desta operação, podem ser usados em inspecções e ensaios adicionais, tais como, boroscopia, ensaios sónicos e teste do dilatómetro. As carotes devem ser obtidas com uma máquina de corte rotativa dotada de coroas com dentes de diamante e a sua extracção deve ser feita sem introduzir grande perturbação nas amostras e na estrutura. No fim dos ensaios o interior do furo poderá ser preenchido com material semelhante ao que foi extraído, de forma a minimizar o impacto visual da intervenção. Esta técnica revela-se importante em situações como a de paredes de alvenaria de folha dupla, constituídas por dois panos de parede paralelos, um exterior e outro interior, com enchimento do espaço intermédio com materiais inertes de grande variedade (saibro, pedras, terra, pedaços de tijolo e telhas, etc.), constituindo um material de grande heterogeneidade. Esta técnica é também importante na avaliação das características das fundações, em especial das de pedra, usando-se para tal, em geral, equipamentos próprios. 3 - Ensaios para Caracterização Mecânica das Alvenarias Estruturais dos Edifícios Antigos 35 As normas internacionais aplicáveis a este tipo de ensaio são as seguintes: NP EN 12504-1:2003 – Ensaios do betão nas estruturas. Parte 1 – Carotes, extracção, exame e ensaio à compressão. BS 1881 Part 120:1983 – Testing concrete – Part 120 – Method for determination of compressive strength of cores. ASTM C39-93 – Standard test method for compressive strength of cylindrical concrete specimens. ASTM C42/C42M-04 – Test methods for obtaining and testing drilled cores and sawed beams of concrete. 3.4.3 – Ensaio pelo método do arrancamento de uma hélice Neste método determina-se, in situ, a resistência ao arrancamento duma argamassa de assentamento ou de refechamento de juntas de alvenaria, o que é também uma medida indirecta da sua resistência à tracção. Para uma correcta interpretação dos resultados deste ensaio, nomeadamente para calcular a resistência à tracção da argamassa, é necessário dispor de resultados de calibração. O equipamento necessário para o ensaio é um berbequim com percussão, uma broca, várias ancoragens de tipo retro-tie, e o respectivo acessório de cravação e um dispositivo de arrancamento. Escolhido o local de ensaio, executa-se um furo piloto, até ao comprimento de referência e crava-se com a ajuda de um martelo a hélice de fixação. Seguidamente, coloca-se o dispositivo de arrancamento, que vai traccionar a hélice de fixação, provocando a rotura por corte (figura 3.12). Figura 3. 12 - Instalação da hélice de fixação e ensaio de arrancamento da hélice [18] 3 - Ensaios para Caracterização Mecânica das Alvenarias Estruturais dos Edifícios Antigos 36 No fim do ensaio regista-se a força máxima atingida e procede-se ao registo e análise dos resultados. A norma internacional aplicável a este tipo de ensaio é a seguinte: RILEM TC 127-MS D.9 – Determination of mortar strength by the screw (helix) pull-out metal – Materials and structures – 200/38 – July 1997. 3.4.4 – Ensaio Boroscópio A boroscopia é uma técnica reduzidamente intrusiva, baseada na utilização de um instrumento óptico, o boroscópio, que permite visualizar no interior da alvenaria as suas características, eventuais cavidades internas, propagação de fendas internas e sua abertura. O boroscópio consiste numa haste delgada dotada numa das extremidades de um ocular e na outra de uma objectiva e um prisma. A haste contém uma fonte de alimentação e um feixe luminoso, que permite iluminar a cavidade a observar. As imagens são registadas por uma máquina fotográfica ou uma câmara de filmar acoplada ao boroscópio, através de adaptadores próprios (figura 3.13). Figura 3. 13 - a) Óptica de haste boroscópica; b) Boroscópio de haste rígida e c) Boroscópio de haste flexível [18] Em geral usam-se as fendas existentes para introduzir o boroscópio, mas quando estas não são suficientemente largas, é necessário realizar um ou mais furos de inspecção (com cerca de 10 mm de diâmetro). Depois de montado o sistema, é feita a ligação da fonte de iluminação à haste de observação. 3 - Ensaios para Caracterização Mecânica das Alvenarias Estruturais dos Edifícios Antigos 39 3.4.6.2 – Ensaio simples com macacos planos O ensaio simples, em que apenas se usa um macaco plano, serve para determinar a tensão instalada nas paredes de alvenaria. O ensaio baseia-se na medição da deformação, que resulta da libertação da tensão na parede em consequência da abertura de um rasgo na alvenaria, seguindo-se a compensação da deformação medida através da pressurização do macaco plano. Este ensaio deve ser realizado da seguinte forma (figura 3.16): 1) Antes de se efectuar o rasgo na alvenaria, colocam-se as miras e procede-se ao registo das distâncias entre elas (di); 2) Efectua-se o rasgo na alvenaria e registam-se novamente as distâncias entre miras (d); 3) Introduz-se o macaco plano no rasgo e aplicam-se incrementos de pressão gradualmente até que a distância inicial entre miras seja reposta (figura 3.17). Regista-se então, o nível de pressão final, que é a medida de tensão inicialmente existente na alvenaria. Figura 3. 16 - Fases do ensaio simples [32] Figura 3. 17 - Ensaio simples com macacos planos 3 - Ensaios para Caracterização Mecânica das Alvenarias Estruturais dos Edifícios Antigos 40 As normas internacionais aplicáveis a este tipo de ensaio são as seguintes: ASTM C 1196-04 – Standard Test Method for In Situ Compressive Stress Within Solid Unit Masonry Estimated Using Flatjack Measurements. RILEM TC-MDT D.4 – In-situ stress tests based on the flat jack. 3.4.6.3 – Ensaio duplo com macacos planos O ensaio duplo com macacos planos é utilizado para determinar o módulo de elasticidade e a capacidade resistente à compressão das alvenarias. Neste ensaio utilizam-se dois macacos planos posicionados paralelamente entre si, de forma a que a parede compreendida entre os macacos é “isolada” da alvenaria envolvente, formando uma espécie de provete que se admite sob estado de tensão nulo, até ao momento em que se inicia a pressurização dos macacos (figura 3.18). São colocadas miras na alvenaria, entre os dois macacos planos, e começa-se a aplicar incrementos de pressão nos macacos, registando as variações das distâncias entre miras. O ensaio é normalmente interrompido quando surgem as primeiras fissuras na alvenaria, não se levando esta à rotura, estimando-se a resistência limite à compressão da alvenaria através da extrapolação da curva de carga / deformação. No entanto, em certos casos é possível levar a alvenaria entre macacos planos à rotura, a qual se manifesta pela ausência de reacção à aplicação de tensão pelos macacos. Figura 3. 18 - Ensaio duplo com macacos planos 3 - Ensaios para Caracterização Mecânica das Alvenarias Estruturais dos Edifícios Antigos 41 Durante o ensaio podem realizar-se vários ciclos de carga / descarga, normalmente com um aumento gradual dos níveis de tensão (com incrementos constantes), sendo lidas a cada nível de tensão as deformações entre miras. Com base nas curvas obtidas consegue-se determinar o módulo de elasticidade para cada intervalo de tensão. As normas internacionais aplicáveis a este tipo de ensaio são as seguintes: ASTM C 1197-04 – Standard Test Method for In Situ Measurement of Masonry Deformability Properties Using the Flatjack Method. RILEM TC-MDT D.5 – In-situ stress strain behavior tests based on the flat jack. 3.5 – Técnicas de ensaio destrutivas Por motivos de preservação do património histórico, as técnicas de ensaios destrutivos devem ser evitadas nas construções antigas com reconhecido valor patrimonial. No entanto, são muitas vezes utilizadas no âmbito da investigação científica em construções antigas destinadas à demolição e sem qualquer valor a preservar. Como exemplo deste tipo de ensaios, pode referir-se ensaios in situ (destrutivos), sobre elementos de alvenaria com 1,5 m de altura e 0,75 m de lado, que permitiam estabelecer curvas de tensão / deformação e definir o módulo de elasticidade e a tensão de rotura à compressão (figura 3.19) [51] e ensaios de arrancamento de peças de madeira em elementos duma gaiola dum frontal Pombalino (figura 3.20) [51]. Figura 3. 19 - Ensaio de compressão destrutivo em alvenaria [51] 3 - Ensaios para Caracterização Mecânica das Alvenarias Estruturais dos Edifícios Antigos 44 Ensaios Semi Destrutivos Objectivos e campos de aplicação Ensaios de carotes Objectivo: extracção de provetes para inspecção visual e ensaios de laboratório; Campo de aplicação: avaliação das propriedades mecânicas e de resistência, porosidade e permeabilidade, etc. Ensaio da argamassa pelo método do arrancamento de uma hélice Objectivo: determinar in situ a resistência de juntas de alvenaria, por arrancamento da hélice; Campo de aplicação: verificação e controlo da qualidade da resistência das argamassas. Ensaio Boroscópico Objectivo: inspecção de estruturas, detecção, medição, monitoragem, verificação, observação e levantamento do interior de estruturas; Campo de aplicação: inspeccionar o interior de estruturas através de pequenas cavidades e fendas. Ensaio de dilatómetro Objectivo: avaliar o módulo de elasticidade no interior das paredes e as características de deformabilidade das estruturas; Campo de aplicação: avaliação do estado de tensão e das propriedades mecânicas. Ensaio com macacos planos simples e duplos Objectivo: determinar o estado de tensão, a resistência à compressão e módulo de elasticidade; Campo de Aplicação: avaliação do estado de tensão e propriedades mecânicas. Quadro 3. 2 - Quadro resumo dos ensaios semi-destrutivos _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 45 4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 4.1 – Considerações gerais O presente capítulo diz respeito à construção e ensaio das paredes de alvenaria de pedra, que foram executadas de forma a representarem as alvenarias de pedra correntes na construção tradicional da zona de Lisboa. O estudo bibliográfico e de campo que conduziu à definição das características construtivas, dos materiais e dos ligantes, foi apresentado no Capítulo 2. Decidiu-se construir três protótipos de parede, em alvenaria de pedra calcária, para caracterizar mecanicamente este tipo de parede e para avaliar a eficácia dos ensaios ultrasónicos e com macacos planos na caracterização das paredes e na avaliação dos estados de tensão. Construíram-se ainda dois protótipos de parede mais pequenos, para serem ensaiados à compressão até à rotura, contribuindo assim para um melhor conhecimento das propriedades mecânicas deste tipo de paredes. Estes protótipos de parede de alvenaria de pedra e cal, foram construídos no Laboratório de Estruturas e Resistência de Materiais do Departamento de Engenharia Civil do I.S.T. (L.E.R.M. – I.S.T.) (figura 4.1). Figura 4. 1 - Localização dos protótipos de paredes grandes e pequenas no laboratório Para a construção destas paredes utilizaram-se três tipos diferentes de argamassas, com diferentes constituições, argamassa de cal aérea, argamassa de cal hidráulica e argamassa _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 46 de cal e cimento Portland (argamassa bastarda), correspondendo a diferentes características mecânicas e a diferentes tempos de presa e de endurecimento (quadro 4.1). Característica da Parede Comprimento (m) Espessura (m) Altura (m) Tipo de Argamassa Traço Parede n.º 1 Parede grande de alvenaria de pedra ordinária 1,60 0,50 1,50 cal aérea:areia do rio:areia de mina 1:2:1 Parede n.º 2 Parede grande de alvenaria de pedra ordinária 1,60 0,50 1,50 cal hidráulica:areia do rio:areia de mina 1:2:1 Parede n.º 3 Parede grande de alvenaria de pedra ordinária 1,60 0,50 1,50 cimento Portland:cal aérea:areia do rio:areia de mina 1:2:6:3 Parede n.º 4 Parede pequena de alvenaria de pedra ordinária 0,40 0,40 0,60 cal hidráulica:areia do rio:areia de mina 1:2:1 Parede n.º 5 Parede pequena de alvenaria de pedra ordinária 0,40 0,40 0,60 cal aérea:areia do rio:areia de mina 1:2:1 Quadro 4. 1 - Resumo das características das paredes a construir As paredes foram colocadas perto da entrada do laboratório, entre esta e a parede de reacção, como representado na figura 4.2, tendo havido a preocupação de colocá-las numa posição em que o pórtico de reacção para aplicação das cargas, pudesse ser colocado entre cada uma das paredes grandes. Figura 4. 2 - Localização em planta das paredes no laboratório _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 49 A primeira parede a ser realizada foi a n.º 1, com argamassa de cal aérea, em seguida a n.º 2, com argamassa de cal hidráulica e por fim a n.º 3, com argamassa bastarda de cal aérea e cimento. Cada parede demorou dois dias úteis a ser construída, tendo a parede n.º 1 sido iniciada no dia 8 e finalizada no dia 9, a parede n.º 2 iniciada no dia 10 e finalizada no dia 11 e a parede n.º 3 iniciada no dia 12 e finalizada no dia 15 de Janeiro de 2007. As argamassas foram realizadas dentro do laboratório numa tina, onde foram misturadas à enxada (figura 4.6). Figura 4. 6 - Realização dos diferentes tipos de argamassas No início da construção de cada parede, foi fixada uma régua em cada um dos vértices do maciço de betão, marcando-se assim o destorcimento da parede e colocado, posteriormente, um fio interligando as réguas para delimitar a espessura da parede. Não houve necessidade de regar as pedras, para lhe conferir a humidade que ajudasse no acoplamento com a argamassa, visto estas já se encontrarem húmidas por estarem armazenadas no exterior. As pedras a aplicar foram escolhidas pela face que desse melhor leito, para não ficarem oscilantes e deixarem entre si o menor número de vazios. Estes vazios foram preenchidos com argamassa e pedra miúda (encasques). Houve sempre a preocupação de escolher pedras grandes, especialmente para os cunhais, travando-as entre si através de argamassa e pedras miúdas, tornando a parede estável e firme. Procurou-se, também, que as pedras dos cunhais tivessem uma cauda comprida para auxiliar o travamento. Por vezes foi necessário acertar as arestas das pedras, para dar melhor leito, utilizando um martelo de pedreiro. Antes da colocação final das pedras, estas eram ensaiadas na parede sem argamassa, onde o Mestre apreciava a sua colocação e encaixe, procedendo às devidas correcções, até se obter _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 50 o encaixe “perfeito”. Após estas rectificações, era colocada a argamassa e a pedra, que era batida com o cabo do martelo, até refluir argamassa pelas juntas (figuras 4.7 / 4.8 / 4.9). Figura 4. 7 - Evolução da construção da parede de argamassa de cal aérea _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 51 Figura 4. 8 - Evolução da construção da parede de argamassa de cal hidráulica _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 54 Figura 4. 11 - Parede com as dimensões estabelecidas de acordo com a Norma NP EN 1052-1 2002 A primeira parede a ser realizada foi a n.º 5, com argamassa de cal aérea, tendo sido realizada na manhã do dia 16 de Janeiro (figura 4.12) e a parede n.º 4, com argamassa de cal hidráulica foi construída na manhã do dia 17 de Janeiro (figura 4.13). Figura 4. 12 - Evolução da construção da parede pequena de argamassa de cal aérea _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 55 Figura 4. 13 - Evolução da construção da parede pequena de argamassa de cal hidráulica Executaram-se também “janelas” de reboco com 150 mm × 150 mm, para permitir uma boa acoplagem entre os transdutores ultrasónicos e a parede. Estas janelas foram realizadas no dia 17 de Janeiro, apresentando cada parede duas janelas paralelas à mesma cota, de acordo com as medidas da figura 4.14. Figura 4. 14 - Localização das janelas nas paredes pequenas – Vista frontal 4.2.4 – Construção dos maciços superiores Os maciços superiores em betão armado foram construídos, quando as paredes, grandes e pequenas, já apresentavam uma boa consistência. Os maciços das paredes de argamassa de cal hidráulica e argamassa bastarda (cal aérea e cimento), foram betonados no dia 27 de Janeiro, por apresentarem uma boa consistência (argamassas de presa mais rápida) e os maciços das duas paredes de cal aérea só foram betonados no dia 22 de Fevereiro, devido à presa deste tipo de argamassas ser muito lenta. Estes maciços superiores foram executados com uma armadura superior e inferior de # Ø5 / 0,10, apresentando mais armadura que os maciços inferiores, por estarem destinados a receber e a transmitir uniformemente as cargas verticais (figura 4.15). _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 56 Figura 4. 15 - Maciços superiores prontos a serem betonados 4.3 – Execução e ensaio dos provetes de argamassa 4.3.1 – Considerações gerais Como referido, as paredes de pedra de alvenaria ordinária foram realizadas com diferentes argamassas: argamassa de cal aérea, argamassa de cal hidráulica e argamassa bastarda (cal aérea e cimento), com os traços indicados no quadro 4.1. Para cada tipo de argamassa realizaram-se seis provetes prismáticos, de dimensões 160 mm × 40 mm × 40 mm, seguindo as indicações da Norma EN 1015-11 (Methods of test for mortar for masonry – Part 11: Determination of flexural and compressive strength of hardened mortar – August 1999) e um provete cilíndrico com 150 mm de diâmetro e 300 mm de altura. Os provetes prismáticos destinavam-se a obter a resistência à tracção, por flexão, e os meio-prismas resultantes desse ensaio foram utilizados no ensaio de resistência à compressão. Os provetes cilíndricos foram utilizados em ensaios ultrasónicos, monitorizando assim, a evolução da presa das argamassas ao longo do tempo, e foram, posteriormente, ensaiados na prensa para determinar as resistências à compressão e o respectivo módulo de elasticidade. 4.3.2 – Execução dos provetes prismáticos Seguindo as indicações da norma EN 1015-11, na execução dos provetes prismáticos, o preenchimento dos moldes foi executado em duas camadas, cada uma sujeita a vinte e cinco pancadas num compactador mecânico (figura 4.16). _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 59 Os provetes cilíndricos de argamassa de cal hidráulica e argamassa bastarda (cal aérea e cimento) foram descofrados no dia 19 de Fevereiro e o provete de argamassa de cal aérea, por conter uma argamassa com presa muito lenta (com a agravante de, nestes moldes, a área de secagem em contacto com o ar ser muito pequena), só foi descofrado no dia 13 de Abril. 4.3.4 – Ensaio dos provetes prismáticos Os procedimentos relativos aos ensaios de resistência à tracção, por flexão, e de resistência à compressão foram baseados na Norma EN 1015-11 (Methods of test for mortar for masonry – Part 11: Determination of flexural and compressive strength of hardened mortar – August 1999). Os provetes foram armazenados em ambiente de laboratório até serem ensaiados e foram realizados ensaios aos 28 dias e aos seis meses e meio, altura coincidente dos ensaios das paredes grandes e pequenas. No ensaio de cada prisma de argamassa, realizou-se um primeiro teste, para determinar a resistência à tracção, por flexão, e os meio-prismas resultantes desse teste foram utilizados no ensaio de caracterização da resistência à compressão (figura 4.20). Figura 4. 20 - (a) Ensaio de resistência à tracção, por flexão e (b) ensaio de resistência à compressão A tracção no provete foi imposta através da acção dum esforço de flexão exercido sobre os provetes, através da aplicação duma carga concentrada exercida a meio vão do provete, estando os apoios a uma distância de 100 mm entre si e equidistantes do local de acção. Os _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 60 provetes foram colocados de maneira a que uma das faces que esteve em contacto com o molde metálico, ficasse em contacto com os cilindros de suporte da máquina (figura 4.21). Figura 4. 21 - Ensaio de resistência à tracção por flexão - EN 1015-11 O valor da resistência à tracção, por flexão Rf foi calculado através da seguinte expressão: 2 5,1 db lFR f × ×× = (MPa), com uma aproximação de 0,05 N/mm2 (4.1) F – força de flexão correspondente à rotura (N) l – distância entre os cilindros de apoio da máquina (mm) b – largura da secção quadrada do provete (40 mm) d – comprimento da secção quadrada do provete (40 mm) O ensaio de compressão foi realizado com os meio-prismas resultantes do ensaio de flexão, tendo-se colocado os meio-prismas na máquina de maneira a promover uma área de contacto de 1600 mm2. Os provetes foram colocados de modo a que a carga fosse aplicada numa das faces que esteve em contacto com o molde metálico. O valor da resistência à compressão Rc foi calculado através da expressão: A FRc = (MPa), com uma aproximação de 0,05 N/mm2 (4.2) F – força de compressão correspondente à rotura (N) A – área de contacto (mm2) _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 61 Apresentam-se no quadro seguinte os valores médios das resistências à tracção, por flexão, e à compressão encontrados nos ensaios dos provetes das diferentes argamassas, estando os restantes valores e gráficos apresentados no Anexo I. Tipo de Argamassa Dias Rf (MPa) Rc (MPa) Argamassa de Cal Aérea 28 0,13 0,21 195 0,32 0,63 Argamassa de Cal Hidráulica 28 0,25 1,27 195 0,29 1,09 Argamassa Bastarda (Cal Aérea e Cimento) 28 0,25 1,44 195 0,26 1,50 Rf – Tensão de rotura de tracção por flexão Rc – Tensão de rotura de compressão Quadro 4. 3 - Resultados médios dos valores obtidos nos ensaios de resistência à tracção por flexão e resistência à compressão Como se pode observar nos resultados obtidos, a argamassa de cal aérea apresenta aos 28 dias valores muito baixos nas tensões de rotura à flexão e à compressão, o que é característico deste tipo de argamassa com um processo lento de presa. Quando esta é ensaiada aos seis meses e meio, os valores das resistências triplicam, apresentando um valor de resistência à tracção por flexão alto (o maior das três argamassas), mas obtendo, mesmo assim, um valor de resistência à compressão baixo. Constata-se, também, que as argamassas de cal hidráulica e bastarda (cal aérea e cimento) apresentam valores de resistência à tracção, por flexão muito próximos, sendo no entanto a argamassa de cal hidráulica aquela que apresenta ao fim de 195 dias, o melhor comportamento. Das duas argamassas, é a argamassa bastarda que apresenta melhor resistência à compressão, como era esperado. Devido às pequenas diferenças nos resultados obtidos nestas duas argamassas para os ensaios aos 28 dias e aos seis meses e meio, conclui-se que nas argamassas de cal hidráulica e argamassas bastardas já se atingiram aos 28 dias valores muito próximos da resistência máxima. É de salientar que não é coerente o valor obtido para a tensão de rotura à compressão aos seis meses e meio da argamassa de cal hidráulica pois é inferior ao correspondente valor obtido aos 28 dias. _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 64 Provete Cilíndrico - Argamassa Bastarda 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 0,00E+00 2,00E-03 4,00E-03 6,00E-03 8,00E-03 Extensão Te ns ão (M Pa ) Figura 4. 25 - Ensaios de módulo de elasticidade – Gráficos tensão-extensão Apresentam-se no quadro 4.4 os resultados das tensões de rotura e do módulo de elasticidade obtidos no ensaio de compressão. A tensão de rotura foi calculada dividindo o valor da força de rotura pela área do provete e o módulo de elasticidade foi calculado para um nível de carga de 30% da força de rotura, isto é, ainda em regime de comportamento elástico linear. Provete Cilíndrico - Argamassa Cal Aérea 0,00 0,03 0,06 0,09 0,12 0,15 0,18 0,21 0,24 0,27 0,30 0,33 0,36 0,39 0,42 0,00E+00 5,00E-04 1,00E-03 1,50E-03 2,00E-03 Extensão Te ns ão (M Pa ) Provete Cilíndrico - Argamassa Cal Hidráulica 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 0,00E+00 1,00E-03 2,00E-03 3,00E-03 4,00E-03 5,00E-03 Extensão Te ns ão (M Pa ) _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 65 PROVETES CILÍNDRICOS Força de Rotura Estimada (kN) Força Inical de Contacto (kN) Força de Rotura (kN) Tensão de Rotura (MPa) Módulo de Elasticidade (GPa) Argamassa de Cal Aérea 5 0,2 7,1 0,40 1,22 Argamassa de Cal Hidráulica 20 0,6 18,81 1,06 0,77 Argamassa Bastarda (Cal Aérea + Cimento) 25 0,8 17,36 0,98 1,21 Quadro 4. 4 - Valores estimados e obtidos nos ensaios dos provetes cilíndricos Como se pode verificar no quadro 4.4 as forças estimadas eram próximas das forças reais de rotura, com a excepção da argamassa bastarda que apresentou uma força de rotura mais baixa do que esperado. Pode constatar-se que os módulos de elasticidade da argamassa de cal aérea e argamassa bastarda (cal aérea e cimento) são idênticos, apresentando a argamassa de cal hidráulica um valor mais baixo. O provete de argamassa de cal hidráulica apresentou um módulo de elasticidade mais baixo, pois como se pode constatar pelo gráfico, na recuperação, após o primeiro ciclo, o provete ficou com uma deformação permanente maior que nos outros casos. Com base nos resultados obtidos, pode afirmar-se que os provetes dos vários tipos de argamassa apresentam um regime elástico linear com módulo de elasticidade secante aproximadamente igual, próximo dos 1,20 GPa. Comparando as tensões de rotura por compressão obtidas nos ensaios dos diferentes provetes prismáticos, com as obtidas nos ensaios dos provetes cilíndricos, pode constatar-se que os valores são relativamente próximos, se bem que sempre menores no caso dos provetes cilíndricos. A explicação desta diferença pode residir nas diferentes condições de secagem e cura dos provetes cilíndricos e prismáticos, em efeitos de escala e, também, no efeito de harmonização que resultou de se terem efectuado três ensaios com provetes prísmáticos, contra apenas um ensaio com provetes cilíndricos. Tendo em conta os resultados obtidos, na opinião do autor, deverá considerar-se para os três tipos de argamassa um módulo de elasticidade de 1,20 GPa e as tensões de rotura de tracção por flexão, e por compressão, indicadas no quadro seguinte: _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 66 Tipo de Argamassa Tensão rotura de tracção por flexão (MPa) Tensão de rotura de compressão (MPa) Argamassa de Cal Aérea 0,25 0,60 Argamassa de Cal Hidráulica 0,25 1,00 Argamassa Bastarda (Cal Aérea e Cimento) 0,25 1,50 Quadro 4. 5 – Valores de tensão de rotura de tracção por flexão, e por compressão a considerar para cada tipo de argamassa De forma a avaliar a evolução da presa das diferentes argamassas utilizadas na construção dos protótipos de parede de alvenaria realizaram-se ensaios de propagação de ultrasons nos provetes cilíndricos de argamassa. Os ensaios de compressão em prensa, dos provetes cilíndricos, assim como os ensaios sobre as paredes de alvenaria, só foram executadas depois de se verificar que as leituras das velocidades de propagação das ondas sónicas eram estáveis, o que só aconteceu ao fim de 28 semanas (195 dias). Estes ensaios serviram, também, como forma de calibração deste tipo de ensaios ultrasónicos. Os ensaios ultrasónicos sobre os provetes cilíndricos iniciaram-se no dia 19 de Janeiro de 2007, tendo-se realizado uma medição semanal durante 28 semanas (195 dias). Os provetes cilíndricos de argamassa de cal hidráulica e de argamassa bastarda (cal aérea e cimento), foram descofrados no dia 19 de Janeiro de 2007, tendo-se iniciado de seguida os ensaios ultrasónicos. No entanto, o provete cilíndrico de argamassa de cal aérea só foi descofrado no dia 13 de Abril de 2007, por apresentar só nessa data uma resistência aceitável e, portanto, só a partir dessa altura é que foram realizadas leituras de propagação das velocidades sónicas nesse provete (figura 4.26). Figura 4. 26 - Ensaio de ultrasons – Provetes cilíndricos _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 69 Figura 4. 28 - Provetes cúbicos de Lioz 4.4.2 – Ensaio dos provetes cúbicos Antes de se realizar o ensaio de determinação do módulo de elasticidade dos cubos, levaram-se três dos sete cubos à rotura, para se aferir o valor da resistência à compressão, uma vez que a literatura consultada apresenta um intervalo muito grande para os valores indicativos da tensão de rotura para este tipo de pedra1. Foram ensaiados até à rotura os provetes n.ºs 1, 2 e 3, no dia 23 de Março de 2007, isto é, 36 dias após o corte das pedras (figura 4.29). Figura 4. 29 - Ensaio de rotura dos provetes cúbicos de Lioz 1 Tabelas Técnicas [12] – Tensão de rotura à compressão para pedras naturais calcárias entre os 20 MPa e os 190 MPa. _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 70 Foi aplicada aos provetes cúbicos de pedra uma força gradual, com uma velocidade de 8 kN/s, até se atingir a rotura, tendo-se registado os valores das forças de esmagamento por compressão. As tensões de rotura por compressão obtidas (quadro 4.7) são da ordem dos 28 MPa, relativamente baixas tendo em conta os limites indicados pela bibliografia. PROVETES - LIOZ Data de Ensaio Força de Rotura (kN) Tensão de Rotura (MPa) N.º Secção (cm2) Valores individuais Média 1 100 23-03-2007 417 42 28 2 100 23-03-2007 248 25 3 100 23-03-2007 183 18 Quadro 4. 7 - Resultados dos ensaios de resistência à compressão É de salientar que a desagregação das pedras se deu em forma de lascas, apresentando poucos sinais de esmagamento. Depois de realizados os ensaios dos três provetes para aferição dos valores médios da tensão de rotura por compressão, procedeu-se aos ensaios dos restantes provetes para determinação do módulo de elasticidade. Estes ensaios foram realizados no dia 30 de Março de 2007, tendo nessa altura os provetes 43 dias de idade. Em cada um dos cubos foram colocados dois extensómetros “eléctricos” da Marca TML, tipo PL-10-11 (Tokyo Sokki Kenkyujo Co., Ltd.), com 10 mm de comprimento, em faces opostas e a meia altura de cada face (figura 4.30). Figura 4. 30 - Provetes de pedra com extensómetros colocados _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 71 Para a aferição do módulo de elasticidade, foi utilizada uma prensa hidráulica INSTRON, com capacidade máxima de 250 KN e precisão de 0,01 kN, ligada a um equipamento informático que foi registando as forças aplicadas e o tempo decorrido, bem como as extensões acusadas nos referidos extensómetros (figura 4.31). Figura 4. 31 - Ensaio de determinação do módulo de elasticidade O ensaio do módulo de elasticidade foi realizado de acordo com a Norma LNEC E397, tendo-se realizado três ciclos de carga/descarga para cada provete. O primeiro e segundo foram realizados a uma velocidade de 1 kN/s, até aos 70 kN (1/3 da força de rotura estimada anteriormente) e o terceiro a uma velocidade de 2,5 kN/s, até aos 250 kN (força estimada para levar o provete até à rotura). O provete n.º 6 foi o único que foi submetido a dois ciclos de carga/descarga, tendo sido o primeiro a uma velocidade de 1 kN/s, até aos 140 kN e o segundo a uma velocidade de 2,5 kN/s, até aos 250 kN. Antes do início do ensaio aplicou-se uma tensão inicial de contacto de 0,5 MPa. Durante o ensaio, sempre que as leituras dos dois extensómetros ε1 e ε2 deferiam em mais de 10%, centrava-se de novo o provete na prensa até se ter um valor inferior, para se considerar o ensaio válido. Apresentam-se de seguida os gráficos tensão-extensão obtidos nos ensaios dos quatro provetes 4, 5, 6 e 7 (figura 4.32): _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 74 Os valores obtidos para o ensaio do módulo de elasticidade encontram-se perto dos valores médios apresentados nas Tabelas Técnicas para este tipo de pedra (70 GPa), tendo a média dos resultados obtidos (excluindo os do provete 6), dado um valor um pouco superior (74 GPa). Depois de realizados os ensaios de compressão, verificou-se que os resultados são muito variados e que diferentes extractos duma mesma pedra podem dar valores muito diferentes nas tensões de rotura, o que justifica o grande intervalo de variação apresentado pelas Tabelas Técnicas (tensões de rotura por compressão de 20 MPa a 190 MPa). 4.4.3 – Ensaios de ultrasons nas pedras de Lioz Quando se cortaram as pedras de Lioz na realização dos provetes cúbicos de compressão, rectificaram-se duas pedras, cortando os topos de cada uma, para se obter bases lisas que permitiram a realização de leituras directas com sensores de ultrasons. Foram cortadas duas pedras com diferentes comprimentos, uma maior com 265 mm e uma menor com 135 mm (figura 4.34). Figura 4. 34 - Pedras de Lioz rectificadas para ensaio de ultrasons Na realização deste ensaio foi usado o aparelho de medição de ultrasons modelo PUNDIT, e para proporcionar um melhor contacto entre a pedra e os transdutores foi também utilizada vaselina branca. Foi realizado um ensaio semanal durante um mês, tendo-se constatado que a velocidade de propagação das ondas sónicas era constante, não tendo sofrido qualquer alteração durante esse período: pedra grande – 6463,4 m/s e pedra pequena – 6428,6 m/s. Como se pode constatar as duas pedras apresentam leituras de velocidade quase iguais e altas, demonstrando que estes exemplares de Lioz são homogéneos e densos, não apresentando grandes variações entre as duas pedras com distâncias distintas. Tendo em conta os diferentes ensaios realizados sobre os provetes de pedra de Lioz, e tomando em consideração valores médios, pode afirmar-se que, no caso de pedra calcária _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 75 de Lioz compacta e sã, temos uma velocidade propagação das ondas ultrasónicas de cerca de 6500 m/s, que corresponde a um módulo de elasticidade de 70 GPa a 75 GPa. Aplicando a expressão 4.3, e considerando um coeficiente de Poisson υ = 0,20, um peso específico de ρ=2300 kg/m3 e um módulo de elasticidade E=70000 MN/m2 (70 GPa) obtem-se uma velocidade de propagação das ondas ultrasónicas de 5800 m/s (5,8 km/s), valor próximo dos 6500 m/s registados nos ensaios. Assim confirma-se a adequabilidade da expressão 4.3 para o caso de pedra calcária. 4.5 – Ensaios de ultrasons nas paredes 4.5.1 – Introdução Depois da construção das paredes de alvenaria, grandes e pequenas, para o acompanhamento da evolução da presa das diferentes argamassas utilizadas mediu-se a velocidade de propagação das ondas ultrasónicas em cada parede. Através deste ensaio tentou-se, também, obter informação sobre as características mecânicas e de homogeneidade deste tipo de alvenarias. Realizaram-se também, como já referido, ensaios de ultrasons nos provetes cilíndricos com as diferentes argamassas, com o objectivo de se registar a evolução da presa das argamassas. Os ensaios realizados basearam-se na Norma NP EN 583-1 2000 Ensaios não destrutivos – Ensaios por ultrasons parte 1: Princípios gerais e para a realização destes ensaios utilizou-se um equipamento portátil de medição de ultrasons, de designação comercial PUNDIT - “Portable Ultrasonic Non-destructive Digital Indicating Tester” (figura 4.35). Figura 4. 35 - Equipamento utilizado para os ensaios de ultrasons – PUNDIT _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 76 4.5.2 – Ensaios de ultrasons realizados nas paredes grandes Como já referido, após a construção das paredes de alvenaria grandes realizaram-se quatro “janelas” em reboco de área 150 mm × 150 mm simetricamente colocadas em todas as faces dessas paredes. Estas “janelas” foram realizadas com o intuito de simularem o reboco que normalmente existe nas paredes reais e, ao mesmo tempo, proporcionar uma superfície regular, para acoplagem dos transdutores à parede (figura 4.36). Figura 4. 36 - Localização das “janelas” de leitura dos ultrasons nas paredes grandes Os ensaios ultrasónicos iniciaram-se no dia 19 de Janeiro de 2007, tendo-se realizado uma medição semanal durante 28 semanas (6 meses). Foram realizadas medições entre todas as janelas, garantindo-se assim todas as combinações possíveis: ensaios directos – “Janelas” 1- 2 e 3-4; ensaios semi-directos – “Janelas” 1-3, 1-4, 2-3 e 2-4. As “janelas” apresentam entre si as seguintes distâncias: 1-2 / 1600 mm, 1-3 / 429 mm, 1-4 / 429 mm, 2-3 / 1354 mm, 2-4 / 1354 mm e 3-4 / 500 mm (figura 4.37). _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 79 argamassa, sendo de registar que ao fim das 28 semanas as leituras apresentavam-se relativamente estáveis, o que indicava que o processo de endurecimento teria estabilizado. Entre as primeiras leituras e as leituras finais registou-se um aumento relativo da ordem dos 52 %. Figura 4. 40 - Medição de ultrasons nas “janelas” da parede de argamassa de cal hidráulica No gráfico da figura 4.40, apresentam-se os valores das medições das velocidades de propagação das ondas ultrasónicas na parede de argamassa de cal hidráulica, constatando-se que estas leituras são significativamente superiores às realizadas na parede de cal aérea. Apesar de haver alguns picos não coerentes nas leituras das “janelas” 1-3 e 1-4, as restantes leituras apresentam uma evolução coerente, sem picos. Os picos registados nessas leituras devem-se provavelmente à dificuldade de propagação dos ultrasons nestas paredes muito heterogéneas. Verifica-se ainda que foi possível efectuar medições desde a 1ª semana e que as leituras em “janelas” afastadas das mesmas distâncias, apresentam valores de velocidade de propagação das ondas quase iguais (“janelas” 1-3 e 1-4 / “janelas” 2-3 e 3-4). Como era de esperar, em virtude da heterogeneidade da parede, o ensaio directo com a menor distância de percurso (“janelas 3-4”), foi aquele onde se registou uma maior velocidade. As medições feitas nas “janelas” 1-2 apresentaram uma velocidade final ao fim das 24 semanas perto dos 1900 m/s, nas 1-3 perto dos 2600 m/s, nas 1-4 perto dos 2550 m/s, nas 2- 3 perto dos 1800 m/s, nas 2-4 perto dos 1.800 m/s e nas 3-4 perto dos 3200 m/s. _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 80 A variação nas leituras ao longo das 28 semanas foi da ordem dos 31%, variação que ocorre sobretudo nos primeiros 60 dias. A partir dos 30 dias a variação das leituras foi pouco significativa, estabilizando ao fim das 24 semanas, sugerindo que nessa data o processo de endurecimento já estava praticamente concluído. Figura 4. 41 - Medição de ultrasons nas “janelas” da parede de argamassa de cal aérea e cimento No gráfico da figura 4.41, apresentam-se as medições das velocidades de propagação das ondas ultrasónicas na parede de argamassa bastarda (cal aérea e cimento), constatando-se que os valores de velocidade são um pouco inferiores aos registados na parede de argamassa de cal hidráulica. No entanto, mais importante do que a comparação entre os valores absolutos das velocidades registadas nas duas paredes, é a comparação da evolução desses registos, verificando-se que na parede de argamassa bastarda (cal aérea e cimento) as leituras estabilizaram ao fim de 30 dias, ao passo que na parede de argamassa de cal hidráulica apenas estabilizaram ao fim de 60 dias. Constatou-se, assim, pela leitura das velocidades de propagação das ondas ultrasónicas, que a argamassa bastarda (cal aérea e cimento) ganha presa e endurece mais rápidamente do que a argamassa de cal hidráulica. As medições na parede de argamassa bastarda apresentam também picos de variação de velocidade, os quais estão relacionados com a heterogeneidade de materiais que estas paredes apresentam e, eventualmente, com variações de temperatura e humidade. _____________________________________________________________4 – Construção e Ensaio das Paredes de Alvenaria de Pedra Ordinária 81 Verifica-se também neste caso, que as leituras nas “janelas” com as mesmas distâncias relativas, apresentam valores idênticos (“janelas” 1-3 e 1-4 / “janelas” 2-3 e 2-4). As medições feitas nas “janelas” 1-2 apresentaram uma velocidade final ao fim das 24 semanas perto dos 1670 m/s, nas 1-3 perto dos 3000 m/s, nas 1-4 perto dos 2950 m/s, nas 2- 3 perto dos 1300 m/s, nas 2-4 perto dos 1100 m/s e nas 3-4 perto dos 1000 m/s. Apresentam-se no quadro seguinte (quadro 4.9) os resultados finais, ao fim das 24 semanas, das leituras ultrasónicas, para as três paredes grandes e também os resultados das tensões de rotura e módulo de elasticidade determinados nos ensaios do capítulo seguinte. Leitura Ultrasons (195 Dias) Ensaio Duplo de Macacos Planos Ensaio de Rotura v (m/s) σRotura (MPa) E (GPa) FRotura (kN) σRotura (MPa) Parede grande de argamassa bastarda (cal aérea e cimento) 1-2 1682 4,19 1,51 — — 1-3 2947 1-4 2990 2-3 1326 2-4 1134 3-4 992 Parede grande de argamassa de cal hidráulica 1-2 1914 5,33 0,37 — — 1-3 2640 1-4 2584 2-3 1808 2-4 1840 3-4 3215 Parede grande de argamassa de cal aérea 1-2 — 2,38 0,08 659 0,82 1-3 637 1-4 540 2-3 — 2-4 — 3-4 306 Quadro 4. 9 – Quadro resumo dos resultados das paredes grandes, com os ensaios realizados no Capítulo 5 Constata-se nos resultados apresentados no quadro 4.9 e nos gráficos das figuras 4.39, 4.40 e 4.41, que as leituras das velocidades de propagação das ondas ultrasónicas apresentam numa mesma parede uma grande variabilidade, quer ao longo do tempo, quer para diferentes localizações de pontos de medição. Verifica-se, também, que as condições atmosféricas poderão ter alguma influência na intensidade das leituras. Deste modo, tendo em conta a grande variabilidade dos resultados das leituras numa mesma parede, pode afirmar-se que não é possível correlacionar os valores dessas leituras, com os valores das características mecânicas médias das paredes.