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Julho de 2013

Joo Tiago de Jesus Martins CorreiaLicenciado em Cincias de Engenharia Civil

Avaliao da higroscopicidade

de materiais correntes

Dissertao para obteno do Grau de Mestreem Engenharia Civil - Perfil Construo

Orientador: Professor Doutor Fernando Manuel Anjos Henriques

Jri:

Presidente: Professora Doutora Maria Paulina Santos Forte de Faria RodriguesArguente: Professor Doutor Vasco Nunes da Ponte Moreira Rato

Vogal: Professor Doutor Fernando Manuel Anjos Henriques

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O presente trabalho foi suportado por fundos COMPETE na sua componente FEDER e pelooramento da FCT - Fundao para a Cincia e a Tecnologia, sob o projecto de investigaoPTDC/ECM-COM/3080/2012.

Copyright Joo Tiago de Jesus Martins Correia, FCT/UNL e UNL

A Faculdade de Cincias e Tecnologia e a Universidade Nova de Lisboa tm o direito, perptuo e semlimites geogrficos, de arquivar e publicar esta dissertao atravs de exemplares impressos reproduzidosem papel ou de forma digital, ou por qualquer outro meio conhecido ou que venha a ser inventado, ede a divulgar atravs de repositrios cientficos e de admitir a sua cpia e distribuio com objectivoseducacionais ou de investigao, no comerciais, desde que seja dado crdito ao autor e editor.

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Agradecimentos

Em primeiro lugar, gostaria de agradecer ao Professor Doutor Fernando Henriques, orientador cientficodo presente trabalho, pela total disponibilidade, por todo o conhecimento transmitido e pela simpatiademonstrada.

Ao Engenheiro Vtor Silva, gostaria de agradecer o apoio e ajuda incansvel nas actividades laboratoriaise os ensinamentos transmitidos no decorrer dos ensaios experimentais.

Agradeo tambm ao Engenheiro Jorge Jorne e mais uma vez ao Professor Fernando Henriques, pelasdiscusses bastante estimulantes e pelo esclarecimento de algumas dvidas que permitiram a realizaoe o desenvolvimento deste trabalho.

Um agradecimento especial aos meus colegas e amigos, Clia Rodrigues, Gonalo Telo e FredericoAbego que me acompanharam e apoiaram desde o incio.

Como o meu percurso acadmico no se resumiu apenas a estudo e trabalho , quero agradecer ainda

a todos os meus amigos, dentro e fora da faculdade, com os quais partilhei bons momentos de lazer eespirito acadmico. A lista extensa e difcil de enumerar sem esquecer algum, mas sou consciente queos referentes sabem quem so.

minha namorada, Ana Sofia Silva, por toda a estima, respeito, pacincia, boa disposio e sensatezcom que me aconselhou e conduziu para a meta final.

Por fim, e mais importante, aos meus pais, padrinhos e irmo por estarem sempre comigo durante todoo meu processo acadmico, facilitando-o e apoiando-o sem qualquer restrio, tal como sempre fizeramao longo da minha vida.

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Resumo

A variao da humidade relativa (HR) do ambiente reflecte-se nos materiais porosos atravs do aumentoou diminuio do seu teor de gua decorrente das suas condies de adsoro e desadsoro, entendidasneste contexto como os mecanismos de adeso de molculas de gua superfcie dos poros (ou delibertao dessas molculas no caso da desadsoro), conceito que no deve ser confundido com absoro

que corresponde migrao de gua lquida no interior dos poros. Como se ver nesta dissertao,essa variao de teor de gua influencia directamente a condutibilidade trmica dos materiais, podendooriginar fenmenos inesperados de condensaes, superficiais ou internas, para alm de poder influenciaras suas condies de degradao.

O estudo efectuado neste trabalho incide na anlise de uma coleco de materiais comummente utilizadosna construo, os quais foram sujeitos a ambientes artificiais no interior de uma cmara climtica, comvalores de HR a variar entre os 40 e os 95% em condies isotrmicas de 23 C. Tal procedimentopermite a construo de curvas de armazenamento de humidade, atravs das quais possvel analisargraficamente a evoluo do teor de gua com a variao da humidade relativa, bem como a presena doefeito histertico entre os fenmenos de adsoro e desadsoro, para cada um dos materiais analisados.

Durante este processo analisa-se tambm a evoluo da condutibilidade trmica com a variao do teorde gua de cada material.

So ainda realizados ensaios de anlise da estrutura porosa das amostras com recurso ao mtodo deporosimetria por intruso de mercrio (MIP), pelo qual possvel obter informaes sobre a porometriae morfologia da estrutura porosa.

Palavras chave:

Higroscopicidade; curva de armazenamento de humidade; adsoro isotrmica; histerese;

condutibilidade trmica; porosimetria por intruso de mercrio (MIP).

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Abstract

The variations of the relative humidity (RH) in the environment are reflected in porous materials byincreasing or decreasing the water content resulting from adsorption and desorption. These phenomenaare defined herein as the mechanisms of adhesion (or release in the case of desorption) of water moleculesto pore surfaces, a concept that should not be confused with absorption which corresponds to liquid water

migration. The variation of water content influences directly thermal conductivity, which may induceunexpected surface or internal condensations, enhancing degradation mechanisms.

The study undertaken in this dissertation focuses on the analysis of materials commonly used inconstruction, which were subjected to artificial environments inside a climatic chamber in isothermalconditions at 23 C with RH varying between 40 and 95%. This procedure allows the definition ofmoisture storage curves, which allow graphic analysis of the evolution of water content with relativehumidity variations, as well as the presence of the hysteretic effect between adsorption and desorptionfor each material. During this process the evolution of the thermal conductivity with the variations ofwater contents of each material was also analyzed.

Further analysis of porous structure of some materials using the method of mercury intrusion porosimetry(MIP) was conducted, through which it becomes possible to obtain information about the porometry andmorphology of the porous structure and to correlate this information with the adsorption behaviour ofthe materials.

Keywords:

Hygroscopicity; moisture storage curves; adsorption isotherm; hysteresis; thermal conductivity; mercuryintrusion porosimetry (MIP).

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ndice de Matrias

1 Introduo 11.1 Consideraes gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Objectivo e metodologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3 Estrutura da dissertao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2 Humidade em materiais porosos 32.1 Ar hmido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.1.1 Humidade Relativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.1.2 Diagrama de Glaser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.1.3 Teor de gua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.1.4 Curva de armazenamento de humidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.1.5 Regio higroscpica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.1.6 Regio capilar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.1.7 Adsoro e absoro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.1.8 Fenmeno de histerese entre os processos de adsoro e desadsoro . . . . . . 12

2.2 Influncia do teor de humidade no conforto dos edifcios . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.2.1 Salubridade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.3 Condutibilidade trmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.4 Porometria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.4.1 Porosimetria por intruso de mercrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3 Anlise experimental 233.1 Materiais ensaiados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.2 Caracterizao dos materiais analisados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.2.1 Massa volmica e porosidade aberta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.2.2 Adsoro isotrmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.2.3 Condutibilidade trmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.2.4 Porosimetria por intruso de mercrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4 Anlise de resultados 434.1 Massa volmica, massa especfica e porosidade aberta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444.2 Adsoro/desadsoro e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

4.2.1 XPS e EPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464.2.2 Aglomerado de cortia e l-mineral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474.2.3 Pedra natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494.2.4 Material cermico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504.2.5 Estuque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

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ndice de Matrias

4.2.6 Beto celular autoclavado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574.3 Influncia da dosagem de cimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

4.3.1 Argamassas de cimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

4.3.2 Argamassas bastardas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664.4 Influncia do volume gua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 724.4.1 Argamassas de cimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 724.4.2 Argamassas bastardas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

5 Modelos numricos de anlise das curvas higroscpicas 835.1 Modelos 1 e 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

5.1.1 Parametrizao das curvas de cada material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 835.1.2 Anlise dos resultados dos modelos matemticos 1 e 2 . . . . . . . . . . . . . . 90

5.2 Modelo 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 905.2.1 Parametrizao das curvas de cada material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

5.2.2 Anlise dos resultados dos modelos matemticos 2 e 3 . . . . . . . . . . . . . . 936 Patamares histerticos 95

6.1 Anlise de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 966.1.1 Pedra natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 966.1.2 Material cermico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 966.1.3 Argamassas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 976.1.4 Discusso de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

7 Concluses e sugestes para desenvolvimentos futuros 997.1 Concluses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 997.2 Desenvolvimentos futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

7.2.1 Determinao das curvas higroscpicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1017.2.2 Porosimetria por intruso de mercrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

Bibliografia 103

A Resultados - Influncia da dosagem de cimento 107A.1 Argamassas de cimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

A.1.1 Grupo 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107A.1.2 Grupo 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

A.2 Argamassas bastardas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117A.2.1 Grupo 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

A.2.2 Grupo 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

B Resultados - Influncia do volume gua 129B.1 Argamassas de cimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

B.1.1 Grupo B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129B.1.2 Grupo C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

B.2 Argamassas bastardas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139B.2.1 Grupo E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139B.2.2 Grupo F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

C Publicao - Efeitos da humidade higroscpica no comportamento trmico dos materiais 151

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ndice de Figuras

2.1 Diagrama psicromtrico [14]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.2 Exemplo dos valores de humidade relativa numa parede [13]. . . . . . . . . . . . . . . . 52.3 Esquema de princpio da descrio convencional do teor de humidade de um material

(adaptada de [10]). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.4 Formas bsicas de isotermas de acordo com Brunauer [29]. . . . . . . . . . . . . . . . . 72.5 Modelo genrico da curva de armazenamento de humidade em condies isotrmicas

(adaptada de [11]). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.6 Molcula de gua [39]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.7 Modelo de um poro na fase de mono-camada (adaptada de [32]). . . . . . . . . . . . . . 92.8 Modelo de um poro na fase de multi-camada (adaptada de [32]). . . . . . . . . . . . . . 102.9 Modelo de um poro na fase de condensao capilar (adaptada de [32]). . . . . . . . . . . 102.10 Modelo de um poro na fase sobre-higroscpica (adaptada de [32]). . . . . . . . . . . . . 112.11 Modelo de um poro na fase de supersaturao (adaptada de [32]. . . . . . . . . . . . . . 112.12 Representao genrica de um processo de adsoro/desadsoro em condies

isotrmicas (adaptada de [38]). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.13 Modelo de um poro tipo tinteiro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.14 Processo de adsoro num poro do tipo tinteiro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.15 Processo de formao de menisco na zonaD2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.16 Equilibrio de massas de gua no interior de um poro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.17 Fases do processo de desadsoro de um poro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.18 Trocas gasosas entre meniscos do mesmo poro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.19 Relao entre a HR e a germinao e proliferao de fungos (adaptada de [40]) . . . . . 172.20 Amplitude de medio de diversos mtodos de porometria [33]. . . . . . . . . . . . . . 182.21 Caracterstica molhante (H2O) e no molhante (Hg) (adaptada de [31].) . . . . . . . . . 192.22 Equilbrio entre uma gota de lquido e a superfcie de um slido (adaptado de [32]). . . . 192.23 Esquema do processo de molhagem de um slido por um lquido (adaptada de [32]). . . 202.24 Curva genrica da intruso de mercrio no porosimetro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.25 Interpretao dos modelos histerticos gerados nos ciclos intruso-extruso de mercrio

[3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.1 Amostras de materiais utilizados como isolamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.2 Amostras de materiais comuns utilizados na construo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.3 Exemplos representativos das dimenses dos provetes dos materiais analisados . . . . . 253.4 Equipamento utilizado na determinaao da massa volmica aparente e da porosidade

aberta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.5 Cmara climtica Fitoclima 300. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

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ndice de Figuras

3.6 Amostras de cada um dos materiais utilizados no ensaio de determinao da curva dearmazenamento de humidade. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.7 ISOMET 2104 e sondas utilizadas no ensaio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.8 Especificaes tcnicas dos acessrios ISOMET 2104 [18]. . . . . . . . . . . . . . . . . 313.9 Influncia do processo de secagem nas leituras da condutibilidade trmica. . . . . . . . . 333.10 Amostras de cada um dos materiais utilizados no ensaio de determinao da

condutibilidade trmica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.11 Autopore IV [22]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.12 Provetes utilizados no ensaio de porosimetria por instruso de mercrio. . . . . . . . . . 363.13 Incio do ensaio de porosimetria por inntruso de mercrio (adaptada de [21]). . . . . . . 363.14 Esquema representativo do ensaio de porosimetria por instruso de mercrio (adaptada

de [21]). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.15 Exemplo de grfico gerado pela relao volume comulativo de mercrio e os respectivos

dimetros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.16 Exemplo do grfico gerado pelo volume incremental intrudido de mercrio e osrespectivos dimetros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393.17 Relao entre os volumes incrementais intrudido e extrudido. . . . . . . . . . . . . . . . 403.18 Relao entre o volume incremental retido e o volume total intrudido. . . . . . . . . . . 413.19 Relao entre o volume incremental retido e o volume incremental intrudido para cada

dimetro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

4.1 Curvas higroscpicas correspondentes ao XPS e ao EPS. . . . . . . . . . . . . . . . . . 464.2 Evoluo da condutibilidade trmica em funo do teor de gua - XPS e EPS. . . . . . . 474.3 Curvas higroscpicas correspondentes ao aglomerado de cortia e l-mineral. . . . . . 484.4 Evoluo da condutibilidade trmica em funo do teor de gua - Aglomerado de cortia

e l mineral. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494.5 Curvas higroscpicas correspondentes pedra natural. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494.6 Evoluo da condutibilidade trmica em funo do teor de gua - pedra calcria. . . . . . 504.7 Curvas higroscpicas correspondentes ao tijolo furado e ao tijolo refractrio. . . . . . . . 514.8 Distribuio de dimetros de poros para uma amostra de tijolo furado e uma de tijolo

refractrio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514.9 Relao entre o volume incremental intrudido e extrudido para os materiais cermicos

analisados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524.10 Relao entre o volume de mercrio retido pelo volume intrudido em cada dimetro para

uma amostra de tijolo furado e uma de tijolo refractrio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534.11 Relao entre o volume de mercrio retido e o volume total intrudido para uma amostra

de tijolo furado e uma de tijolo refractrio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534.12 Evoluo da condutibilidade trmica em funo do teor de gua - materiais cermicos. . 544.13 Curva higroscpica correspondente a uma amostra de estuque. . . . . . . . . . . . . . . 554.14 Distribuio de dimetros de poros para uma amostra de estuque. . . . . . . . . . . . . . 554.15 Relao entre o volume incremental intrudido e extrudido para uma amostra estuque. . . 564.16 Relao entre o volume de mercrio retido pelo volume intrudido em cada dimetro para

uma amostra de estuque. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564.17 Relao entre o volume de mercrio retido e o volume total intrudido para o estuque. . . 574.18 Evoluo da condutibilidade trmica em funo do teor de gua - estuque. . . . . . . . . 574.19 Curvas higroscpicas correspondentes ao beto celular autoclavado. . . . . . . . . . . . 584.20 Distribuio de dimetros de poros para uma amostra de beto celular. . . . . . . . . . . 58

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ndice de Figuras

4.21 Relao entre o volume incremental intrudido e extrudido para uma amostra beto celularautoclavado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

4.22 Relao entre o volume de mercrio retido e o volume total intrudido para uma amostra

beto celular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594.23 Evoluo da condutibilidade trmica em funo do teor de gua - beto celular autoclavado. 604.24 Curvas higroscpicas correspondentes s argamassas do Grupo 1. . . . . . . . . . . . . 614.25 Distribuio de dimetros de poros para as argamassas de cimento do Grupo 1. . . . . . 614.26 Relao entre o volume incremental intrudido e extrudido para as argamassas do Grupo 1. 624.27 Relao entre o volume de mercrio retido pelo volume intrudido em cada dimetro para

as argamassas de cimento do Grupo 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634.28 Relao entre o volume de mercrio retido e o volume total intrudido para as argamassas

de cimento do Grupo 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644.29 Evoluo da condutibilidade trmica em funo do teor de gua para as argamassas de

cimento do Grupo 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

4.30 Curvas higroscpicas correspondentes s argamassas do Grupo 4. . . . . . . . . . . . . 664.31 Distribuio de dimetros de poros para as argamassas bastardas do Grupo 4. . . . . . . 674.32 Relao entre o volume incremental intrudido e extrudido para as argamassas do Grupo 4. 684.33 Relao entre o volume de mercrio retido pelo volume intrudido em cada dimetro para

as argamassas de bastardas do Grupo 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 694.34 Relao entre o volume de mercrio retido e o volume total intrudido para as argamassas

de bastardas do Grupo 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 704.35 Evoluo da condutibilidade trmica em funo do teor de gua para as argamassas de

bastardas do Grupo 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 714.36 Curvas higroscpicas correspondentes s argamassas do Grupo A. . . . . . . . . . . . . 724.37 Distribuio de dimetros de poros para as argamassas de cimento do Grupo A. . . . . . 73

4.38 Relao entre o volume incremental intrudido e extrudido para as argamassas do Grupo A. 744.39 Relao entre o volume de mercrio retido e o volume intrudido em cada dimetro para

as argamassas de cimento do Grupo A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 754.40 Relao entre o volume de mercrio retido e o volume total intrudido para as argamassas

de cimento do Grupo A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764.41 Evoluo da condutibilidade trmica em funo do teor de gua para as argamassas de

cimento do Grupo A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 774.42 Curvas higroscpicas correspondentes s argamassas do Grupo D. . . . . . . . . . . . . 784.43 Distribuio de dimetros de poros para as argamassas bastardas do Grupo D. . . . . . . 784.44 Relao entre o volume incremental intrudido e extrudido para as argamassas do Grupo D. 794.45 Relao entre o volume de mercrio retido pelo volume intrudido em cada dimetro para

as argamassas bastardas do Grupo D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 804.46 Relao entre o volume de mercrio retido e o volume total intrudido para as argamassas

bastardas do Grupo D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 814.47 Evoluo da condutibilidade trmica em funo do teor de gua para as argamassas

bastardas do Grupo D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

5.1 Resultados experimentais e parametrizaes (modelos 1 e 2) das curvas higroscpicaspara o XPS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

5.2 Resultados experimentais e parametrizaes (modelos 1 e 2) das curvas higroscpicaspara o beto celular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

ix

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16/178

ndice de Figuras

5.3 Pormenor da parameterizao (modelos 1 e 2) das curvas higroscpicas para o betocelular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

5.4 Resultados experimentais e parametrizaes (modelos 1 e 2) das curvas higroscpicas

para o tijolo cermico furado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 885.5 Pormenor da parameterizao (modelos 1 e 2) das curvas higroscpicas para o tijolo furado. 895.6 Resultados experimentais e parametrizaes (modelos 1 e 2) das curvas higroscpicas

para a argamassa bastarda A14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 905.7 Resultados experimentais e parametrizaes (modelos 2 e 3) das curvas higroscpicas

para a argamassa bastarda A14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

6.1 Histerese em funo do teor de gua mximo atingido durante a fase de adsoro(adaptada de [13]). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

6.2 Histerese em funo do teor de gua mximo atingido durante a fase de adsoro para apedra natural. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

6.3 Histerese em funo do teor de gua mximo atingido durante a fase de adsoro para otijolo refractrio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 976.4 Histerese em funo do teor de gua mximo atingido durante a fase de adsoro para o

tijolo furado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 976.5 Histerese em funo do teor de gua mximo atingido durante a fase de adsoro para a

argamassa A1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 986.6 Histerese em funo do teor de gua mximo atingido durante a fase de adsoro para a

argamassa A14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

A.1 Curvas higroscpicas correspondentes s argamassas do grupo 2. . . . . . . . . . . . . . 107A.2 Distribuio de dimetros de poros para as argamassas de cimento do grupo 2. . . . . . . 108A.3 Relao entre o volume incremental intrudido e extrudido para as argamassas do grupo 2. 109A.4 Relao entre o volume de mercrio retido pelo volume intrudido em cada dimetro para

as argamassas de cimento do grupo 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110A.5 Relao entre o volume de mercrio retido e o volume total intrudido para as argamassas

de cimento do grupo 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111A.6 Evoluo da condutibilidade trmica em funo do teor de gua para as argamassas de

cimento do grupo 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112A.7 Curvas higroscpicas correspondentes s argamassas do grupo 3. . . . . . . . . . . . . . 112A.8 Distribuio de dimetros de poros para as argamassas de cimento do grupo 3. . . . . . . 113A.9 Relao entre o volume incremental intrudido e extrudido para as argamassas do grupo 3. 114A.10 Relao entre o volume de mercrio retido pelo volume intrudido em cada dimetro para

as argamassas de cimento do grupo 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115A.11 Relao entre o volume de mercrio retido e o volume total intrudido para as argamassas

de cimento do grupo 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116A.12 Evoluo da condutibilidade trmica em funo do teor de gua para as argamassas de

cimento do grupo 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117A.13 Curvas higroscpicas correspondentes s argamassas do grupo 5. . . . . . . . . . . . . . 117A.14 Distribuio de dimetros de poros para as argamassas bastardas do grupo 5. . . . . . . . 118A.15 Relao entre o volume incremental intrudido e extrudido para as argamassas do grupo 5. 119A.16 Relao entre o volume de mercrio retido pelo volume intrudido em cada dimetro para

as argamassas bastardas do grupo 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

x

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ndice de Figuras

A.17 Relao entre o volume de mercrio retido e o volume total intrudido para as argamassasbastardas do grupo 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

A.18 Evoluo da condutibilidade trmica em funo do teor de gua para as argamassas

bastardas do grupo 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122A.19 Curvas higroscpicas correspondentes s argamassas do grupo 6. . . . . . . . . . . . . . 122A.20 Distribuio de dimetros de poros para as argamassas bastardas do grupo 6. . . . . . . . 123A.21 Relao entre o volume incremental intrudido e extrudido para as argamassas do grupo 5. 124A.22 Relao entre o volume de mercrio retido pelo volume intrudido em cada dimetro para

as argamassas bastardas do grupo 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125A.23 Relao entre o volume de mercrio retido e o volume total intrudido para as argamassas

bastardas do grupo 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126A.24 Evoluo da condutibilidade trmica em funo do teor de gua para as argamassas

bastardas do grupo 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

B.1 Curvas higroscpicas correspondentes s argamassas do grupo B. . . . . . . . . . . . . . 129B.2 Distribuio de dimetros de poros para as argamassas de cimento do grupo B. . . . . . 130B.3 Relao entre o volume incremental intrudido e extrudido para as argamassas do grupo B. 131B.4 Relao entre o volume de mercrio retido pelo volume intrudido em cada dimetro para

as argamassas de cimento do grupo B. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132B.5 Relao entre o volume de mercrio retido e o volume total intrudido para as argamassas

de cimento do grupo B. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133B.6 Evoluo da condutibilidade trmica em funo do teor de gua para as argamassas de

cimento do grupo 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134B.7 Curvas higroscpicas correspondentes s argamassas do grupo C. . . . . . . . . . . . . . 134B.8 Distribuio de dimetros de poros para as argamassas de cimento do grupo C. . . . . . 135

B.9 Relao entre o volume incremental intrudido e extrudido para as argamassas do grupo C. 136B.10 Relao entre o volume de mercrio retido pelo volume intrudido em cada dimetro paraas argamassas de cimento do grupo C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

B.11 Relao entre o volume de mercrio retido e o volume total intrudido para as argamassasde cimento do grupo C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

B.12 Evoluo da condutibilidade trmica em funo do teor de gua para as argamassas decimento do grupo C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

B.13 Curvas higroscpicas correspondentes s argamassas do grupo E. . . . . . . . . . . . . . 139B.14 Distribuio de dimetros de poros para as argamassas bastardas do grupo E. . . . . . . 140B.15 Relao entre o volume incremental intrudido e extrudido para as argamassas do grupo E. 141B.16 Relao entre o volume de mercrio retido pelo volume intrudido em cada dimetro para

as argamassas bastardas do grupo E. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142B.17 Relao entre o volume de mercrio retido e o volume total intrudido para as argamassasbastardas do grupo E. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

B.18 Evoluo da condutibilidade trmica em funo do teor de gua para as argamassasbastardas do grupo E. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

B.19 Curvas higroscpicas correspondentes s argamassas do grupo F. . . . . . . . . . . . . . 144B.20 Distribuio de dimetros de poros para as argamassas bastardas do grupo F. . . . . . . . 145B.21 Relao entre o volume incremental intrudido e extrudido para as argamassas do grupo F 146B.22 Relao entre o volume de mercrio retido pelo volume intrudido em cada dimetro para

as argamassas bastardas do grupo F. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

xi

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ndice de Figuras

B.23 Relao entre o volume de mercrio retido e o volume total intrudido para as argamassasbastardas do grupo F. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

B.24 Evoluo da condutibilidade trmica em funo do teor de gua para as argamassas

bastardas do grupo F. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

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ndice de Tabelas

3.1 Composio dos varios tipos de argamaas analisadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.2 Valores desegundo o ITE50 e respectivas sondas utilizadas nos materiais analisados. . 323.3 Exemplo de dados extrados dosoftwareAutoPoreTM 9500. . . . . . . . . . . . . . . . 38

4.1 Reagrupamentos para anlise da influncia do volume de cimento. . . . . . . . . . . . . 434.2 Reagrupamentos para anlise da influncia do volume de gua. . . . . . . . . . . . . . . 444.3 Resultados experimentais de, massa especfica e Pab. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

5.1 Parmetros dos modelos 1 e 2 para a fase de adsoro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 845.2 Parmetros dos modelos 1 e 2 para a fase de desadsoro. . . . . . . . . . . . . . . . . . 855.3 Valores experimentais e parametrizaes (modelos 1 e 2) das curvas higroscpicas para

o XPS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 865.4 Valores experimentais e parametrizaes (modelos 1 e 2) das curvas higroscpicas para

o beto celular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 875.5 Valores experimentais e parametrizaes (modelos 1 e 2) das curvas higroscpicas para

o tijolo cermico furado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 885.6 Valores experimentais e parametrizaes (modelos 1 e 2) das curvas higroscpicas para

argamassa bastarda A14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 895.7 Parmetros do modelo 3 para a fase de adsoro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 915.8 Parmetros do modelo 3 para a fase de desadsoro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 925.9 Valores experimentais e parametrizaes (modelos 2 e 3) das curvas higroscpicas para

argamassa bastarda A14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

6.1 Lista de materiais analisados para diferentes mximos de teores de gua. . . . . . . . . . 96

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Lista de abreviaturas, siglas e smbolos

Abreviaturas

Ads Adsoro

Desad Desadsoro

HR Humidade Relativa

EP S Poliestireno expandido

XP S Poliestireno extrudido

M IP Mercury Intrusion Porosimetry

a/L Relao gua-ligante

SiglasASTM American Society for Testing and Materials

DEC Departamento de Engenharia Civil

FCT Faculdade de Cincias e Tecnologias

FEUP Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

ISO International Organization for Standardization

LNEC Laboratrio Nacional de Engenharia Civil

UNL Universidade Nova de Lisboa

Smbolos

Condutibilidade trmica

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Captulo 1

Introduo

1.1 Consideraes gerais

A gua desempenha um papel de extrema relevncia na degradao dos materiais e no confortohigrotrmico dos edifcios, na medida em que funciona como catalisador de enumeras anomalias[25], afectando directamente algumas propriedades dos materiais, tais como, resistncia mecnica,retraco-dilatao e condutibilidade trmica [19].

A grande maioria dos materiais utilizados na construo apresenta caractersticas higroscpicas, ou seja,quando colocados num ambiente onde ocorra variao de humidade d-se a variao dos respectivosteores de gua [7].

O excesso de humidade nos materiais pode levar ao aparecimento de microorganismos, tais como, bolor,fungos e bactrias [44], [24]. Estes fenmenos tm consequncias negativas, as quais se reflectem naqualidade do ar interior dos edifcios, podendo originar dificuldades respiratrias, irritaes cutneas ealergias por parte dos utilizadores [35].

Devido aos factores anteriormente mencionados, torna-se de extrema importncia incrementar o nvelde conhecimento do comportamento dos materiais e solues construtivas quando sujeitos a diferentescondies ambientais, indo para alm dos aspectos comuns que geralmente so tidos em conta. particularmente relevante avaliar o modo como os materiais correntemente aplicados na execuo dassolues construtivas comuns se comportam quando sujeitos influncia das variaes normais da

humidade relativa.

1.2 Objectivo e metodologia

O principal objectivo desta dissertao o estudo da influncia dos fenmenos higroscpicosem materiais correntes. Nesse sentido, pretende analisar-se as curvas higroscpicas em condiesisotrmicas (23 oC) de uma lista de materiais comummente utilizados em construo, tais como,argamassas, pedra natural, isolantes trmicos, material cermico, estuque e beto celular autoclavado.Para tal sujeitaram-se os materiais a vrios patamares de humidade relativa que variaram entre 40 e 95%.

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Captulo 1. Introduo

Com o intuito de complementar este estudo, foi analisada a evoluo da condutibilidade trmica com avariao da humidade relativa para cada um dos materiais. Foi ainda feita uma anlise estrutura porosadas amostras atravs de um ensaio de porosimetria por intruso de mercrio.

1.3 Estrutura da dissertao

O presente trabalho est organizado em 7 captulos. No captulo 2 abordam-se aspectos sobre a humidadeem materiais porosos, essenciais para a compreenso deste estudo. No captulo 3 procede-se descriodos materiais bem como dos ensaios abordados na actividade experimental. No captulo 4 so expostose analisados os resultados obtidos. No captulo 5 apresentam-se trs modelos matemticos que tmcomo objectivo a previso do comportamento higroscpico dos materiais. No captulo 6 apresenta-sea influncia do valor mximo de humidade relativa a que um dado material est sujeito e o consequente

efeito histertico. Por ultimo, no captulo 7, apresentam-se as concluses do estudo bem como algumassugestes para desenvolvimentos futuros.

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Captulo 2

Humidade em materiais porosos

2.1 Ar hmido

O ar hmido consiste numa mistura de ar seco e vapor de gua. Assumindo que as duas partes secomportam como gases ideais possvel aplicar a seguinte frmula:

P V =mRT (2.1)

Onde T a temperatura medida em Kelvin e as variveis P, V, m e R so caractersticas de cada um dosintervenientes, em que P representa a presso parcial (Pa), m a massa (kg), V o volume e R a constante

dos gases (J/kg.K). R toma para o ar seco o valor de 287,055 e para o vapor de gua 462,4. Sendo aconcentrao de cada uma das partes traduzida por:

= m

V (2.2)

Podem escrever-se as seguintes equaes, nas quais o ndice S representa o ar seco e V o vapor de gua:

s= PsRs.T

(2.3)

v = Pv

Rv.T (2.4)

Sabendo que nenhum dos constituintes do ar seco reage com o vapor de gua pode definir-se a pressototal do ar hmido como a soma das presses parciais das parcelas intervenientes, dada por:

P =Ps+ Pv (2.5)

Uma vez que as duas partes, lquida e gasosa, coexistem em equilbrio, existe um valor mximo para aquantidade de vapor de gua presente no ar, ao qual se d o nome de limite de saturao. Em termos de

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Captulo 2. Humidade em materiais porosos

presso este valor pode ser descrito como presso de saturao, Pv,sat. Este valor depende da temperaturado ar (Hens, 1991) e pode ser calculado atravs da expresso 2.6, a qual vlida para temperaturas entre0oC e 80oC

Pv,sat= e

23,5771

4042,9T+273,1537,58

(2.6)

2.1.1 Humidade Relativa

A humidade relativa dada em percentagem e, como o nome indica, consiste na relao entre aquantidade de vapor de gua que efectivamente existe numa determinada massa de ar (), para uma

determinada temperatura, pela quantidade mxima de vapor de gua que essa massa suportaria (s).Este valor tambm pode ser expresso com base no quociente entre a presso de vapor Pv e a pressocorrespondente ao limite de saturaoPv,sat:

HR=

s=

PvPv,sat

100 (2.7)

Como se pode ver atravs da eq. 2.6, a humidade relativa varia inversamente com o aumento datemperatura, isto , para uma mesma massa de ar um aumento da temperatura implica forosamenteuma diminuio da humidade relativa. Esta informao pode ainda ser apresentada em forma de grfico

atravs do diagrama psicromtrico ilustrado na fig. 2.1 que apresenta em abcissas a temperatura do ar,em ordenadas as presses parciais do vapor e um conjunto de curvas de humidade relativa [14].

Fig. 2.1: Diagrama psicromtrico [14].

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2.1. Ar hmido

2.1.2 Diagrama de Glaser

O mtodo de Glaser baseia-se na lei de Fick [13] e consiste num processo de anlise do risco de

ocorrncia de condensaes superficiais e internas em solues construtivas tendo como base os valoresdas presses de vapor de gua. Sempre que num dado ponto do interior do elemento construtivo a pressoparcial iguala a presso de saturao correspondente temperatura nesse ponto a humidade relativa atinge100%, como se constata da eq. 2.7, ocorrendo assim condensaes.

Um exemplo de uma anlise pelo mtodo de Glaser apresentado na fig. 2.2.

Fig. 2.2: Exemplo dos valores de humidade relativa numa parede [13].

Da anlise da fig. 2.2 constata-se que, apesar de em nenhum ponto ocorrerem condensaes, devereferir-se os elevados valores para a humidade relativa na generalidade dos pontos do interiorinfluenciando assim a condutibilidade trmica da soluo construtiva. Deste modo podero ocorrereventuais condensaes superficiais ou internas em consequncia da simples difuso de vapor de guaatravs de um elemento construtivo.

2.1.3 Teor de gua

De acordo com a norma ISO 9346 [16] o teor de gua pode ser expresso de varias formas, sendo queneste texto adopta-se a relao entre a massa de gua presente numa dada amostra e a sua massa noestado seco. O teor de gua representado pela letra w, expresso em kg/kg e pode ser calculado atravsda expresso:

w=(mh ms)

ms(2.8)

ondemhrepresente a massa hmida emsa massa seca do material em anlise.

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Esta grandeza pode ainda ser expressa pela eq. 2.9, designando-se teor de gua ponderal (U), onde Vrepresenta o volume da amostra seca dada emm3.

U=(mh ms)

V (2.9)

Relacionando a densidade da amostra seca,s (kg/m3), com a eq. 2.8, o teor de gua anterior podetambem ser representado da seguinte forma:

U=w s (2.10)

Dividindo a eq. 2.10 pela massa volmica da gua, dada porw, obtm-se o terceiro e ltimo modo derepresentar o teor de gua, o chamado teor de gua volmico, representado pore expresso emm3/m3;

= w sw

(2.11)

Como referido anteriormente, neste texto considera-se o teor em gua calculado atravs da eq. 2.8. Esteparmetro varia entre zero, quando a humidade relativa nula, e o teor de gua mximo (wmax). Importareferir que este nvel de teor de gua dificilmente atingido, devido existncia de pequenas bolsas dear no interior dos poros. Assim, toma-se como valor mximo o teor de gua capilar (wcap), parmetro

que representa o valor mximo de humidade quando o material est em contacto com a gua no estadolquido.

Existe, ainda, o chamado teor de gua crtico (wcr), valor que corresponde ao teor mnimo de gua parao qual a transferncia de humidade ocorre em regime lquido, isto , quando se entra na regio capilar.Este princpio encontra-se esquematizado na figura 2.3.

Fig. 2.3: Esquema de princpio da descrio convencional do teor de humidade de um material (adaptada de [10]).

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2.1. Ar hmido

2.1.4 Curva de armazenamento de humidade

A grande maioria dos materiais utilizados na construo apresentam um comportamento hidrfilo, ou

seja, tm tendncia a atrair molculas de gua as quais se depositam ao longo da superfcie de cadamaterial.

A curva de armazenamento de humidade consiste num grfico cujo eixo das ordenadas representa o teorde gua (W) enquanto no eixo das abcissas esto definidos os valores de humidade relativa entre zero e100%.

Na literatura possvel encontrar diversos tipos de curvas, que descrevem o armazenamento de humidadeem situaes isotrmicas. A maior parte destes modelos pode ser classificado numa das cinco ou seisclasses originalmente formuladas por Brunauer, Emmet e Teller (BET) ilustradas na fig. 2.4 [29].

Fig. 2.4: Formas bsicas de isotermas de acordo com Brunauer [29].

Cada tipo est relacinado com a porosidade envolvida. Para materiais de construo porosos, este grficoapresenta uma forma emS[20] ou seja uma curva do tipo 2, como se pode constatar atravs da fig. 2.5.

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Inicialmente, com o aumento da humidade relativa, o declive ligeiramente acentuado, observando-seposteriormente uma diminuio e um novo incremento na fase final.

Com o aumento do teor de gua possvel distinguir duas zonas: a de domnio higroscpico e a dedomnio capilar. O ponto de interseco terico destas duas regies denomina-se teor de gua crtico.

Mono-camada Multi-camada

Teordegua,W

[Kg/Kg]

Humidade Relativa, Hr [%]

Domnio

Higroscpico

(Adsoro)

Domnio

Capilar

(Absoro)

wcr

wsat

wmax

Domnio de

super-saturao

95 10012 50

Condensao Capilar

Fig. 2.5: Modelo genrico da curva de armazenamento de humidade em condies isotrmicas (adaptada de [11]).

2.1.5 Regio higroscpica

A regio higroscpica ocorre para valores de humidade relativa entre 0% e 95%. Como referidoanteriormente, em termos de teor de gua, esta zona limitada superiormente pelo teor de gua crtico

(wcr).

No regime higroscpico as transferncias de humidade ocorrem por difuso gasosa e como ilustrado nafig. 2.5 com o aumento da humidade relativa possvel fazer a distino de trs zonas distintas:

Mono-camada/mono-molcular;

Multi-camada/multi-molcular;

Condensao capilar.

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2.1. Ar hmido

De modo a facilitar a explicao dos mecanismos intervenientes em cada uma das fases, est representadana fig. 2.6 uma molcula de gua, na qual se pode constatar o facto do centroide das duas cargaspositivas no coincidir com o das duas cargas negativas. Esta diferente distribuio de cargas origina

uma polaridade, fazendo com que a molcula de gua funcione como um pequeno man [39].

Fig. 2.6: Molcula de gua [39].

Mono-camada

A mono-camada ocorre para valores de humidade relativa relativamente baixos - entre 0% eaproximadamente 12% - e caracterizada pela adeso de uma fina camada de molculas de gua sparedes dos poros do material (fig. 2.7) [38]. Esta fixao deve-se aco das foras intermoleculares

descritas anteriormente na interface solido-lquido.

Fig. 2.7: Modelo de um poro na fase de mono-camada (adaptada de [32]).

Multi-camada

Com o aumento da humidade relativa at um valor de aproximadamente 50% ocorre a sobreposio demltiplas camadas (fig. 2.8). Este fenmeno, anlogamente situao anterior, ocorre devido a forasintermoleculares, porm, neste caso, na interface lquido-lquido.

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Fig. 2.8: Modelo de um poro na fase de multi-camada (adaptada de [32]).

Condensao capilar

At sensivelmente 95% de humidade relativa est definida a regio de condensao capilar. Esta regiocaracteriza-se pela unio entre multicamadas de paredes opostas do poro, dando assim origem formaode meniscos (fig. 2.9), cuja aco explicada na Seco 2.1.8.

Fig. 2.9: Modelo de um poro na fase de condensao capilar (adaptada de [32]).

2.1.6 Regio capilar

Para nveis de humidade relativa superiores a 95% a difuso de humidade ocorre por meio lquido.Nesta regio a curva de armazenamento de humidade apresenta um declive bastante acentuadoaproximando-se assim da saturao total do material. Este processo pode ser descrito em duas partes:regio sobre-higroscpica e regio de supersaturao [20].

Regio sobre-higroscpica

Entre 95% e 98% de humidade relativa ocorre a saturao parcial dos poros e nesta fase existem aindapequenas bolsas de ar no interior dos mesmos (fig. 2.10).

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2.1. Ar hmido

Fig. 2.10: Modelo de um poro na fase sobre-higroscpica (adaptada de [32]).

Regio de supersaturao

Para valores entre 98% e 100% de humidade relativa ocorre a saturao total do material (fig. 2.11).

Fig. 2.11: Modelo de um poro na fase de supersaturao (adaptada de [32].

No entanto, no caso de materiais porosos e em condies normais de presso, a ascenso a este nvel desaturao por parte dos materiais praticamente impossvel devido presena das pequenas bolsas dear formadas na fase sobre-higroscpica. Uma melhor caracterizao deste processo pode ser feita paramateriais com comportamento hidrfobo, tais como alguns isolantes. Uma vez que a porosidade abertadestes materiais bastante prxima de zero diminuindo a ocorrncia e aprisionamento de bolsas de ar[38].

2.1.7 Adsoro e absoro

Absoro

A absoro fenmeno que ocorre acima dos 95% e portanto situa-se na regio capilar, onde a difusode humidade ocorre por difuso de gua na sua forma lquida. A absoro implica a incorporao dovolume de uma dada amostra por parte de outra substncia, como por exemplo a gua.

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Adsoro

O processo de adsoro refere-se reteno superficial ou adeso de molculas de gua superfcie dos

materiais [1]. Este fenmeno desempenha um papel preponderante no domnio higroscpico, ou seja,entre 0% e 95% de humidade relativa. Como se viu anteriormente, a adsoro uma consequncia daenergia superficial dos materiais, ocorrendo devido a interaces electroestticas entre molculas dosmateriais envolventes no processo [2].

Dado que o incremento de humidade relativa origina a adsoro, o processo inverso motiva adesadsoro. Idealmente o traado do grfico de ambos os fenmenos para um mesmo material deveriaser coincidente. No entanto, para a maioria dos materiais de construo este fenmeno no se verifica(fig. 2.12), ocorrendo histerese. De salientar que a histerese tanto mais evidente quanto maior o valorde teor de gua aquando o incio da desadsoro do material.

Teordegua

,W

[Kg/Kg]

Humidade Relativa, Hr [%]

95 100

Domnio

Higroscpico

(Adsoro)

Domnio

Capilar

(Absoro)

wcr

wsat

wmax

Domnio de

super-saturao

wsat

Mono-camada Multi-camada Condensao Capilar

12 50

Fig. 2.12: Representao genrica de um processo de adsoro/desadsoro em condies isotrmicas (adaptadade [38]).

2.1.8 Fenmeno de histerese entre os processos de adsoro e desadsoro

A razo desta histerese no se encontra ainda bem definida, sendo contudo admitido que dever resultarda estrutura porosa dos materiais, mais concretamente da porometria e da morfologia dos poros. Este

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2.1. Ar hmido

fenmeno foi alvo, nas ltimas dcadas, de um elevado interesse por parte de diversos autores, existindoassim diversos estudos neste campo presentes na bibliografia deste trabalho [9],[11],[23].

Como referido anteriormente, a condensao capilar em materiais porosos geralmente acompanhadapelo efeito histertico entre os processos de adsoro e desadsoro e, de acordo com os ensaiosexperimentais levados a cabo por Page et al. [27] e Ravikovitch et al. [34], durante os processosverifica-se a formao de bolhas de ar no interior dos poros - nucleao. Com base nestes factos eassumindo que a rede porosa dos materiais constituda por um labirinto de poros interligados e quenos quais ocorrem variaes de dimetro, os mecanismos de transferncia de humidade so processosbastante complexos e dinmicos.

De modo a facilitar a explicao deste fenmeno est representado na fig. 2.13 um poro tipo tinteiro, queservir de modelo na representao dos mecanismos de adsoro e de desadsoro.

D1

D2

D2> D

1

Fig. 2.13: Modelo de um poro tipo tinteiro.

A lei de Kelvin permite relacionar duas entidades que partida pareceriam distintas: os raios dos poros eo valor da humidade relativa para o qual ocorre a saturao. Com efeito, a equao que a traduz (eq. 2.12)relaciona a humidade relativa para a qual ocorre saturao com as caractersticas do menisco existente,definido em termos da sua curvatura e das caractersticas do fluido e das superfcies. Nessa equao HRrepresenta a humidade relativa, wa massa volmica da gua, a tenso superficial do fluido, o ngulode contacto (que para a gua assumido como zero), r o raio mdio do poro, R a constante dos gases eT a temperatura absoluta.

HR= e 2cos

rwRT

(2.12)

Aps anlise da eq. 2.12 verifica-se que o valor de HR para a qual ocorre condensao no poro tantomenor quanto menor o valor do raio do poro. Deste modo o processo de adsoro pode ser representadode acordo com a fig. 2.14, na qual se pode constatar que a formao de meniscos ocorre inicialmente nazona do poro com menor raio (zona D1 da fig. 2.13).

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95% Humidade

Relativa

12% 50%

Fig. 2.14: Processo de adsoro num poro do tipo tinteiro.

Como se pode observar na fig. 2.14, para HR superior a 50% - fase de condensao capilar - d-se aformao de meniscos nas duas zonas mais estreitas do poro.

A formao do menisco na zonaD2ocorre quando a ascenso de gua na regioD1atinge a zona cujodimetro do poro iguala o dimetro da zonaD2(fig. 2.15).

D2

D1

D2

Fig. 2.15: Processo de formao de menisco na zonaD2.

Relacionando a equao de Kelvin (eq. 2.12) com a eq. 2.7 chega-se concluso que a presso sobreum menisco com uma dada curvatura tanto menor (comparativamente com a presso de saturao temperatura existente) quanto menor for o raio do poro onde o menisco ocorra.

P=P,Sat e

2cosrwRT

(2.13)

Deste modo, com base na fig. 2.15 e sabendo que os raios dos meniscos formados so iguais, as pressesdadas pela eq. 2.13 sero tambm iguais e, assim, o equilbrio das duas massas de gua ocorrer pordifuso de gua lquida at a total saturao do poro.

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2.1. Ar hmido

O processo de desadsoro ocorre de modo idntico ao de adsoro. Contudo, apresenta algumasdiferenas importantes a seguir explicitadas.

A suco, S, num dado poro dada pela eq. 2.14. Por esta equao, verifica-se que o fenmeno de suco tanto maior quanto menor for o raio do poro,

S=2cos

r (2.14)

Este processo est representado na figura 2.16 e pode ser constatado o facto de que de modo a se poderestabelecer um equilbrio fsico, a massa de gua mobilizada pela suco gerada pela fora F1 maiordo que a massa movida pela fora F2.

F1 F2

D1

D2

Fig. 2.16: Equilibrio de massas de gua no interior de um poro.

Assumindo que a certa altura os meniscos se encontram fisicamente separados, o nico meio de

transferncia de humidade por difuso de vapor, e assim o mecanismo de desadsoro pode serrepresentado pela fig. 2.17.

Humidade

Relativa

Fig. 2.17: Fases do processo de desadsoro de um poro.

De acordo com a eq. 2.13, a presso sobre o menisco do poro de menor raio (D1) inferior pressogerada sobre o menisco da zona D2, logo, por equilbrio fsico, a difuso de vapor ocorre da zonaD2 para a zona D1 (fig. 2.18). Esta troca de vapor de gua entre meniscos do mesmo poro, durantea fase de desadsoro, pode justificar o fenmeno histertico que ocorre entre os processos de adsoroe desadsoro.

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Fig. 2.18: Trocas gasosas entre meniscos do mesmo poro.

2.2 Influncia do teor de humidade no conforto dos edifcios

2.2.1 Salubridade

Problemas causados pela qualidade do ar interior dos edifcios so reconhecidos como factores de risco

para a sade dos utilizadores. A qualidade do ar interior toma particular importncia na medida emque, as pessoas passam grande parte das suas vidas no interior de edifcios. Em casa, lares, hospitais aqualidade do ar afecta grupos populacionais que apresentam maiores vulnerabilidades [25]. Este factoest directamente ligado com o teor de gua dos materiais, na medida em que os materiais sujeitos anveis altos de humidade durante longos perodos de tempo, tm tendncia formao de colnias demicroorganismos, tais como fungos e bactrias.

Na figura 2.19 ilustra-se a relao entre a humidade relativa e a germinao e proliferao de fungos.

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2.3. Condutibilidade trmica

Temperatura (C)

HumidadeRelativa[%]

HumidadeRelativa[%]

Spore germination Mycelial growth

Modelogenricopara

materiaisporosos

Fig. 2.19: Relao entre a HR e a germinao e proliferao de fungos (adaptada de [40])

Este aparecimento e consequente proliferao de microorganismos poder levar ao "sndrome doedifcio doente", termo utilizado na literatura que descreve a gama de sintomas, tais como dificuldadesrespiratrias, irritao ocular, irritaes cutneas e alergias, que podem ser despoletadas nos utentes deedifcios afectados [35].

2.3 Condutibilidade trmica

A caracterstica trmica mais importante em materiais de construo a condutibilidade trmica [W/m.K] [5]. uma caracterstica prpria de cada material, que traduz a forma como o material se deixaatravessar pelo calor, podendo, ainda, ser definida como a quantidade de calor que atravessa a unidadede espessura do material, por unidade de rea, por unidade de espessura de material, por unidade dediferena de temperatura [13].

Para materiais secos a condutibilidade trmica apresenta uma relao directa com a porosidade dosmateriais, sendo tanto menor quanto maior o volume de poros na amostra. Analisando um dado materialesta grandeza pode ser relacionada com o respectivo teor de gua sendo os valores de tanto maioresquanto maior o teor de gua. Poder, no entanto, ocorrer que entre materiais diferentes, um com teorde gua superior apresente menor valor de condutibilidade trmica quando comparado com um commenor teor de gua e vice-versa. Este fenmeno pode ser explicado pela presena de um maior oumenor volume de poros fechados nas amostras, sendo que este tipo de porosidade desempenha umpapel essencial num bom comportamento trmico de um dado material. Deve referir-se ainda que adeterminao da condutibilidade trmica dos materiais feita em condies higrotrmicas padronizadasde 50%de humidade relativa e 23 C [13].

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2.4 Porometria

Para materiais aplicados na construo de edifcios as curvas de adsoro/desadsoro sosignificativamente influenciadas pela sua estrutura porosa, devido a esta caracterstica desempenhar umpapel preponderante na capacidade de armazenamento de humidade dos materiais. Torna-se assim deextrema importncia o estudo das caractersticas dos materiais, tais como porometria e morfologia dosporos [19].

Existem vrios mtodos de anlise desta grandeza: medies atravs de tcnicas de adsoro de umgs inerte, nomeadamente o Nitrognio; Termoporometria; Porosimetria por intruso de mercrio(MIP); Nuclear Magnetic Resonance [28], microscopia ptica e microscopia electrnica. Na fig. 2.20apresentam-se os limites de medio de poros utilizados com alguns dos mtodos anteriormentereferidos.

Mtododecaracterizao

Limitesdemedio(m)

0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000

Microscopiaptica

Microscopiaelectrnica

Intrusodemercrio

Adsorodenitrognio

Fig. 2.20: Amplitude de medio de diversos mtodos de porometria [33].

A ressonncia magntica um mtodo menos convencional quando comparado com os restantes, noentanto apresenta como grandes vantagens o facto de no ser destrutivo e de no necessitar que o materialse encontre seco no incio do ensaio. Estas caractersticas possibilitam a elaborao de sucessivas anlisesdo mesmo provete, estudando assim variaes da sua estrutura porosa ao longo do tempo. Outro aspectoque torna a tcnica NMR num mtodo bastante interessante prende-se pelo facto de, atravs de MRI(Magnetic Resonance Imaging) ser possvel a anlise do teor de gua das amostras, sendo o mtodo maisutilizado o SPI (Single Point Imaging) proposto por Emid e Creyghton [6].

2.4.1 Porosimetria por intruso de mercrio

Devido disponibilidade de equipamento adequado optou-se, nesta dissertao, pela utilizao domtodo de porosimetria por intruso de mercrio. A utilizao deste mtodo como forma a obterinformao sobre a estrutura porosa dos materiais, nomeadamente distribuio dos poros, a rea desuperfcie e a massa volmica e porosidade remonta aos anos vinte e foi da autoria de Washburn [43].Este mtodo consiste na injeco de mercrio em materiais secos e registo das presses exercidas, bemcomo do volume de intruso [8].

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2.4. Porometria

Devido s elevadas presses a que as amostras em anlise so sujeitas durante o ensaio, nem todosos materiais podem ser analisados. Como se ver na Seco 3.2.4, os resultados obtidos durante oprocedimento experimental baseiam-se na variao de volume de acordo com as respectivas variaes

de presso, assim, materiais resilientes podero gerar resultados incoerentes.

O princpio experimental baseia-se essencialmente no facto de, para a maioria dos materiais utilizadosna construo, o mercrio apresentar, para a presso atmosfrica, um comportamento de um lquidono molhante. Esta caracterstica traduz-se na configurao adquirida por uma gota em equilbrio nasuperfcie de um dado material, mais concretamente no ngulo de contacto entre a gota e a superfcie (fig2.21).

H20Hg

Fig. 2.21: Caracterstica molhante (H2O) e no molhante (Hg) (adaptada de [31].)

O modo como um determinado lquido em equilbrio actua sobre uma dada superfcie pode serrepresentada pela relao das energias entre diferentes interfaces, dada pela equao de Young (Eq.

2.15):

cos() = SV SL

LV(2.15)

OndeSVrepresenta a energia da superfcie slido-vapor,SL a tenso interfacial slido-lquido eLVatenso interfacial lquido-vapor (fig2.22).

LV

SV

SL

Fig. 2.22: Equilbrio entre uma gota de lquido e a superfcie de um slido (adaptado de [32]).

Deste modo, possvel classificar um lquido como molhante ou no molhante em funo do valor dongulo, considerando-se molhante se< 90o e no molhante se> 90o (fig 2.23).

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Molhacompletamente

NoMolha

ngulo de contacto decrescenteMolhabilidade crescente

Fig. 2.23: Esquema do processo de molhagem de um slido por um lquido (adaptada de [32]).

Quando o mercrio colocado em contacto com uma superfcie sofre repulso pelo facto de apresentarum comportamento no molhante e no penetra nos poros. Para que tal ocorra, deve ser aplicada umafora exterior que supere a sua tenso superficial, dada pela eq. 2.16 onde D o dimetro do poro, P a

presso instaurada:

Fext=D2P

4 (2.16)

Assumindo uma geometria cilndrica para a estrutura porosa, a fora (F) pela qual o mercrio resiste penetrao no poro dada pela eq. 2.17:

F = ..cos() (2.17)

representa a tenso superficial do mercrio, etem o mesmo significado explicado anteriormente.

Quando as duas equaes anteriores atingem o equilbrio, pode escrever-se a equao bsica daporosimetria, a qual permite uma relao directa entre o dimetro do poro e a presso qual o mercrioest sujeito. Obtem-se assim a equao de Washburn (Eq. 2.18).

D= 4..cos()

P (2.18)

Com base nesta equao, no incremento de presso, e nos respectivos valores de volume de intruso,obtem-se uma curva com a distribuio porimtrica da estrutura porosa do material (fig. 2.24).

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2.4. Porometria

Volumedeintruso

Presso

Dimetro dos poros

VM

Fig. 2.24: Curva genrica da intruso de mercrio no porosimetro.

EmqueVMrepresenta o volume mximo de intruso, ou seja, o volume da porosidade aberta do material.Apesar de, como referido anteriormente, neste ensaio se assumir a forma cilndrica de todos os poros, possvel com base na anlise das histereses entre a intruso e extruso do mercrio durante o ensaio,identificar o tipo de morfologia dos poros presentes na amostra (fig 2.25).

V

P

V

P

V

P

V

P

V

P

Poros cilndricos Esferas Rods

Agulhas Placas

(a) Modelos histerticos

P < Pd P = Pd

P > Pd P = Pd

Diminuio da presso

Aumento da presso

(b) Princpio de funcionamento

Fig. 2.25: Interpretao dos modelos histerticos gerados nos ciclos intruso-extruso de mercrio [3].

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Captulo 3

Anlise experimental

3.1 Materiais ensaiados

Os materiais de construo analisados nesta dissertao representam uma parte da extensa gama dosmateriais que normalmente constituem uma parede de um edifcio. A escolha destes materiais recaiuessencialmente nos de maior utilizao em edifcios correntes.

Relativamente aos isolantes, foram estudados quatro tipos:

Placas de poliestirento extrudido - XPS;

Placas rigidas de poliestireno expandido - EPS;

Aglomerado de cortia;

L de origem mineral.

(a) XPS (b) EPS (c) Aglomerado decortia

(d) L mineral

Fig. 3.1: Amostras de materiais utilizados como isolamento

Foram tambm analisados diferentes composies de argamassas, tanto de cimento como bastardas. Ostraos das argamassas estudadas encontram-se descritos na tab. 3.1.

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Captulo 3. Anlise experimental

Tab. 3.1: Composio dos varios tipos de argamaas analisadas.

Vcimento Vcal VH20 Relao[cm3] [cm3] [cm3] a/L

A1 66,7 40 0,6A2 66,7 46,7 0,7A3 66,7 53,3 0,8A4 50 40 0,8A5 50 46,7 0,9A6 50 53,3 1,1A7 40 40 1A8 40 46,7 1,2A9 40 53,3 1,3

A10 33,3 33,3 40 0,6A11 33,3 33,3 46,7 0,7A12 33,3 33,3 53,3 0,8

A13 22,2 44,4 40 0,6A14 22,2 44,4 46,7 0,7A15 22,2 44,4 53,3 0,8A16 16,7 50 40 0,6A17 16,7 50 46,7 0,7A18 16,7 50 53,3 0,8

Por ltimo, de modo a alargar a gama de materiais estudados, foram analisados outros tipos de materiaisutilizados na construo civil, tais como:

Tijolo cermico refractrio; Tijolo cermico furado;

Pedra de origem calcria (Lioz);

Beto celular autoclavado;

Estuque pr-doseado para projeco.

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3.2. Caracterizao dos materiais analisados

(a) Tijolo refractrio (b) Tijolo furado (c) Lioz (d) Beto celularautoclavado

(e) Estuque

Fig. 3.2: Amostras de materiais comuns utilizados na construo

Para cada material foram testadas trs amostras de modo a possibilitar uma anlise mais precisados resultados obtidos. No caso do estuque e das argamassas, um dos provetes apresenta dimenses10102 cm, enquanto que os outros dois tm dimenses iguais 441 cm (fig 3.3(a)). Para osrestantes materiais os provetes tm dimenses variveis; no entanto pelo menos uma das amostrasapresenta no mnimo dimenses 772 cm, sendo que as outras duas amostras so de menor dimenso(fig 3.3(b)). A razo da escolha destas dimenses explicada na Seco 3.2.3.

(a) Argamassa de cimento e estuque (b) Aglomerado de cortia e beto celular

Fig. 3.3: Exemplos representativos das dimenses dos provetes dos materiais analisados

3.2 Caracterizao dos materiais analisados

3.2.1 Massa volmica e porosidade aberta

Os valores da massa volmica e da porosidade aberta podem ser determinados a partir do mesmo ensaio,elaborado tendo como base os procedimentos descritos nas fichas de ensaio Fe 01 [42] e Fe 02 [41],

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os quais esto direccionados para ensaios em pedra natural e artificial. O procedimento destes ensaiosbaseia-se no princpio da saturao por vcuo, que est ilustrado na fig. 3.4.

Fig. 3.4: Equipamento utilizado na determinaao da massa volmica aparente e da porosidade aberta.

Procedimento experimental

O conhecimento da massa volmica e da porosidade aberta implica a determinao dos valores de trstipos de massas: massa seca (m0), massa hidrosttica (m1) e massa saturada (m2).

Inicialmente, os provetes foram colocados numa estufa ventilada a uma temperatura de 60 C duranteum perodo de tempo de no mnimo 48 horas. Seguidamente, de modo a obter m0 pesaram-seindividualmente todos os provetes numa balana de preciso 0,001 e registaram-se os respectivos valores.Seguidamente colocaram-se os provetes num exsicador, previamente ligado a um reservatrio de gua ea uma bomba de vcuo. Para reduzir a presso no interior do exsicador, nas primeiras 24 horas aps aintroduo dos provetes, o exsicador foi vedado enquanto a bomba de vcuo esteve em funcionamentodurante este perodo.

Terminadas as 24 horas, iniciou-se a introduo de gua no exsicador at total imerso dos provetes.Este processo foi feito lentamente e tendo o cuidado de no deixar cair gua directamente sobre os

provetes, de modo a evitar o aprisionamento de bolhas de ar no interior das amostras. Os provetesestiveram nestas condies durante 24 horas.

Aps este perodo, retirou-se a tampa do exsicador, ficando os provetes sujeitos presso atmosfricadurante um perodo de 24 horas. Findo este intervalo, os provetes foram sujeitos a duas pesagens. Aprimeira pesagem foi em imerso, obtendo-se assim a massa hidrosttica, m1, de cada amostra. Apsretirar a gua em excesso dos provetes com auxlio de um pano humedecido, as amostras foram pesadasuma ltima vez, chegando-se ao valor da massa saturada,m2, de cada provete.

Aps a determinao das massas m0, m1e m2, a massa volmica ([Kg/m3]) pode ser calculada atravsda eq. 3.1, dada por:

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=m

V =

m0m2 m1

103 (3.1)

Ondemrepresenta a massa do provete,Vo seu volume total,m0a massa seca,m1a massa hidrostticaem2massa saturada do provete.

Por outro lado, a porosidade aberta (Pab) obtida atravs da expresso 3.2,

Pab= v

V =

m2 m0m2 m1

100 (3.2)

onde v representa o volume de vazios do provete eV,m0,m1em2tm o mesmo significado referidoanteriormente.

3.2.2 Adsoro isotrmica

De acordo com a norma EN ISO 12571 [17] existem dois mtodos para a determinao da curva dearmazenamento de humidade em condies isotrmicas: o mtodo do exsicador e o mtodo da cmaraclimtica. No primeiro a humidade relativa no interior do exsicador controlada atravs da saturao desolues salinas adequadas e no segundo o prprio equipamento que permite o controlo da humidaderelativa e da temperatura no seu interior [30]. Nesta dissertao optou-se pelo mtodo da cmara climticaseguindo a norma ASTM C 1498-04 [1].

Recentemente foram criados equipamentos que determinam a curva de armazenamento de humidadede uma forma bastante mais rpida. Estes equipamentos baseiam-se numa tcnica denominada DVS(Dynamic Vapor Sorption), na qual a amostra sujeita a variaes de humidade relativa e temperaturaatravs de controladores de fluxo de massas, um para o ar seco e outro para ar rico em vapor de gua.Alguns destes equipamentos disponveis no mercado so o VTI-SAda TA Instruments eIGAsorp WaterSorption Analyserda CI Electronics [26].

Nas tcnicas anteriormente descritas, a resposta das amostras sujeitas ao ensaio medidagravimetricamente.

Equipamento utilizado

Na elaborao do ensaio da cmara climtica utilizou-se uma estufa e um exsicador, os quais foramessenciais para a determinao da massa seca das amostras. Posteriormente utilizou-se uma cmaraclimticaFitoclima 300(fig. 3.5), que permitiu a manuteno da humidade relativa no seu interior. Foiainda utilizada uma balana analtica com preciso de 0,001 g que permitiu conhecer as variaes demassa ao longo do ensaio.

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Fig. 3.5: Cmara climtica Fitoclima 300.

Neste ensaio foram utilizadas trs amostras de cada material, uma das quais com dimenses bastantesuperiores s restantes, de modo a possibilitar o ensaio de determinao da condutibilidade trmica.Note-se que todos os provetes respeitam o valor mnimo de 10 g especificado na norma ASTM C 1498-04[1].

Para evitar perda de massa por desgaste durante o manuseamento, os provetes de menores dimensesforam colocados no interior de caixas de Petri, como se pode observar na fig. 3.6.

Fig. 3.6: Amostras de cada um dos materiais utilizados no ensaio de determinao da curva de armazenamento dehumidade.

Note-se que esta medida teve consequncias nos processos de adsoro e desadsoro dos materiais, umavez que diminuiu a superfcie dos provetes de pequenas dimenses em contacto com o ar circundanteno interior da cmara climtica. Assim, estes provetes foram sujeitos a condies distintas quando

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comparados com os de maiores dimenses. Por essa razo optou-se, neste ensaio, por utilizar osresultados fornecidos pelos dois provetes de pequenas dimenses para cada um dos materiais analisados.

Procedimento experimental

A anlise experimental baseou-se na norma ASTM C 1498:04 [1]. Numa fase inicial todos os provetesforam colocados na estufa a 75 C durante 48 horas. Aps este perodo, o conjunto de materiais foicolocado num exsicador com slica em gel de modo a permitir o arrefecimento gradual dos provetessem aumentar o seu teor de gua. Passadas 24 horas efectuou-se a primeira pesagem dos materiais. Esteprocesso foi repetido a cada 24 horas, at que no mnimo trs medies consecutivas apresentassem umerro inferior a 1%. Alcanado este objectivo, o ltimo dos valores medidos foi considerado como a massaseca do material,ms.

Adsoro

Determinada ms, todas as amostras foram colocadas no interior da cmara climtica em condiesisotrmicas, a uma temperatura de 23 C, onde foram sujeitas, por ordem crescente, a seis nveisde valores de humidade relativa: 40%, 60%, 70%, 80%, 90% e 95%. Para cada um dos patamaresde humidade relativa efectuaram-se pesagens intervaladas de 24 horas at ser atingido o equilbrioentre o ambiente artificial humidade relativa definida e as amostras dos materiais. Este equilbrio foideterminado quando aps trs pesagens consecutivas intervaladas de 24 horas, a variao do resultadofosse interior a 1%, sendo que, analogamente ao verificado aquando da determinao da massa seca, foi

efectuado o registo do ltimo dos trs valores, sendo este considerado a massa em equilbrio,mh, para orespectivo valor de humidade relativa.

O teor de gua em equilbrio dado pela eq. 2.8, anteriormente apresentada. Este clculo foi efectuadopara todos os patamares de humidade relativa, possibilitando a construo da curva de adsoroexperimental para cada um dos materiais.

Desadsoro

Concluda a fase de adsoro, os provetes foram submersos em gua durante um perodo de 48

horas. Note-se que este processo de submerso foi efectuado muito lentamente de modo a diminuir oaprisionamento de bolhas de ar no interior dos materiais. No fim deste perodo os provetes foram retiradosda gua, removida a gua em excesso com o auxlio de um pano humedecido e pesados. Definiu-se,assim, o valor mximo da curva de armazenamento de humidade, ou seja, o valor do teor de gua paraa saturao parcial dos provetes. Seguidamente, utilizando os mesmos patamares de humidade relativado processo de adsoro mas de forma decrescente, foram registados os valores de teores de gua emequilbrio para cada amostra, tornando possvel a construo da curva de desadsoro de cada materialestudado.

De modo a diminuir erros experimentais foram tomadas algumas medidas aquando a elaborao doensaio. Na fase de estabilizao dos provetes, o controlo de variao das respectivas massas foi sempre

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efectuado nos provetes de maiores dimenses, na medida em que por terem mais massa, so os que levammais tempo a estabilizar. Este procedimento permitiu a diminuio da variao dos nveis de humidaderelativa aos quais os provetes de menores dimenses estiveram sujeitos, uma vez que estas variaes

tinham como origem apenas a abertura fugaz da porta da cmara climtica.

Outro cuidado tomado durante o ensaio foi a posio com que os provetes foram colocados no interiorda cmara. Tanto no processo de adsoro como no de desadsoro os materiais foram sempre colocadosna mesma posio, pelo que os materiais estiveram sempre sujeitos s mesmas condies higrotrmicas.

3.2.3 Condutibilidade trmica

Os materiais porosos ganham ou perdem massa por adsoro/desadsoro de gua at que o equilbriotrmo-higromtrico com o meio envolvente seja atingido. Para determinar a influncia da humidade na

condutibilidade trmica dos materiais, as amostras foram sujeitas a vrios ambientes com diferentesvalores de humidade relativa, sendo que para estes patamares foram registados os valores decondutibilidade trmica de cada um.

Equipamento utilizado

O equipamento utilizado para a medio da condutibilidade trmica foi o ISOMET 2104 (Heat TransferAnalyser), o qual constituido por um conjunto de sondas que se adaptam a cada material (fig3.7).Estas sondas podem ser divididas em dois grupos: sondas de agulha para materiais fibrosos e sondas de

superfcie para materiais mais resistentes. As especificaes de cada uma das sondas so apresentadas nafig. 3.8.

Fig. 3.7: ISOMET 2104 e sondas utilizadas no ensaio.

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3.2. Caracterizao dos materiais analisados '

Measurement Ranges:

ThermalConductivity

Volume HeatCapacity

Temperature

Needle Probe

API 2104220.015-0.20 W/m.K

4.0x104- 1.5x10

6

Jm-3

K-1 -20C - +70C

Needle ProbeAPI 210402

0.035-0.20 W/m.K 4.0x104- 1.5x106

Jm-3

K-1 -20C - +70C

Needle Probe

API 2104030.20-1.0 W/m.K

1.5x106- 4.0x10

6

Jm-3

K-1

-20C - +70C

Needle Probe

API 2104041.0-2.0 W/m.K

1.5x106- 4.0x10

6

Jm-3

K-1

-20C - +70C

Surface Probe

API 2104110.04-0.30 W/m.K

4.0x104- 1.5x10

6

Jm-3

K-1 -15C - +50C

Surface ProbeAPI 210412

0.30-2.0 W/m.K1.5x10

6- 4.0x10

6

Jm-3

K-1

-15C - +50C

Surface Probe

API 2104132.0-6.0 W/m.K

1.5x106- 4.0x10

6

Jm-3

K-1

-15C - +50C

Accuracy:

Measurement Range Accuracy

0.015-0.050 W/m.K 5 % of reading + 0.003 W m-1

K-1

0.050 0.70 W/m.K 5 % of reading + 0.001 W m-1

K-1

Thermal

Conductivity:

0.70 - 6.0 W/m.K 10 % of reading

Volume Heat

Capacity:

4.0x104- 4.0x10

6

Jm-3

K-1

15 % of reading+1x10

3Jm

-3K

-1

Temperature: -20C - +70 1C

Measurement Reproducibility:

Needle Probe

API 2104223 % of reading + 0.003W m

-1K

-1Thermal

Conductivity:Other probes 3 % of reading + 0.001W m

-1K

-1

Volume Heat Capacity: 3 % of reading + 1x103Jm

-3K

-1

Fig. 3.8: Especificaes tcnicas dos acessrios ISOMET 2104 [18].

Da fig. 3.8 conclui-se que a escolha da sonda no depende apenas da consistncia dos materiais,mas tambm da gama de valores de condutibilidade trmica abrangidos para os diferentes valores dehumidade relativa. Numa fase inicial e de modo a facilitar a escolha para cada um dos materiais,recorreu-se aos valores tabelados no ITE 50 [36]. Estes valores, bem como as sondas utilizadas e osrespectivos erros associados, so apresentados na tab. 3.2.

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Tab. 3.2: Valores desegundo o ITE50 e respectivas sondas utilizadas nos materiais analisados.

Material - ITE 50

Modelo de sonda Preciso[W/m.K]

Pedra Natural 3,5 Surface Probe 10 % of readingAPI 210413

Tijolo furado 0,77 Surface Probe

10 % of readingAPI 210412

Tijolo refractrio 0,92 Surface Probe


Estuque 0,57 Surface Probe 5 % of reading

API 210411 + 0,001 W/m.K

Argamassas [1,3;1,8] Surface Probe


Beto celular [0,16;0,27] Surface Probe 5 % of reading

API 210411 + 0,001 W/m.K

XPS 0,037 Needle Probe 5 % of readingAPI 210402 + 0,003 W/m.K

EPS 0,037 Needle Probe 5 % of reading

API 210402 + 0,003 W/m.K

Aglomerado de Cortia 0,045 Needle Probe 5 % of reading

API 210402 + 0,003 W/m.K

L de rocha 0,04 Needle Probe 5 % of reading

API 210402 + 0,003 W/m.K

As medies do ISOMET 2104 bas

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