mediÇÃo do teor de humidade em materiais de...

MEDIO DO TEOR DE HUMIDADE EM MATERIAIS DE CONSTRUO

PATRCIA NOGUEIRA DE CARVALHO

Dissertao submetida para satisfao parcial dos requisitos do grau de

MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL ESPECIALIZAO EM CONSTRUES

Orientador: Professor Doutor Vasco Manuel Arajo Peixoto de Freitas

JULHO DE 2010

MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2009/2010

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

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Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2010.

As opinies e informaes includas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respectivo Autor, no podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relao a erros ou omisses que possam existir.

Este documento foi produzido a partir de verso electrnica fornecida pelo respectivo Autor.

Medio do teor de humidade em materiais de construo

minha Famlia e Amigos


i

AGRADECIMENTOS

Ao Professor Vasco Freitas por todo apoio, ateno e simpatia com que sempre me recebeu.

Ao Engenheiro Pedro Pereira agradeo a sua simpatia, disponibilidade e pela ajuda que me forneceu no laboratrio.

Aos meus pais pela slida formao que me ofereceram e pelo apoio, encorajamento que sempre me deram.

minha famlia e ao Andr obrigada pelo apoio, conselhos e incentivos e por estarem sempre do meu lado.


iii

RESUMO

A humidade uma das principais causas de patologias em edifcios. Neste trabalho pretende-se sensibilizar os intervenientes da construo para a importncia do teor de humidade de materiais de construo e para a sua determinao experimental.

O teor de humidade um parmetro importante para a engenharia civil, requer cuidados em projecto, na execuo e no controlo de qualidade. A sua especificao em projecto e o seu controlo na execuo so decisivos, pelo que necessrio o conhecimento das propriedades fsicas e higrotrmicas dos materiais de construo, de forma a evitar a sua degradao precoce. No admissvel que os actores da construo continuem a usar materiais dos quais desconhecem as propriedades.

Apresentam-se as diferentes formas de expresso do teor de humidade, bem como as definies dos diferentes nveis de teor de humidade que um material pode atingir. Elaborou-se um quadro com as propriedades dos materiais de construo correntes (valores de referncia), baseadas nas escassas referncias bibliogrficas disponveis, o que demonstra claramente a necessidade de investigao nesta rea. Estabeleceu-se a ligao entre o teor de humidade e a simulao numrica, pois os programas de clculo automtico so ferramentas essenciais para a investigao de novos materiais, ou simplesmente para simular o comportamento dos materiais face a diferentes solicitaes.

Na parte principal deste trabalho apresentam-se onze tcnicas de ensaio para a determinao do teor de humidade, cada uma com as suas vantagens e inconvenientes. Apresenta-se o princpio de medio (fsica), o equipamento experimental e a sua calibrao, bem como o procedimento de ensaio e os erros de medio associados. Salienta-se que a maioria dos equipamentos apresentados no est disponvel no Laboratrio de Fsica das Construo da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (LFC - FEUP) e so pouco conhecidos em Portugal. Assim sendo, o trabalho desenvolvido procura melhorar os conhecimentos ligados determinao experimental do teor de humidade. Reala-se que a escolha da tcnica adequada, depende do material/ elemento a analisar e da preciso pretendida.

Tendo em conta a necessidade crescente de utilizao de equipamentos de medio do teor de humidade, prope-se um modelo de fichas de ensaio para poderem ser aplicadas em obra ou em laboratrio, que explicam de forma sucinta como realizar o ensaio, quais os equipamentos necessrios e como interpretar os resultados obtidos. As fichas esto organizadas e redigidas de modo a que qualquer utilizador, independentemente do nvel de formao, interpreta a informao disponibilizada.

Finalmente, com alguns dos equipamentos de medio disponveis no LFC realizou-se um ensaio muito simples com provetes de pedra calcria, que permitiram a familiarizao com os aparelhos e com as dificuldades de medio e manuseamento que estes envolvem, bem como a interpretao dos resultados obtidos.

PALAVRAS-CHAVE: Tcnicas experimentais, Teor de humidade.


v

ABSTRACT

The humidity is one of the main causes of pathologies in buildings. This work aims to raise awareness among stakeholders of the construction for the importance of moisture content of building materials and for its experimental determination.

The moisture content is an important parameter for civil engineering, requires care in project, implementation and quality control. Its specification in project and its control in the execution are decisive, it is necessary to know the physical and hygrothermal properties of building materials in order to prevent their premature degradation. It is unacceptable that actors involved in construction continue to use materials which properties are unknown.

The different forms of expressing moisture content are presented, as well as definitions of different levels of moisture content that a building material can achieved. It was created a table with properties of current building materials (reference values), based on existing bibliographies that reveal themselves scarce, which clearly demonstrated the need for research in this area. It was established the link between the moisture content and numerical simulation, because the automatic calculation programs are essential tools for research on new materials, or simply to simulate the behavior of materials against different requests.

The main part of this study presents eleven experimental techniques for the determination of moisture content, each with its advantages and disadvantages. Here is presented the measurement principle (physics), the experimental equipment and its calibration, as well as the experimental procedure and measurement error associated. It is noted that most of the presented equipment is not available at the Laboratory of Building Physics (LFC) FEUP- Engineering Faculty of Oportos University- and are little known in Portugal. Thus, the work seeks to improve knowledge related to the experimental determination of moisture content. It is emphasized that the choice of appropriate technique depends on the material to be analyzed and the accuracy desired.

Having in account the increasing need for the use of equipment for measuring the moisture content, a model for experimental sheets is proposed, which can be applied at work or at laboratory, explaining briefly how to perform the experiment, including the necessary equipment and how to interpret the results. The sheets are organized and written so that any user, regardless of the level of formation, can use the technique described in it.

Finally, with some measuring equipment available at the LFC was performed a very simple experiment with limestone samples, which allowed familiarization with the equipment and the difficulty of measuring and handling that these involve, as well as the interpretation of results.

Keywords: Experimental techniques, Moisture content.


vii

NDICE GERAL

AGRADECIMENTOS ................................................................................................................... i

RESUMO ................................................................................................................................. iii

ABSTRACT .............................................................................................................................. v

1. INTRODUO ...................................................................................................... 1 1.1. ENQUADRAMENTO ............................................................................................................ 1

1.2. INTERESSE E OBJECTIVOS DO TRABALHO ........................................................................... 3

1.3. ORGANIZAO E ESTRUTURAO DO TEXTO ...................................................................... 4

2. VALORES DE REFERNCIA DO TEOR DE HUMIDADE ........ 5 2.1. CONSIDERAES INICIAIS ............................................................................................................... 5

2.2. DEFINIES E TERMINOLOGIA ........................................................................................................ 5

2.2.1. TEOR DE HUMIDADE .......................................................................................................................... 5

2.2.2. GRAU DE SATURAO ....................................................................................................................... 6

2.2.3. TEOR DE HUMIDADE IGUAL A ZERO ..................................................................................................... 6

2.2.4. TEOR DE HUMIDADE HIGROSCPICO ................................................................................................... 7

2.2.5. TEOR DE HUMIDADE CRTICO ............................................................................................................. 9

2.2.6. TEOR DE HUMIDADE CAPILAR ............................................................................................................. 9

2.2.7. TEOR DE HUMIDADE DE SATURAO ................................................................................................. 10

2.2.8. TEOR DE HUMIDADE MXIMO ............................................................................................................ 10

2.3. TEOR DE HUMIDADE E SIMULAO NUMRICA............................................................................. 11

2.4. VALORES DE REFERNCIA PARA MATERIAIS USADOS NA CONSTRUO ................................... 13

2.5. SNTESE .......................................................................................................................................... 15

3. MEDIO DO TEOR DE HUMIDADE - TCNICAS EXPERIMENTAIS ................................................................................................................ 17 3.1. DIFERENTES TCNICAS DE MEDIO ............................................................................................ 17

3.2. MTODO GRAVIMTRICO ............................................................................................................... 18

3.2.1. PRINCPIO DE MEDIO ................................................................................................................... 18

3.2.2. EQUIPAMENTO EXPERIMENTAL ......................................................................................................... 19

3.2.2.1. Calibrao do equipamento ...................................................................................................... 20


viii

3.2.3. PROCEDIMENTO DE ENSAIO ............................................................................................................ 20

3.2.3.1. Erros de medio...................................................................................................................... 21

3.3. CARBONETO DE CLCIO ............................................................................................................... 21


3.3.2. EQUIPAMENTO EXPERIMENTAL ........................................................................................................ 21



3.3.3.1. Erros de medio...................................................................................................................... 24

3.4. RESISTNCIA ELCTRICA ............................................................................................................. 24





3.4.3.1. Erros de medio...................................................................................................................... 26

3.5. CONSTANTE DIELCTRICA ............................................................................................................ 26





3.5.3.1. Erros de medio...................................................................................................................... 28

3.6. MICROONDAS ................................................................................................................................ 28





3.6.3.1. Erros de medio...................................................................................................................... 32

3.7. TDR ............................................................................................................................................... 32





3.2.3.1. Erros de medio...................................................................................................................... 35

3.8. ATENUAO DE RAIOS GAMA ....................................................................................................... 35


ix




3.8.3. PROCEDIMENTO DE ENSAIO ............................................................................................................. 38

3.8.3.1. Erros de medio ...................................................................................................................... 38

3.9. NMR ............................................................................................................................................... 39




3.9.3. PROCEDIMENTO DE ENSAIO ............................................................................................................. 42

3.9.3.1. Erros de medio ...................................................................................................................... 42

3.10. OUTROS ..................................................................................................................................... 42

3.10.1. TERMOGRAFIA .............................................................................................................................. 42

3.10.2. RADIOACTIVIDADE ......................................................................................................................... 44

3.10.3. VARIAO DA IMPEDNCIA DUM SEMICONDUTOR ............................................................................. 46

3.11. NOTAS FINAIS .............................................................................................................................. 47

4. VANTAGENS E INCONVENIENTES DAS DIFERENTES TCNICAS DE MEDIO DO TEOR DE HUMIDADE ..................... 49 4.1. INTRODUO .................................................................................................................................. 49

4.2. AVALIAO DAS POTENCIALIDADES ............................................................................................ 49

4.3. SNTESE .......................................................................................................................................... 54

5. CATLOGO DE FICHAS DE ENSAIO ...................................................... 57 5.1. INTRODUO .................................................................................................................................. 57

5.2. ORGANIZAO DAS FICHAS DE ENSAIO ....................................................................................... 57

6. APLICAO DAS TCNICAS EXPERIMENTAIS ......................... 63 6.1. INTRODUO .................................................................................................................................. 63

6.2. MEDIO DO TEOR DE HUMIDADE DA PEDRA CALCRIA ............................................................. 63

6.2.1. CARACTERIZAO GEOMTRICA DOS PROVETES ............................................................................... 63

6.2.2. MEDIO DO TEOR DE HUMIDADE ..................................................................................................... 64

6.2.2.1. Mtodo gravimtrico .................................................................................................................. 64


x

6.2.2.2. Mtodo baseado na resistncia elctrica - PROTIMETER ...................................................... 67

6.2.2.3. Mtodo baseado na constante dielctrica HUMIDMETRO .................................................. 69

6.2.3. APRECIAO DOS RESULTADOS ...................................................................................................... 72

7. CONCLUSES ................................................................................................................ 73 7.1. CONSIDERAES FINAIS............................................................................................................... 73

7.2. DESENVOLVIMENTOS FUTUROS ................................................................................................... 74

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .................................................................. 75


xi

NDICE DE FIGURAS

Fig.2.1 Nveis de teor de humidade em kg/kg [12]................................................................................ 7

Fig.2.2 Curva higroscpica [14]............................................................................................................. 8

Fig.2.3 Curva higroscpica de adsoro ............................................................................................. 10

Fig.2.4 Nveis de teor de humidade do programa de simulao (kg/m3) [21] ..................................... 11

Fig.2.5 Tabela com dados para traado de curva higroscpica [21] .................................................. 12

Fig.3.1 Balana de preciso -LFC ....................................................................................................... 19

Fig.3.2 Estufa ventilada -LFC .............................................................................................................. 20

Fig.3.3 Equipamento de ensaio da ROMUS [30] ................................................................................ 22

Fig.3.4 Tabela de converso para uma temperatura ambiente de 20C (kg/kg) [30] ......................... 23

Fig.3.5 Equipamento baseado na resistncia elctrica -LFC ............................................................. 25

Fig.3.6 Exemplo de aplicao do equipamento baseado na resistncia elctrica para medio do teor de humidade em rodaps ............................................................................................................... 26

Fig.3.7 Equipamento baseado na constante dielctrica da DOSER [39] ........................................... 27

Fig.3.8 Aplicao do equipamento [40] ............................................................................................... 28

Fig.3.9 Reflexo, absoro, transmisso e disperso de ondas electromagnticas [55] ................... 29

Fig.3.10 Equipamento baseado no mtodo de microondas (MOIST 200) [43] .................................. 30

Fig.3.11 Mapeamento dos valores recolhidos atravs do equipamento de microondas [43] ............. 30

Fig.3.12 Curva de calibrao para a madeira (kg/kg) [46] .................................................................. 31

Fig.3.13 Comparao das medies efectuadas com microondas e o mtodo gravimtrico (m3/m3) [27] ......................................................................................................................................................... 32

Fig.3.14 Equipamento TDR para medio do teor de humidade da CAMPBELL SCIENTIFIC [52] .. 33

Fig.3.15 Equipamento TDR para medio do teor de humidade e sondas [55] ................................. 34

Fig.3.16 Comparao das medies efectuadas com o TDR e mtodo gravimtrico para o tijolo [56]34

Fig.3.17 a) Detector e proteco com colimador. b) Proteco e colimador da fonte radioactiva [14]36

Fig.3.18 Unidade electrnica [14] ....................................................................................................... 37

Fig.3.19 Estrutura metlica de suporte .............................................................................................. 37

Fig.3.20 Perfis hdricos de embebio do beto celular obtidos com uma fonte radioactiva de Americium [14]........................................................................................................................................ 38

Fig.3.21 Descrio esquemtica do princpio fsico da NMR [62] ...................................................... 39

Fig.3.22 Esquema de funcionamento do equipamento porttil NMR [62] .......................................... 40

Fig.3.23 Equipamento NMR de laboratrio [64] .................................................................................. 40

Fig.3.24 Equipamento NMR porttil desenvolvido na IZFP [65] ......................................................... 41


xii

Fig.3.25 Teor de humidade do beto leve obtido atravs de NMR; calibrao atravs do mtodo gravimtrico [65] .................................................................................................................................... 41

Fig.3.26 Medio do perfil do teor de humidade num pilar em beto leve. O diagrama esquerda ilustra o resultado da medio no local (linha vermelha), bem como os perfis de humidade (linha preta) e os valores do teor de humidade integral (linha recta) de laboratrio [65]................................ 42

Fig.3.27 Equipamento para termografia (unidade de deteco) LFC [66] ...................................... 43

Fig.3.28 Equipamento para termografia (unidade de controlo) LFC [66] ........................................ 43

Fig.3.29 Monitor - LFC [66] ................................................................................................................. 44

Fig.3.30 Mancha de gua no provete do ensaio detectada visualmente e na imagem trmica [66] . 44

Fig.3.31 Equipamento baseado na radioactividade [67] .................................................................... 45

Fig.3.32 Equipamento baseado na radioactividade para determinao do teor de humidade: a) transmisso indirecta; b) transmisso directa [68] ................................................................................ 45

Fig.3.33 Imagem da cobertura plana esquerda, mapeamento com identificao das zonas hmidas direita [67] ............................................................................................................................ 46

Fig.3.34 Equipamento baseado na variao da impedncia dum semicondutor da SCANNTRONIK [70,71] .................................................................................................................................................... 47

Fig.6.1 Curva higroscpica da pedra calcria [16] ............................................................................. 65

Fig.6.2 Imerso do provete de pedra calcria .................................................................................... 65

Fig.6.3 Teores de humidade em kg/kg ............................................................................................... 66

Fig.6.4 Provetes embrulhados ............................................................................................................ 66

Fig.6.5 Protimeter e acessrios - LFC ................................................................................................ 67

Fig.6.6 Dispositivo para verificao de calibrao ............................................................................. 68

Fig.6.7 Tabela de calibrao fornecida com o equipamento ............................................................. 68

Fig.6.8 Curva de calibrao da pedra calcria em kg/kg ................................................................... 69

Fig.6.9 Humidmetro ........................................................................................................................... 70

Fig.6.10 Curva de calibrao do beto (retirada do manual de instrues do equipamento) ........... 71

Fig.6.11 Curva de calibrao da pedra calcria em kg/kg ................................................................. 72


xiii

NDICE DE QUADROS

Quadro 2.1. Teor de humidade de equilbrio da madeira para a temperatura T [7] ............................. 9

Quadro 2.2 Valores do teor de humidade ........................................................................................... 13

Quadro 3.1 Mtodos para determinao do teor de humidade .......................................................... 18

Quadro 4.1 Principais vantagens e inconvenientes dos mtodos de ensaio ..................................... 50

Quadro 4.2 Material que pode ser analisado com o mtodo .............................................................. 54

Quadro 6.1 Caracterizao dos provetes ensaiados .......................................................................... 64

Quadro 6.2 Teores de humidade ........................................................................................................ 67

Quadro 6.3 Cdigo de cores .............................................................................................................. 68

Quadro 6.4 Resultados obtidos atravs do Protimeter ....................................................................... 69


xiv


xv

SMBOLOS E ABREVIATURAS

b factor de aproximao

d espessura do material [m]

I Intensidade de radiao recebida [contagens/s]

I0* - Intensidade de radiao recebida do provete seco [contagens/s]

mh massa da amostra hmido [kg]

ms massa da amostra seca [kg]

mv massa da cpsula de vidro [kg]

S grau de saturao

u teor de humidade ponderal [kg/m3]

V volume da amostra seca [m3]

w teor de humidade ponderal [kg/kg]

wcr, ucr, cr teor de humidade critico [kg/kg, kg/m3, m3/m3]

wcap, ucap, cap teor de humidade capilar [kg/kg, kg/m3, m3/m3]

wh, uh, h teor de humidade higroscpico [kg/kg, kg/m3, m3/m3]

wmax, umax, max teor de humidade mximo [kg/kg, kg/m3, m3/m3]

wsat, usat, sat teor de humidade de saturao [kg/kg]

u80 teor de humidade de equilbrio para uma humidade relativa de 80% [kg/m3]

constante dielctrica

w coeficiente de atenuao da gua [m2/kg]

- teor de humidade volmico [m3/m3]

0 densidade da amostra seca [kg/m3]

w densidade da gua [kg/m3]

FEUP Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

HR Humidade relativa

LFC Laboratrio de Fsica das Construes

LNEC Laboratrio Nacional de Engenharia Civil


xvi


1

1 INTRODUO

1.1. ENQUADRAMENTO

Sobre formas distintas e atravs de mecanismos diferentes, a gua, considerada uma das maiores causas de degradao precoce dos materiais de construo. Em elementos ou materiais de construo, a humidade pode ter diversas origens, ou seja, humidade de precipitao, de condensao, do terreno (ascensional), de construo, devida a fenmenos de higroscopicidade e humidade devido a causas fortuitas. Muitas patologias esto ligadas humidade, por exemplo, a deteriorao estrutural, variaes dimensionais, a alterao das condies de conforto e de habitabilidade, como tambm a perda de revestimentos, diminuio da resistncia mecnica e aumento da condutibilidade trmica. So ainda a causa de degradao da qualidade do ar interior de edifcios, e consequentemente, provoca efeitos negativos na sade dos utentes. Resumidamente, a presena de humidade, modifica consideravelmente as propriedades fsicas, mecnicas e trmicas dos materiais de construo e ainda afecta a durabilidade dos mesmos.

Quais as razes porque se deve medir o teor de humidade? A aplicao de uma pintura, verniz ou parquet sobre um suporte hmido, leva a anomalias graves tais como: destacamento do revestimento aplicado, deformaes e empolamento. Alm disso, a humidade favorece o desenvolvimento de microrganismos. Segundo a norma CEN/TC89 N338E [1], a necessidade de determinao do teor de humidade de materiais de construo pode ter diferentes objectivos:

Analisar o comportamento do material face humidade; Caracterizar o estado do material; Necessidade de comparar o teor de humidade actual com um teor crtico ou seguro, ou

ainda para ter acesso distribuio do teor de humidade.

Os mtodos de ensaio para determinao do teor de humidade, so de grande interesse e desempenham um papel fundamental na engenharia civil, pois as propriedades finais dos materiais so afectadas, particularmente, pelas condies de temperatura e de humidade. Assim sendo, o estudo de materiais e elementos de construo reveste-se de grande importncia para a caracterizao do seu desempenho e qualidade.

Hoje em dia, constata-se uma preocupao crescente com a qualidade da envolvente dos edifcios, embora o produto final nem sempre apresenta um comportamento adequado. As patologias associadas humidade devem-se principalmente aos seguintes factores:

Falta de compatibilizao das exigncias; Falta ou inadequada pormenorizao construtiva; Ausncia de dimensionamento das solues do ponto de vista da fsica das construes.


2

Quando um material/ componente apresenta anomalias ligadas humidade interessa conhecer qual a zona afectada e qual o teor de humidade presente? A abordagem s tcnicas de medio do teor de humidade tem crescido nos ltimos anos, devido ao aumento das patologias nas construes. Para uma avaliao e um diagnstico completo, a medio do teor de humidade incontornvel, visto que uma proposta de reparao/ reabilitao apenas possvel aps um correcto diagnstico. A execuo de intervenes de recuperao sem prvio diagnstico da situao e sem um projecto de recuperao suficientemente pormenorizado leva, na maioria dos casos, ao insucesso.

essencial que os projectistas tenham em conta o teor de humidade aquando do dimensionamento de um edifcio. A fsica das construes lida com diversos critrios, por um lado os requisitos para o conforto humano e a sade, por outro, factores econmicos e ecolgicos, e ainda as caractersticas/ propriedades dos materiais. Assim sendo os objectivos dos projectistas devem ser os seguintes [2]:

Evitar deteriorao prematura dos edifcios; Criar condies desejveis para o ar interior/ conforto; Proporcionar economia na utilizao da energia e materiais.

possvel evitar a deteriorao dos materiais de construo, se estes forem escolhidos de modo a dar resposta s solicitaes previstas.

O projectista deve propor solues para evitar condensaes superficiais e/ou internas, deve controlar a entrada de gua por infiltraes, e ainda proteger as fundaes e paredes enterradas da humidade do solo, garantindo condies de conforto e habitabilidade.

fundamental que o projecto de execuo seja claro e que no suscite dvidas em termos de interpretao, considerando as exigncias funcionais e regulamentares. O caderno de encargos faz parte das peas escritas do projecto, e contm as condies tcnicas gerais e especficas onde deve constar toda informao necessria execuo do projecto. Resumidamente, o caderno de encargos especfica os materiais de construo a usar e como deve ser controlada a sua recepo e aplicao. O autor do projecto especificar neste documento quais os ensaios que devero ser realizados, bem como as regras para apreciao dos resultados dos mesmos [3].

Quanto execuo, fundamental que cada actor tenha conhecimento dos trabalhos a realizar, ou seja ter acesso ao projecto, no apenas s peas desenhadas, mas tambm s peas escritas, que muitas vezes no so tidas em considerao. A m execuo corresponde a 25% [4] da origem de patologias, isto deve-se inexperincia dos operrios qualificados e consequente m aplicao dos materiais e ao desconhecimento das propriedades dos materiais de construo.

Resumidamente, as empresas esto mais preocupadas com aspectos de prazos e custos, a subcontratao tem vindo a crescer com reflexo na reduo da qualidade das obras e, por ltimo, h falta de formao de muitos intervenientes na construo.

Mencionou-se o projecto e a execuo, mas tal no suficiente para garantir a qualidade da construo. Os fabricantes de materiais tambm so actores importantes da construo civil, pois sem materiais no possvel executar os projectos. Os fabricantes de materiais de construo devem fornecer todo tipo de propriedades que o material possui, permitindo aos projectistas escolher de modo mais fundamentado os materiais a usar na execuo do projecto.

Os projectistas e as empresas de construo devem exigir a publicao das propriedades dos materiais, pois no possvel continuar a aplicar materiais dos quais se desconhecem as propriedades. Muitas patologias esto associadas aos prprios materiais. Os erros inerentes ao comportamento dos materiais so resultado [5]:


3

Da no realizao de estudos do comportamento dos materiais antes da comercializao; Da insuficiente certificao dos materiais ou componentes no tradicionais; Do no investimento no desenvolvimento tecnolgico.

O estudo dos materiais de construo reveste-se de enorme relevncia, pois da sua boa ou m qualidade depender a solidez, a durao e a estabilidade duma obra [7]. No entanto, na maioria dos casos, aquando da escolha dos materiais prevalece o preo em detrimento da qualidade.

Para promover o conhecimento das caractersticas dos materiais devia-se utilizar os laboratrios existentes, de forma a permitir a avaliao experimental das caractersticas dos materiais, principalmente para as exigncias que muitas vezes so esquecidas ou postas em segundo plano, como o caso do comportamento trmico, estanquidade gua, etc..

essencial que o responsvel pela fiscalizao de obra conhea os meios disponveis para a determinao do teor de humidade, como os utilizar, quais os cuidados a ter e como interpretar os resultados.

Em suma, atravs da medio do teor de humidade possvel acompanhar o processo de secagem/humidificao de um elemento ou material de construo, ou simplesmente avaliar o seu teor de humidade. Dispe-se de ensaios destrutivos e ensaios no intrusivos, estes ltimos so considerados mais vantajosos pelo facto de serem no destrutivos, de rpida aplicao e geralmente permitem a obteno de resultados imediatos. Os ensaios podem ser de grande relevncia para a avaliao de patologias e um correcto diagnstico, sem o qual o sucesso das mediadas de reparao podem ficar comprometidas. Em obra necessrio acompanhar o processo de secagem de um elemento para posterior revestimento do mesmo. A dificuldade est em conhecer o momento em que o material apresenta o teor de humidade adequado para aplicao dum revestimento. Para tal, deve-se recorrer a valores de referncia que so abordados neste trabalho. Esta informao dever estar contida no caderno de encargos.

1.2. INTERESSE E OBJECTIVOS DO TRABALHO

Em primeiro lugar pretende-se familiarizar os actores da construo com as definies e conceitos relacionados com o teor de humidade, e com as formas de expresso do mesmo. Realando a importncia da existncia de valores de referncia do teor de humidade.

Existe muita informao dispersa sobre a humidade em edifcios e a determinao do seu teor de humidade atravs de mtodos mais comuns, nomeadamente, mtodos baseados na resistncia elctrica e constante dielctrica. No entanto, verifica-se a existncia de outras tcnicas experimentais pouco conhecidas em Portugal, que so adequadas para a medio do teor de humidade. de grande interesse que os actores da construo, disponham de um documento que lhes fornea valores de referncia para o teor de humidade e tambm lhes d a conhecer uma vasta gama de mtodos para a determinao do mesmo. Ou seja, o objectivo deste trabalho promover uma eficaz utilizao dos equipamentos disponveis para a medio do teor de humidade. Considera-se essencial elaborar um catlogo de fichas de ensaio, onde ser explicado, de forma simples, como executar o ensaio e interpretar os resultados. O conhecimento das tcnicas experimentais existentes para a determinao do teor de humidade, bem como saber utiliza-las e interpretar os resultados obtidos, fundamental para a engenharia civil.

Finalmente, recorrendo aos equipamentos de ensaio disponveis no LFC, pretende-se aplicar algumas das tcnicas de ensaio apresentadas e assim, tomar conhecimento das dificuldades que esto associadas determinao do teor de humidade atravs de mtodos experimentais.


4

1.3. ORGANIZAO E ESTRUTURAO DO TEXTO

A presente dissertao est subdividida em cinco partes:

O captulo 2 caracteriza valores de referncia do teor de humidade. Define-se em primeiro lugar os diferentes nveis de teor de humidade que um material pode atingir e apresenta-se um quadro com valores de referncia para materiais usados na construo civil. Menciona-se ainda de forma sucinta a importncia da simulao numrica para o estudo do comportamento higrotrmico dos materiais e componentes de construo. Os programas de clculo automtico constituem um instrumento fundamental para simular o comportamento humidade de um material em funo das condies climticas interiores e exteriores.

A segunda parte (captulo 3) deste trabalho apresenta vrias tcnicas experimentais, destrutivas e no destrutivas, para a determinao do teor de humidade. Descreve-se cada um dos mtodos, indica-se qual o equipamento necessrio e a sua calibrao, e tambm se explica o procedimento de ensaio e os erros associados.

No captulo 4, refere-se s vantagens e inconvenientes dos mtodos apresentados no captulo anterior.

No captulo 5 prope-se um catlogo de fichas de ensaios, organizadas de forma simples. Estas explicam resumidamente os ensaios, enumeram os equipamentos necessrios e como interpretar os resultados obtidos, o que permite, a quem tiver o equipamento de ensaio disponvel, executar o ensaio sem grande dificuldade.

Na ltima parte do trabalho (captulo 6) apresenta-se a parte experimental, ou seja, o contacto com os equipamentos disponveis no LFC. Descreve-se de forma sucinta os equipamentos e como os utilizar. Procede-se realizao de um ensaio que envolve os equipamentos apresentados, e a interpretao dos resultados obtidos.


5

2 VALORES DE REFERNCIA DO

TEOR DE HUMIDADE

2.1. CONSIDERAES INICIAIS

Considera-se essencial definir a terminologia usada neste trabalho, nomeadamente explicar todos os termos que sero nele mencionado, para melhor perceber o significado dos diferentes nveis do teor de humidade, bem como as formas de expresso do teor de humidade. Apresenta-se tambm um quadro com os valores de referncia do teor de humidade correntemente usados em engenharia civil.

2.2. DEFINIES E TERMINOLOGIA

2.2.1.TEOR DE HUMIDADE

O teor de humidade tem as seguintes formas de expresso (segundo a norma ISO 9346 [8], excepto simbologia):

Relao entre a massa de gua contida no material e a massa do material no estado seco, designada pelo smbolo w e expressa-se em kg/kg;

Relao entre a massa de gua contida no material e o volume da amostra seca, designada pelo smbolo u e expressa-se em kg/m3;

Relao entre o volume de gua contida no material e o volume aparente do material no estado seco. Designa-se pelo smbolo e expressa-se em m3/m3 [9].

O primeiro caso, teor de humidade ponderal, calculado atravs da expresso (2.1.).

=

100 (2.1.)

Em que: mh massa da amostra hmida (kg)

ms massa da amostra seca (kg)


6

O teor de humidade expresso pela frmula (2.2.) tambm designado por teor de humidade ponderal:

=

100 (2.2.)

Em que o V representa o volume da amostra seca em anlise em m3.

A expresso (2.2.) pode ainda ser apresentada da seguinte forma:

= (2.3.)

E por ltimo, o teor de humidade volmico caracterizado pela expresso (2.4.):

=

(2.4.)

Onde : 0 densidade da amostra seca (kg/m3)

w densidade da gua (kg/m3)

Quando se usa valores tabelados do teor de humidade essencial verificar as unidades em que esto expressos. Caso este facto no seja tido em considerao podem obter-se concluses erradas.

2.2.2. GRAU DE SATURAO

O grau de saturao (S) de um material definido pelo quociente entre o teor de humidade presente e o teor de humidade mximo que o material consegue atingir [10, 11]. Tambm pode ser definido como a fraco de poros abertos preenchidos por gua em relao aos poros acessveis gua [10].

=

; =

; =

(2.5.)

Em que:

w, u, teor de humidade do material (kg/kg, kg/m3, m3/m3)

wmax, umax, max teor de humidade mximo do material (kg/kg, kg/m3, m3/m3)

Assim sendo, o grau de saturao varia entre 0 e 1.

2.2.3.TEOR DE HUMIDADE IGUAL A ZERO

O teor de humidade igual a zero no atingido no estado natural do material, necessrio proceder sua secagem artificial (por exemplo atravs da secagem em estufa) at massa constante, como se pode verificar na figura 2.1. O grau de saturao correspondente a este estado igual a zero.


7

Fig.2.1. Nveis de teor de humidade em kg/kg [12]

Na figura 2.1. referenciam-se os vrios nveis de teor de humidade. Tambm se pode visualizar os diferentes mecanismos de transferncia ligados a cada nvel de teor de humidade. Salienta-se que o mecanismo de transferncia associado ao domnio higroscpico a difuso de vapor de gua, enquanto que no domnio capilar a difuso de gua lquida.

2.2.4.TEOR DE HUMIDADE HIGROSCPICO

A massa de certos materiais varia em funo da humidade relativa do meio em que se insere. Ou seja, quando em contacto com uma ambincia de humidade relativa entre 0% e um mximo de 95%, esses materiais so capazes de fixar certas quantidades de gua (molculas de vapor de gua) no interior da sua estrutura porosa. Quando a presso de vapor de gua do material inferior do ambiente, h adsoro de vapor de gua at que o ponto de equilbrio entre as duas presses obtido [9]. Este intervalo corresponde ao domnio higroscpico.

A curva de adsoro higroscpica permite analisar a higroscopicidade de um material, esta representa o teor de humidade em equilbrio de um material em relao humidade relativa do ar, para uma determinada temperatura. A curva tem a forma de S, para a qual o ponto de inflexo se encontra, em geral, para humidades mdias entre 30 e 70% [13].


8

Fig.2.2. Curva higroscpica [14]

Ilustra-se na figura 2.2. uma curva higroscpica, observam-se trs fases distintas no processo de adsoro dum material [15, 16]:

adsoro molecular (1fase), que ocorre para humidades relativas baixas (


9

Quadro 2.1. Teor de humidade de equilbrio da madeira para a temperatura T [7]

Humidade relativa do ar (%)

Temperatura T (C)

10 15 20 30 40 50 60 70 80

90

80

70

22

17

14

22

17

13,5

22

16,5

13

21

16

13

20

15

12

19

14,5

11,5

18

13,4

11

17

12,5

10

15,5

12

9

60

50

40

11,5

9,5

8

11

9,5

8

11

9,5

8

10,5

9

7,5

10

8,5

7

9,5

8

6,5

9

7,5

6

8

7

5,5

7,5

6

5

30

20

10

6

4,5

2,5

6

4,5

2,5

6

4,5

2,5

6

4

2,5

5,5

4

2

5

3,5

2

5

3

2

4,5

3

1,5

4

2,5

1,5

2.2.5. TEOR DE HUMIDADE CRTICO

O teor de humidade crtico (wcr ,ucr, cr) pode ser considerado como sendo o teor de humidade mnimo para o qual se inicia o transporte de gua em fase lquida, ou seja, existe uma alterao do processo de transferncia de humidade.

Abaixo do teor de humidade crtico no fundamental o transporte de gua lquida no material [10], inicia-se a partir deste a transferncia de gua lquida para zonas mais secas, o que altera a distribuio da humidade dentro do material [19].

Se o teor de humidade dum material for superior ao crtico, existe, em geral, o risco de degradao desse material [20].

Neste trabalho fixa-se o teor de humidade crtico a 95%, visto que a norma ISO15148 [17] tambm assume que a partir desta humidade relativa, dependendo do material, o transporte de humidade processa-se em fase lquida. Alm do mais o programa de simulao WUFI tambm considera esse valor como crtico. Quanto norma ISO9346 [8], esta fixa o teor de humidade crtico para humidades relativas de 95 a 98%. Assim sendo, existem autores que fixam a humidade relativa a 98% para o teor de humidade crtico. Este valor, como j foi referido varia de material para material, salienta-se o caso da madeira, para o qual o teor de humidade crtico atingindo para uma humidade relativa de 80% [20] e ainda as betonilhas e telhas cermicas para as quais a humidade relativa crtica corresponde a 100% [20].

2.2.6. TEOR DE HUMIDADE CAPILAR

A massa dos materiais em contacto com gua lquida pode variar, caso varie, o material capilar. Salienta-se que a higroscopicidade e a capilaridade no so necessariamente duas propriedades interligadas. A maioria dos materiais higroscpicos capilar, mas certos materiais capilares no so higroscpicos [13].


10

A capilaridade (mecanismo de fixao de gua lquida) a propriedade de um material absorver gua lquida por suco, quando em contacto com a mesma. A suco tanto menor quanto maior for o teor de humidade, anulando-se para o teor de humidade mximo.

2.2.7. TEOR DE HUMIDADE DE SATURAO

Como o teor de humidade mximo dificilmente atingvel dada a existncia de ar dentro do material, define-se o teor de humidade de saturao (wsat, usat, sat), que representa a quantidade de gua que um material contm quando em contacto com um plano de gua por um dado perodo [14].

2.2.8. TEOR DE HUMIDADE MXIMO

O teor de humidade mximo (wmax, umax, max) atingido quando todos os poros abertos esto completamente preenchidos com gua e sem ar. Este grau de saturao obtido atravs da humidificao sob presso, que pode passar pela absoro de gua sob vcuo. O grau de saturao correspondente ao teor de humidade mximo igual a 1.

Agora que foram determinados todos os nveis de teor de humidade apresenta-se a figura 2.3. que resume as definies apresentadas.

Fig.2.3. Curva higroscpica de adsoro


11

Na figura 2.3. pode-se observar uma curva higroscpica dum material poroso. Aqui encontra-se o domnio higroscpico ente B e C. No ponto C assinala o teor de humidade crtico. O intervalo entre C e D corresponde ao domnio capilar. O teor de humidade de saturao est indicado na figura pela letra D. A partir desta e at E a humidificao sob presso at atingir o teor de humidade mximo em E.

2.3. TEOR DE HUMIDADE E SIMULAO NUMRICA

Nesta parte do trabalho descreve-se sucintamente o programa de simulao numrica WUFI e os vrios nveis de teor de humidade que este necessita para a avaliao de um material.

O WUFI um programa para avaliar o comportamento higrotrmico da envolvente dum edifcio. Este pode ser usado para avaliar a distribuio de calor e humidade para uma ampla gama de materiais de construo e condies climticas. Com o WUFI possvel estimar o tempo de secagem dum determinado material, investigar o perigo de condensaes ou at estudar a influncia da chuva em componentes de construo exteriores. Este programa tambm ajuda a seleccionar estratgias adequadas para reparaes ou reabilitao, pois permite a comparao e a avaliao de diversas propostas em relao ao desempenho higrotrmico. Alm do mais, este pode ser uma ferramenta para auxiliar o desenvolvimento e optimizao de materiais de construo e componentes inovadores.

Apresenta-se a figura 2.4. que ilustra os diferentes nveis de teor de humidade que este programa considera.

Fig.2.4. Nveis de teor de humidade do programa de simulao (kg/m3) [21]

O uf corresponde ao teor de humidade de saturao livre, o que foi definido neste trabalho como teor de humidade de saturao (2.2.7.).

Quanto ao umax, este representa o teor de humidade mximo que determinado pela porosidade, tal como definido em 2.2.8.


12

Entre o uf e o umax o teor de humidade varia, mas a humidade relativa sempre 100%, ou seja, neste intervalo o teor de humidade no depende da humidade relativa do ar, determinado pelas condies de contorno: aumenta sob condies de condensao e diminui em condies de evaporao. Neste intervalo o WUFI considera humidades relativas entre 1 e 1,01, estas so apenas fictcias, mas permitem ao programa diferenciar o domnio em que se encontra, neste caso no domnio de humidificao sob presso.

O u80 corresponde humidade de equilbrio para uma humidade relativa de 80%, este tambm considerado o teor de humidade de referncia que pode ser determinado segundo a norma alem DIN52620.

Quanto ao u95 (no representado na figura), este representa a separao do domnio higroscpico e o domnio capilar, no fundo o teor de humidade crtico apresentado em 2.2.5.

Como referido anteriormente, o programa j contm uma vasta gama de materiais, no entanto, possvel editar dados ou inserir novos materiais. Para o caso em estudo basta conhecer vrios valores (nmero arbitrrio) do teor de humidade, e inserir os mesmos no WUFI para este traar a curva higroscpica. Apresenta-se um exemplo de dados que consta no Help deste programa na figura 2.5., onde HR representa a humidade relativa do ar.

Fig.2.5. Tabela com dados para traado de curva higroscpica [21]

Caso no seja possvel ter acesso aos dados mencionados anteriormente, o WUFI apenas necessita de conhecer o u80 e o usat (uf). Com estes valores lhe possvel traar a curva higroscpica, para grande parte dos materiais. Esta curva passa pelas humidades relativas de 0% (u=0), 80% (u80) e 100% (uf), e descrita pela seguinte funo de armazenamento de humidade:

( ) = "#$(%&)'(

(%'() (2.6.)

Em que:

u(HR)- teor d humidade em funo da humidade relativa (kg/m3)

usat teor de humidade de saturao (kg/m3)


13

HR humidade relativa (-)

b factor de aproximao (-)

A funo 2.6. apenas uma expresso de aproximao que vlida para materiais higroscpicos, e foi, como bvio, validada experimentalmente.

2.4. VALORES DE REFERNCIA PARA MATERIAIS USADOS NA CONSTRUO

A obteno de valores de referncia do teor de humidade de materiais de construo foi conseguida recorrendo bibliografia existente, devido ao facto do perodo de tempo para concluso desta dissertao no permitir a execuo de ensaios para elaborao dum catlogo prprio.

Apresenta-se de seguida o quadro 2.2. que contm a designao do material, a sua densidade, ou intervalo de densidade, e os trs nveis de teor de humidade considerados mais importantes, nomeadamente, o teor de humidade crtico, o de saturao e o mximo.

Quadro 2.2. Valores do teor de humidade

Material Densidade (kg/m3)

wcr, ucr wsat, usat wmax, umax Unidades

Argamassa [11] 1050 a 2200 - 283 - kg/m3

Beto [11] 2200 100 - 110 150 kg/m3

Beto [23] 2176 100-110 110 153 kg/m3

Beto [22] 2250 6,84(1) - 0,07 kg/kg

Beto celular [23] 455 a 800 180 109+0,383 972-0,35 kg/m3

Beto leve [11] 600 a 1600 - 97 a 190 (=872 a 980)

580 (=973) kg/m3

Beto leve [23] 644 a 1187 140 (=935)

97- 190 (=872 a 980)

584 (=973) kg/m3

Beto leve [22] 700 7,83(1) 14,3 (HR=0,99) (1)

1,00 kg/kg

Beto de poliestireno [23]

259 a 792 - - 489 (=422) kg/m3

Contraplacado [23] 445 a 799 435 435 435 kg/m3

Cortia [23] 111 60 - - kg/m3

Espuma fenlica [22]

32,6 25,76(1,2) 30 (HR=0,98) (1) 29,8 kg/kg

Fibrocimento [23] 823 a 2052 350 (=840)

358 (=1495) 430 (=1495) kg/m3

Gesso [23] 975 - 310 - kg/m3

Gesso [22] 1245 1,00(1) 3,2 (HR=0,99) (1) 0,39 kg/kg


14

Quadro 2.2. Valores do teor de humidade (cont.)

Material Densidade (kg/m3)

wcr, ucr wsat, usat wmax, umax Unidades

L de vidro [22] 77 0,41(1,2) 0,5 (HR=0,99) (1) 13,5 kg/kg

Madeira [22] 480 17,33(1) (HR=80%)

26 (HR=0,98) (1) 1,35 kg/kg

Painel de aglomerado de partculas de madeira [11]

570 a 800 0,85 0,90 0,99 kg/kg

Placa cimentcia de madeira (3) [11]

300 a 800 - 0,569 0,875 kg/kg

Placa cimentcia de madeira (3) [23]

314 a 767 180 (=360)

240 (=360) - kg/m3

Placas de gesso [11]

700 80 - 400 - kg/m3

Placas de isolamento Perlite

[23]

135 a 215 150 a 210 > 550 - kg/m3

Poliuretano [22] 31,9 1,80(1,2) 1,94 (HR=0,99) (1)

30,1 kg/kg

Poliestireno expandido [22]

10,3 1,58(1,2) 1,7 (HR=0,98) (1) 96,1 kg/kg

Tijolo [23] 1505 a 2047 100 730- 0,287 1032- 0,4036 kg/m3

Nota: (1) Valor em %. (2) Valores obtidos atravs de interpolao (HR=95%). (3) Conhecido por WWCB (Wood Wool Cement Board)

Os materiais estudados por Kumar Kumaren[11] so muito parecidos com os da International Energy Agency (IEA) [23] por este ter usado, em parte, esta bibliografia como referncia.

Resumindo, o quadro 2.2. apresenta um total de 19 materiais de construo diferentes, alguns repetidos mas expressos em unidades diferentes ou simplesmente para densidades diferentes. Conclui-se que este nmero de materiais relativamente reduzido em relao ao universo de materiais existentes. Assim sendo, este tipo de quadro necessita de ser aumentado, pois uma ferramenta essencial para os actores da construo civil.

Insere-se aqui alguns extractos retirados dum documento [25] publicado pelo LNEC que se refere preparao de superfcies para posterior revestimento por pintura e contm informaes interessantes para este captulo, ou seja, contm a informao que deve constar no caderno de encargos.

A pintura de qualquer substrato exige que, pelo menos, se tenha atingido o grau de secagem correspondente ao estado de equilbrio com a atmosfera circundante, o qual varia em funo da natureza do material, das condies exteriores, etc.


15

A pintura da madeira apenas se dever iniciar quando o material apresenta um teor de humidade que no exceda 16 a 20% (kg/kg) para as peas expostas e 10 a 12% (kg/kg) para as peas mantidas ao abrigo da intemprie.

A presena de humidade em paredes e tectos favorece a agressividade qumica dos rebocos e estuques e pode conduzir formao de manchas e eflorescncias, diminuio da adeso, ao retardamento no endurecimento da pelcula de tinta e at mesmo ao seu ataque, se for hidrolisvel; assim, as pinturas de paredes e tectos apenas devero ser efectuadas desde que apresentem um teor de humidade inferior a 5% (kg/kg).

2.5. SNTESE

A dificuldade encontrada neste captulo deve-se ao facto de cada autor ter as suas prprias definies dos diferentes nveis de teor de humidade. Assim sendo, chegou-se concluso que para facilitar a compreenso e para que no meio tcnico todos falem a mesma linguagem h a necessidade de usar definies universais.

A simulao numrica um instrumento essencial para simular o comportamento dos elementos de construo, face presena de humidade, para diversas condies climticas interiores e exteriores. Pode ser uma ajuda preciosa na escolha de materiais e tambm para o desenvolvimento de novos materiais. Contudo, a concretizao de programas de clculo automtico exige a existncia de uma base de dados com as caractersticas fsicas e higrotrmicas dos materiais, sem as quais a simulao numrica no possvel.

O desenvolvimento dos quadros com os valores de referncia do teor de humidade fundamental, pois o quadro apresentado apenas representa uma pequena amostra de materiais existentes na construo. No incio deste trabalho estava previsto anexar uma listagem completa, contudo a informao disponvel escassa e tal no foi possvel. Assim sendo, conclui-se que importante desenvolver mais investigao nesta rea.


16


17

3 MEDIO DO TEOR DE HUMIDADE

TCNICAS EXPERIMENTAIS

3.1. DIFERENTES TCNICAS DE MEDIO

Neste captulo apresentam-se as diferentes tcnicas de ensaio para a determinao do teor de humidade em materiais de construo. Estas tcnicas podem ser divididas em dois tipos diferentes, ou seja, em processos no-destrutivos e processos destrutivos.

Quanto aos processos no-destrutivos, existem vrios equipamentos para a medio do teor de humidade que funcionam segundo princpios distintos, cada um com as suas vantagens e desvantagens, sem causar danos significativos no elemento em anlise. Alguns dos mtodos usam elctrodos sobre forma de agulhas que penetram superficialmente no elemento, essas agulhas apresentam dimenses reduzidas, que levam a destruies mnimas. Ou seja, pode-se desprezar estes orifcios, visto que so de fcil reparao. No entanto, o mesmo tipo de aparelho pode usar sondas de profundidade em vez dos elctrodos, neste caso necessrio a prvia furao do elemento a estudar, o que causa destruio importante e no desprezvel.

As tcnicas que determinam o teor de humidade atravs de processos destrutivos tambm se baseiam em diferentes princpios, cada um com as suas vantagens e desvantagens. Os equipamentos com sondas de profundidade, como explicado anteriormente, podem ser includos neste grupo.

Nem todos os mtodos so aplicveis a todos os tipos de materiais, o que limita a escolha do ensaio.

Apresentam-se no quadro 3.1. as tcnicas de ensaio que sero descritas. Este quadro inclui informaes sobre o tipo de ensaio, ou seja, no-destrutivo ou destrutivo e ainda se efectuado in situ ou em laboratrio. Os onze ensaios escolhidos foram agrupados em cinco processos diferentes.


18

Quadro 3.1. Mtodos para determinao do teor de humidade

Ref. Mtodo Processo Destrutivo In situ

1 Gravimtrico Secagem em estufa Sim No

2 Carboneto de clcio Qumico Sim Sim

3 4 5 6

Resistncia elctrica Constante dielctrica Micro-ondas TDR

Elctrico No No No No

Sim Sim Sim Sim

7 8

Raios gama e raios X NMR

Nuclear Provete especfico

No/ Provete especfico

No

Sim/No

9 10 11

Termografia Radioactividade Variao da impedncia dum

semicondutor

Outros No No No

Sim Sim Sim

A classificao dos mtodos apresentada no quadro 3.1. bastante simples, pode-se ainda dividir os processos em mtodos directos e indirectos. Em que o mtodo directo corresponde ao processo de secagem em estufa e ao processo qumico. Os mtodos indirectos so processos que apenas indicam valores aproximados (a sua calibrao baseia-se num processo de referncia). Estes, so geralmente no destrutivos, como se pode confirmar no quadro 3.1.

3.2. MTODO GRAVIMTRICO

3.2.1. PRINCPIO DE MEDIO

O mtodo gravimtrico consiste na recolha de amostras para posteriormente serem pesadas em laboratrio, nas condies em que se apresentavam in situ e aps secagem. A diferena entre a massa da amostra hmida e da massa da amostra seca, corresponde massa de gua que o material contm.

O teor de humidade dado pelo quociente entre a diferena das duas massas referidas anteriormente e a massa da amostra no estado seco, tal como indica a expresso (3.1.):

=

) 100 (3.1.)

em que:

mh massa da amostra com as caractersticas recolhidas in situ (kg)

ms massa da amostra aps secagem em estufa (kg)

mv massa da cpsula de vidro (kg)

w teor de humidade em percentagem (%)


19

3.2.2. EQUIPAMENTO EXPERIMENTAL

Para que seja possvel proceder determinao do teor de humidade atravs do mtodo gravimtrico, necessrio possuir os seguintes equipamentos para a recolha de amostras:

Berbequim de baixa rotao ou escopro e martelo; Frascos plsticos com tampa estanque ou saco estanque.

A utilizao de um berbequim de baixa rotao (cerca de 300 rpm) serve para evitar o aquecimento excessivo e a consequente secagem do material. Mesmo assim, deve-se evitar furaes prolongadas, pois pode-se produzir calor suficiente para provocar a evaporao da gua.

Os provetes, depois de recolhidos devem ser guardados em frascos plsticos estanques (ou sacos estanques) at serem ensaiados, afim de no perderem o teor de humidade neles contidos.

Os equipamentos necessrios no laboratrio para prosseguir com o ensaio so:

Balana (figura 3.1.) de elevada preciso (no inferior a 1mg); Estufa ventilada (figura 3.2.) que permita obter temperaturas de cerca de 105C; Cpsula de vidro.

Fig.3.1. Balana de preciso - LFC


20

Fig.3.2. Estufa ventilada -LFC

3.2.2.1. Calibrao do equipamento

A balana deve ser calibrada antes da sua utilizao.

3.2.3. PROCEDIMENTO DE ENSAIO

Com o escopro e martelo retira-se o nmero de provetes necessrios para efectuar o ensaio, estes devem ser mantidos fechados em frascos de plstico estanques at serem ensaiados.

Pesa-se a cpsula de vidro, de seguida coloca-se parte do provete nesta, e pesa-se imediatamente (mh). Leva-se o conjunto estufa ventilada a uma temperatura de cerca 105C at massa constante (ms). A partir destas pesagens, tem-se todos os dados para proceder ao clculo de teor de humidade no material em estudo atravs da expresso (3.1.).

necessrio ter cuidado com a temperatura programada na estufa, pois os 105C no so adequados para todos os tipos de material. O gesso, por exemplo, deve ser seco na estufa a uma temperatura de cerca de 40C [27].

Apresenta-se de seguida uma pequena listagem de normas relacionadas com a tcnica explicada anteriormente:

NP 1042 (1985): Cortia. Aglomerados puros expandidos em placas. Determinao do teor de humidade.

NP 606: Cortia. Granulados de cortia. Determinao da humidade. NP 614 (1973). Madeira. Determinao do teor em gua. NP EN 1097-5:2002: Ensaios das propriedades mecnicas e fsicas dos agregados - Parte

5: Determinao do teor de humidade por secagem em estufa ventilada. CEN-EN ISO 12570:2000: Higrothermal performance of building materials and products.

Determination of reference moisture content by drying at elevated temperature.


21

3.2.3.1. Erros de medio

Na recolha de amostras sob forma de p (berbequim), deve-se ter algum cuidado para evitar uma furao prolongada, que pode levar evaporao da gua contida no material em estudo, e como consequncia alterao do teor de humidade do mesmo. Este processo de recolha tem as seguintes limitaes [1]:

No permitido usar este processo em materiais muito duros, como o beto e algumas pedras naturais;

Velocidade de rotao mxima de 300r.p.m.; O dimetro da broca deve ser pelo menos de 20mm; O aumento da temperatura da broca no deve exceder 15C durante a furao; A massa seca do provete deve estar no intervalo de 10 a 20g.

Deve-se colocar a balana num ambiente limpo de poeiras, livre e sem correntes de ar para no afectar a leitura.

A evaporao de outras substncias volteis presentes no material (por exemplo resina dos pinheiros, no caso da madeira) pode levar a resultados diferentes da realidade.

Segundo a norma CEN/TC 89 N338E [1], a temperatura de secagem em estufa deve ser escolhida conforme o tipo de material, pois temperaturas muito elevadas no levam apenas evaporao da gua livre mas tambm da gua de ligao.

3.3. CARBONETO DE CLCIO


Este mtodo baseia-se no facto da reaco qumica entre o carboneto de clcio e a gua produzir acetileno em quantidade proporcional ao volume daquele lquido [29].

O carboneto de clcio (CaC2), que sensvel humidade e gua, reage com esta, formando acetileno (C2H2) (que inflamvel sob forma lquida), hidrxido de clcio (Ca(OH)2) e libertando energia (a energia libertada perceptvel pelo aquecimento do recipiente). A reaco qumica que se processa no interior do recipiente escreve-se da seguinte forma [27,30,31,32]:

*+*, + 2,/ *+(/), + *,, (3.2.)

A reaco descrita ocorre apenas na superfcie da amostra, assim a gua deve deslocar-se do interior da amostra para a sua superfcie, para poder reagir com o carboneto de clcio. Devido ao facto de a gua ter de percorrer um percurso mais longo at atingir a superfcie, o aumento de presso no interior do recipiente torna-se demorado.


O equipamento experimental vem, geralmente, dentro de um cofre (figura 3.3.) com os seguintes instrumentos:

Recipiente metlico estanque com manmetro; Ampolas com carboneto de clcio;


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Ampolas de controlo; Balana digital ou de mola (no caso da balana de mola ainda necessrio o seu suporte); Esferas de ao; Juntas de reserva; Material para recolha e preparao do provete; Material de limpeza.

Este equipamento de fcil utilizao, usado in situ e fornece valores fiveis.

As esferas de ao tm trs funes:

Iniciam a reaco (destruio das ampolas); Efeito de esmagamento do material; Garantem a mistura dos dois materiais slidos.

Fig.3.3. Equipamento de ensaio da ROMUS [30]


Para verificar a aptido do manmetro e da junta, usa-se a ampola de controlo contida no cofre do equipamento. Estas ampolas contm uma quantidade exacta de gua, geralmente, 1 ml [30].

Antes de proceder ao controlo, necessrio certificar-se que o recipiente est limpo e seco, e que a junta no apresenta qualquer dano. Se a junta apresentar algum defeito, deve-se proceder sua substituio.


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Comea-se por colocar as esferas de ao dentro do recipiente, com cuidado introduz-se a ampola de gua e de seguida, a de carboneto de clcio. Fecha-se o recipiente, e agita-se o equipamento durante alguns minutos. Aps o tempo de reaco, o manmetro deve indicar uma determinada presso, para uma determinada temperatura, por exemplo 10.05 bar (20C) [30]. Se o valor indicado no manmetro no estiver dentro do intervalo indicado pelo fornecedor, deve-se substituir a junta e repetir o processo. Se aps este controlo o manmetro ainda indica um valor fora do intervalo, considera-se que este est com defeito.


A amostra deve ser recolhida com equipamento adequado (berbequim ou escopro e martelo), a quantidade desta depende do teor de humidade previsto (pode-se medir com aparelhos elctricos, para obter uma estimativa). Quanto mais hmido o material, mais pequena deve ser a amostra, por exemplo, para 0,5 kg/kg de teor de humidade recolhe-se 1 g, para 0,03 kg/kg recolhe-se 50g [31].

Reduz-se a amostra a p (partculas com cerca de 2mm de dimetro) e pesa-se. O material em anlise colocado dentro do recipiente, ao qual se adiciona as esferas de ao. Inclina-se o recipiente e introduz-se com cuidado a ampola de carboneto de clcio, de modo a no danificar a mesma, por ltimo fecha-se o recipiente. De seguida agita-se com intensidade, as esferas de ao vo destruir as ampolas de vidro e dar incio reaco qumica entre os elementos. Dentro do recipiente gera-se uma determinada presso que possvel ler atravs do manmetro. Para garantir uma boa mistura dos materiais convm agitar o recipiente de 5 em 5 minutos durante aproximadamente um minuto. Aps 15 a 20 minutos, antes da leitura final, deve-se anotar o valor do manmetro e agitar o recipiente novamente durante pelo menos 15 segundos, se este no alterar o seu valor porque a reaco est estabilizada, e consequentemente a presso constante.

Em equipamentos modernos, possvel a leitura do teor de humidade directamente atravs do manmetro, em equipamentos mais antigos, necessrio retirar o valor do teor de humidade de tabelas (figura 3.4.), em funo do peso da amostra e da presso final lida no manmetro, para uma determinada temperatura.

Fig.3.4. Tabela de converso para uma temperatura ambiente de 20C (kg/kg) [30]

Aps o ensaio, essencial proceder limpeza do equipamento, pois torna-se mais fcil a limpeza directamente aps sua utilizao.


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Apresenta-se de seguida uma listagem com possveis erros de medio:

O fornecedor deve indicar a classe de preciso do manmetro, atravs desta possvel conhecer o erro mximo associado ao mesmo;

Tendo em conta a lei dos gases, a temperatura pode influenciar a presso; Erros devido pesagem, tais como a qualidade deste equipamento e o cuidado do

operador; Deve-se ter o cuidado de retirar partculas mais grossas da amostra, visto que estas apenas

falsificam os resultados; essencial conhecer o material que se est a ensaiar, pois este no deve reagir com o

carboneto de clcio; Se o equipamento no estiver perfeitamente limpo, os resultados no so fiveis devido

aos vestgios contidos no recipiente.

3.4. RESISTNCIA ELCTRICA


Os aparelhos de medio do teor de humidade baseados na resistncia elctrica contm dois elctrodos, que so introduzidos ou colocados em contacto com o material em anlise. Atravs destes faz-se passar uma corrente elctrica, ou seja, este aparelho mede essencialmente a resistncia ao fluxo de corrente elctrica entre os dois elctrodos. Sabe-se que a humidade aumenta a condutibilidade elctrica, logo quanto maior for o teor de humidade menor a resistncia elctrica do material.

Como a resistncia elctrica dum meio poroso varia com a quantidade de gua, possvel estabelecer uma correlao entre as duas grandezas. Sabe-se que a resistncia elctrica de um material inversamente proporcional ao seu teor de humidade [29].


Existe uma grande variedade de equipamentos experimentais para medir o teor de humidade atravs da resistncia elctrica. Geralmente, estes aparelhos portteis so constitudos por um par de elctrodos (agulhas ou sondas de profundidade) e um visor de afixao de resultados. A corrente elctrica , geralmente, contnua (DC) [33].

Em geral, sero necessrias tabelas de converso, pois na maior parte dos casos este tipo de equipamento vem preparado para um determinado material, geralmente madeira [29,34]. Mas existem aparelhos que contm uma lista de materiais para os quais possvel medir o teor de humidade, essa lista geralmente muito limitada.

Estes equipamentos apenas funcionam para uma determinada gama de temperatura, para as quais muitos aparelhos conseguem fazer correces automticas dos resultados obtidos, isto , a temperatura pode ser ajustada directamente no aparelho. No caso de aparelhos que no fazem as correces necessrio usar tabelas de correco [34].


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Fig.3.5. Equipamento baseado na resistncia elctrica - LFC


A maioria dos aparelhos esto calibrados para uma determinada temperatura, para temperaturas diferentes necessrio proceder a converso dos resultados obtidos. Como j referido anteriormente, estes equipamentos vm calibrados essencialmente para a madeira. O aparelho vem, em geral, acompanhado por um dispositivo de verificao da calibrao.

Para calibrar o equipamento recorre-se ao mtodo de referncia, ou seja, ao mtodo gravimtrico. Pesam-se vrios provetes de tamanho conhecido, de seguida procede-se saturao dos mesmos atravs da imerso em gua at massa constante. Ao atingir a saturao pesa-se os provetes e mede-se o teor de humidade com o equipamento. Passa-se agora secagem em estufa por fases, isto , pesa-se regularmente os provetes, embrulha-se os mesmos num filme de polietileno, deixa-se estabilizar durante algum tempo e mede-se o teor de humidade com o equipamento, este processo repetido at ser atingido o estado seco do material. Com os valores obtidos, pode-se correlacionar o teor de humidade calculado atravs dos resultados do mtodo gravimtrico com os resultados obtidos atravs da leitura do equipamento.


O procedimento de ensaio bastante simples, pois apenas necessrio introduzir os elctrodos no material em estudo. Para elctrodos apresentados sobre forma de agulhas, so eles prprios a perfurar o elemento em estudo, mas apenas superficialmente. Caso o equipamento esteja equipado com sondas de profundidade, necessrio garantir a furao prvia do elemento em estudo, para permitir a sua introduo.

No caso da medio do teor de humidade em madeira, deve-se medir perpendicularmente direco das fibras, isto , a linha de ligao entre ambos os elctrodos deve cruzar as fibras. Nesta direco de medio, ocorrem as menores variaes [34].

Apresenta-se na figura 3.6. um exemplo de aplicao deste mtodo a um rodap de madeira.


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Fig.3.6. Exemplo de aplicao do equipamento baseado na resistncia elctrica para medio do teor de

humidade em rodaps


Como a resistncia elctrica no depende apenas do teor de humidade, mas tambm do tipo de material e da presena de sais, o valor obtido atravs do equipamento influenciado por esses parmetros o que leva a resultados errados [29]. Os sais aumentam a condutibilidade elctrica, ou por outras palavras, os sais diminuem a resistncia elctrica.

A temperatura um parmetro que influncia bastante a resistncia elctrica. O aumento da temperatura conduz a uma diminuio da resistncia elctrica. A variao em funo da temperatura no constante, cresce com o aumento do teor de humidade do material [34].

Se o aparelho for inadequado para a medio do teor de humidade de um determinado material, ou de uma dada espcie desse material, natural que os valores obtidos estejam errados. Pelo que essencial conhecer as caractersticas do aparelho, e o tipo de material que este capaz de analisar. Pois a resistncia elctrica varia em funo do tipo de material, para um mesmo teor de humidade.

Um factor importante o grau de saturao da madeira, acima do ponto de saturao das fibras o equipamento no apresenta valores fiveis, pois as alteraes da resistncia elctrica so muito pequenas para permitir uma medio precisa [34].

Outros factores que podem influenciar os valores so: o gradiente de humidade, tratamentos qumicos/ tratamento da superfcie, fora de aplicao na amostra, tempo de electrificao e os elctrodos [33,34].

Para evitar leituras erradas, fundamental manter um bom contacto entre o elemento em estudo e os elctrodos.

3.5. CONSTANTE DIELCTRICA


O aumento do teor de humidade no se caracteriza apenas pelo aumento da condutividade elctrica, mas tambm pelo aumento da constante dielctrica. O princpio de medio baseia-se no facto da


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constante dielctrica da gua apresentar um valor muito superior ( =80) em relao a materiais em estado seco (= 3 a 6). Atravs desta propriedade ento possvel determinar o teor de humidade existente num determinado material. No fundo, a capacidade de um capacitor (ou condensador) que se mede. Dependendo do tipo de dielctrico, altera-se a capacidade do condensador, isto , ao encontrar material com elevado teor de humidade no campo de disperso, este aponta para uma constante dielctrica elevada. O teor de humidade , geralmente, apresentado como percentagem de peso (kg/kg) no aparelho. Este equipamento permite efectuar medies at uma profundidade de 7cm [32].

No fundo a constante dielctrica como a resistncia elctrica, so caractersticas de materiais, em que os valores se alteram, quando o teor de humidade aumenta. Como o intervalo dos valores relativamente elevado, consegue-se, atravs deste mtodo, determinar pequenos teores de humidade [29].


Este aparelho constitudo por elctrodos que so colocados sobre o material a analisar. O corao deste equipamento um condensador, pois o que se mede a capacidade deste. Um microprocessador recebe o sinal e transforma os dados recolhidos de modo a permitir a leitura do teor de humidade.

Aparelhos mais recentes permitem a programao do tipo de material (grupos de material), pois necessrio conhecer a densidade do material para a obteno de valores credveis [34].

Fig.3.7. Equipamento baseado na constante dielctrica da DOSER [39]


A calibrao pode ser executada a partir de uma funo prpria do aparelho ou atravs de um software adequado [39].

Um controlo regular e a calibrao do equipamento importante, sugere-se que esse seja efectuado atravs do mtodo gravimtrico explicado no ponto 3.4.2.1.


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Os elctrodos so encostados contra o material em anlise, para que o aparelho possa emitir ondas de alta-frequncia e assim criar um campo elctrico dentro do material (figura 3.8.). essencial programar o tipo de material que se ir estudar antes de proceder medio.

Fig.3.8. Aplicao do equipamento [40]

Deve-se ter em conta a espessura do material em anlise, no caso de espessuras reduzidas (< 3cm) conveniente colocar uma base, que pode ser uma placa de poliestireno (no se deve em caso algum usar material metlico) ou simplesmente colocar o material no ar . Deve-se ter o cuidado de colocar os elctrodos a uma distncia superior a 1cm do limite (bordo) do material [39].


Apresenta-se de seguida uma listagem com possveis origens dos erros de medio:

Um mau contacto entre o aparelho e a superfcie do elemento em anlise; A presena de sais no material; Amostras de espessura reduzida; Medies junto dos limites do material.

3.6. MICROONDAS


As microondas so ondas electromagnticas com frequncias de 300MHz a 30GHz que conseguem penetrar matrias. O funcionamento destes equipamentos baseado nas propriedades dielctricas da gua, nomeadamente a constante dielctrica relativa. Esta composta por duas partes, a constante dielctrica real e a parte imaginria. A parte real, a mesma que possibilita a medio do teor de humidade baseada na constante dielctrica, enquanto que a parte imaginria corresponde perda dielctrica que se caracteriza pela deslocao de fase do movimento das molculas [46].

Em materiais compostos por molculas polares, como o caso da gua, as molculas so postas em movimento de rotao (polarizao) atravs dum campo electromagntico alternado frequncia de microondas (geralmente, cerca de 2,45GHz). Este efeito caracterizado pela constante dielctrica [49]. Com o aumento da frequncia, as molculas de gua no conseguem acompanhar o campo


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electromagntico alternado exterior, devido a foras de ligao internas. Entre o movimento de rotao das molculas (polarizao) e o campo electromagntico induzido gera-se uma deslocao de fase (aquecimento) [46]. A energia necessria para pr as molculas em rotao retirada ao sinal de microondas. A parte de energia absorvida, bem como a deslocao de fase, est ligada quantidade de molculas de gua presentes no material [41]. No caso da medio por reflexo, mede-se as ondas electromagnticas induzidas no material, bem como as reflectidas pelo mesmo [26,46].

Assim sendo, no domnio das microondas alm da elevada constante dielctrica da gua, ainda se tira partido da perda dielctrica para determinar o teor de humidade.


O equipamento constitudo por um emissor e um receptor. O receptor pode ser colocado do mesmo lado que o emissor, neste caso trata-se de uma medio por reflexo, ao colocar o receptor do lado oposto do emissor a medio ser realizada por transmisso [29] (figura 3.9.). Hoje em dia, existem equipamentos que contm apenas uma cabea de medio (figura 3.10.), que integra o emissor e o receptor (medio por reflexo).

Fig.3.9. Reflexo, absoro, transmisso e disperso de ondas electromagnticas [42]

H aparelhos nos quais possvel trocar a cabea de medio, ou seja, pode-se utilizar a que melhor se adapta medio pretendida (em profundidade ou apenas superficial). As profundidades atingidas com este aparelho podem chegar aos 30cm [31].


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Fig.3.10. Equipamento baseado no mtodo de microondas (MOIST 200) [43]

Tem-se a possibilidade de registar um grande nmero de medies num curto espao de tempo. Com um software adequado, pode-se em posterior analise, criar um grfico que ilustra a distribuio do teor de humidade atravs de um elemento (figura 3.11.).

Fig.3.11. Mapeamento dos valores recolhidos atravs do equipamento de microondas [43]


O aparelho j est calibrado para grande parte dos materiais de construo corrente. A calibrao realizada para cada material, dependendo da temperatura e da densidade. Esta usa como referncia o mtodo gravimtrico (3.4.2.1.) [44].

Para a medio em materiais em que no se conhece a curva de calibrao, o equipamento indica um valor adimensional que pode, por exemplo, variar entre 0 e 4000 [44, 45]. Um valor elevado aponta para um teor de humidade mais elevado [46], ou seja, necessrio proceder calibrao do material, como ilustrado na figura 3.12.


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Fig.3.12. Curva de calibrao para a madeira (kg/kg) [46]


Coloca-se a sonda emissora em contacto com o material, a sonda receptora pode ser colocada do mesmo lado ou do lado oposto tal como explicado anteriormente. No entanto, necessrio ter alguns cuidados tais como:

A superfcie no se deve apresent

mediÇÃo do teor de humidade em materiais de...

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