Versão online: http://www.lneg.pt/iedt/unidades/16/paginas/26/30/185 Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial III, 1181-1185 IX CNG/2º CoGePLiP, Porto 2014 ISSN: 0873-948X; e-ISSN: 1647-581X

Teste de envelhecimento acelerado com nevoeiro salino, envolvendo ventilação em rochas calcareníticas de monumentos Accelerated aging experiments with saline fog, involving ventilation in calcarenitic monument rocks A. Zornoza-Indart1, P. López-Arce1, J. Simão2, N. Leal2*, K. Zoghlami3

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Resumo: Os materiais pétreos de construção da Fortaleza espanhola de Bizerte (Tunísia), apresentavam elevado grau de alteração. Amostras destas rochas, calcarenitos, foram recolhidas e tratadas com diferentes consolidantes. Posteriormente foram submetidas ao ensaio de nevoeiro salino com ventilação para testar a eficácia daqueles produtos. Os resultados obtidos, a partir da perda de massa das amostras e da inspecção macro e microscópica das amostras, permitiram comparar o desempenho dos consolidantes. Estes estudos permitem prever o comportamento destes materiais em obra e decidir a sua melhor aplicação em rochas de monumentos para optimizar as soluções de conservação e restauro. Palavras-chave: Degradação, Alteração, Nevoeiro salino, Consolidantes, Património. Abstract: Stone materials used in the construction of the Spanish Fortress of Bizerte (Tunisia), show a high degree of alteration. Samples of these rocks, calcarenites, were collected and treated with different consolidants. Then, they were subsequently subjected to salt spray test with ventilation, in order to test the effectiveness of the products under these conditions. The results obtained from the samples mass loss and macro and microscopic inspection made possible to compare the performances of the different consolidants. These studies allow to predict the behavior of these stony materials in the field and to decide the best application in the rocks present in monuments, optimizing solutions for conservation and restoration. Keywords: Degradation, Alteration, Salt fog spray, Consolidants, Heritage. 1Instituto de Geociencias (CSIC-UCM), C/ José Antonio Novais 12. Madrid, 28040, España. 2CICEGe, Departamento de Ciências da Terra (FCT/UNL), 2829-516 Caparica, Portugal. 3University of Carthage, Faculty of Sciences of Bizerte, Department of Geology.Jarzouna 7021 - Bizerte, Tunisie. *Autor correspondente / Corresponding author: n.leal@fct.unl.pt

1. Introdução

A investigação na área da degradação de materiais pétreos utilizados em construções recentes e no património histórico, quando sujeitos à acção do nevoeiro salino, em ambiente costeiro ou em laboratório, registou um aumento significativo nas últimas duas décadas.

A necessidade de compreensão dos mecanismos de cristalização do sal e seus efeitos na alterabilidade de

diversos tipos de materiais de construção têm levado à publicação de diferentes trabalhos, referindo-se, como exemplo, trabalhos com rochas ornamentais em (Silva & Simão, 2009; Benavente et al., 2007; Silva et al., 2013) e rochas aplicadas em monumentos (Cardell et al., 2003; Winkler, 1997; Grossi & Esbert, 1994).

A penetração das soluções salinas na rede de poros, fissuras e fracturas das rochas, a sua permanência à superfície e subsequente cristalização de sal envolve tensões que aumentam os espaços vazios conduzindo à desagregação destes materiais. Estes processos promovem a alteração das rochas, nomeadamente das de natureza calcarenítica, desenvolvendo alveolização com estruturas em favo, aspecto comum de degradação destes materiais quando expostos ao nevoeiro salino.

Um monumento afectado por este tipo de processos é a Fortaleza espanhola de Bizerte, na Tunísia, que apresenta fortes sinais de deterioração, que importa minimizar. Esta situação foi também encontrada em rochas calcareníticas usadas em Marrocos, por Ouacha et al. (2013)

Uma das formas de aumentar a resistência dos materiais pétreos aos agentes erosivos é o uso de produtos consolidantes, que minimizem a desagregação, quando as rochas envolvidas são rochas carbonatadas com componente detrítica. Para estudar o efeito do nevoeiro salino nestes materiais, foram colhidas amostras no monumento, que foram submetidas a testes em laboratório, para ser avaliada a durabilidade de produtos consolidantes aplicados nestas rochas.

Leal et al. (2011).efectuaram ensaios aplicando produtos consolidantes e produtos hidrófugos em superfícies polidas de rochas calcárias, sienitos e granitos, seguidos da acção de nevoeiro salino, observando-se que aqueles produtos melhoram a resistência das rochas à degradação

As amostras foram consolidadas com produtos convencionais (PEOS – ester etílico de ácido silícico) e produtos inorgânicos, constituídos por nanopartículas de Ca(OH)2, aplicadas sob diferentes condições de humidade relativa (Zornoza-Indart et al., 2013). Foram depois

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expostas a teste de envelhecimento acelerado com nevoeiro salino contendo cloreto de sódio, para simular uma atmosfera contendo aerosol marinho. Este teste envolveu uma ventoinha, que simulou o vento, presente nas regiões costeiras. Avaliou-se a degradação provocada pela acção do nevoeiro salino, através da perda de massa dos provetes e de observações macro e microscópicas na superfície das amostras.

2. Materiais e métodos

2.1. Amostras

Situada no litoral tunisino, a Fortaleza espanhola de Bizerte foi erigida no século XVI, no topo de uma colina, sendo os muros das fachadas Norte, Este e Sueste principalmente constituídos por blocos de calcarenito (Bouita, 1992). As pedras originais foram substituídas no decorrer de uma intervenção de restauro há 100 anos. Actualmente, os materiais aplicados (semelhantes aos anteriores) apresentam já acentuado grau de alteração, com forte desenvolvimento de deterioração alveolar, perda de coesão e de material, devidos à acção do aerosol marinho (Fig. 1).

2.2. Produtos consolidantes

Os produtos consolidantes convencionais, os Tetra-Etoxisilanos (TEOS) polimerizam através de um processo de sol-gel, sendo obtida sílica amorfa dentro da estrutura porosa onde são aplicados. Os consolidantes à base de nanopartículas de hidróxido de cálcio (NPCa) são suspensões coloidais de nanopartículas de Ca(OH)2 dispersas em álcool isopropílico que sofrem reacções de carbonatação, originando CaCO3 no interior da estrutura do substrato. Neste caso, constatou-se que os resultados da consolidação dependem da humidade relativa presente no momento da aplicação (López-Arce et al., 2011, 2013).

2.3. Processo de consolidação

Nos trabalhos de laboratório foram utilizados blocos soltos da Fortaleza, cortando-se amostras cúbicas (5cm de lado). Criaram-se dois ambientes com humidades relativas intermédia (50±2%) e elevada (80±5%) ambos a 20ºC. No caso dos consolidantes NPCa, a atmosfera criada apresentava uma concentração de CO2 superior a 2500 ppm. As amostras na câmara com humidade relativa mais baixa foram sujeitas a aplicação a pincel (Fig. 2) com Tegovakon V100, NPCa 5 gr/L (Nanorestore) e NPCa 25 gr/L (Calosil), enquanto que na câmara com humidade relativa mais elevada, para além destes três produtos, foi aplicado, também a pincel, o produto Remmers KSE300. Em cada amostra aplicou-se 50 ml de cada um dos produtos.

2.4. Técnicas analíticas

O objectivo deste trabalho é optimizar o método de envelhecimento usando nevoeiro salino, adicionando o factor vento, obtido com uma ventoinha, com velocidade máxima de 6 nós (grau 2, Escala de Beaufort), Utilizou-se uma cámara de nevoeiro salino ASCOTT S120T e uma solução salina (NaCl:H2O = 1:9). Adaptou-se a norma EN 11417 realizando 28 ciclos de nevoeiro salino (12 horas cada), a 35ºC, seguidos de 6 horas de secagem à temperatura ambiente (25ºC), e 6 horas de secagem à mesma temperatura, com ventilação.

Os resultados do envelhecimento dos produtos consolidantes foram obtidos por análise visual macro e microscópica (lupa binocular OlympusSZ51: ampliação máxima de 40X, e câmara fotográfica Olympus SP500UZ). Registou-se a perda de peso das amostras após ensaio e aplicou-se a técnica do Teste de Adesão (Drdacky et al., 2012). Neste teste aplica-se fita adesiva de dupla face transparente (Tesa), com 1,5 cm X 5 cm, 10 vezes em duas zonas de cada amostra durante 90 segundos.

Fig. 1. Fortaleza espanhola de Bizerte. a) Fachada; b) Alteração alveolar em calcarenito deteriorado; c) em cima, bloco deteriorado; inferior, bloco substituído.

Fig. 1. Spanish fortress of Bizerte. a) Facade b) Alveolar alteration in decayed calcarenite c) upper, deteriorated block; lower, block replaced.

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Fig. 2. a) bloco desprendido da fachada da Fortaleza; b) amostras cortadas; c) aplicação dos tratamentos consolidantes com pincel.

Fig. 2. a) detached block of the fortress façade; b) cuted samples; c) brush application of the consolidant treatments. 3. Resultados e discussão

Os resultados das perdas de peso após envelhecimento por nevoeiro salino com a participação do vento como agente adicional (Tabela 1) mostram, no geral, menores valores nas amostras tratadas, demostrando que estes tratamentos aumentam a resistência do substrato pétreo quando actuado pelas acções de envelhecimento acelerado.

Embora estes valores sejam significativamente baixos nos casos das amostras tratadas com NPCa (< 0,3%), as amostras tratadas com os produtos convencionais, nomeadamente Remmers KSE300 e, em particular, Tegovakon V100, registam maiores valores (entre duas e três vezes mais), semelhantes aos encontrados para a amostra de controlo.

Entre as amostras tratadas com NPCa, observam-se claras diferenças nas perdas de peso, dependendo da concentração aplicada: as amostras tratadas com consolidante mais concentrado (25 g/L) apresentam menores valores que as amostras tratadas com consolidante menos concentrado (5 g/L), parecendo ser independentes da humidade relativa de cada aplicação para a mesma concentração.

Estes valores, conjugados com os obtidos para as perdas de massa, indicam que a acção dos consolidantes convencionais foi menos eficiente que o processo de carbonatação, desenvolvido pela acção dos consolidantes NPCa, sendo os mais eficientes os de maior concentração, devido a um maior desenvolvimento do processo de carbonatação.

Relativamente à retenção de sal (NaCl), as amostras tratadas com os produtos consolidantes convencionais apresentam valores muito inferiores aos registados na amostra de controlo, valores estes semelhantes aos encontrados para as amostras tratadas com NPCa. Estes resultados foram confirmados visualmente (Fig. 3), sendo observável o desenvolvimento de eflorescências salinas nas amostras tratadas com NPCa, quase ausentes nas amostras tratadas com produtos consolidantes convencionais.

Estes dados parecem indicar que os espaços vazios (poros) dentro da rocha se encontram significativamente obstruídos, fazendo com que menos água fique no interior, provocando um maior (mais rápido) desenvolvimento de eflorescências. Os consolidantes convencionais, por não serem tão eficientes na acção de entupimento dos poros, mantêm mais água no seu interior, que demora mais tempo a ser expelida.

Tabela 1. Percentagem da perda de peso e percentagem da retenção de sal nas amostras tratadas após envelhecimento.

Table 1. Percentage of weight loss and percentage of salt retention in treated samples after aging.

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Fig. 3. Aspecto das amostras após ensaio de nevoeiro salino com ventilação.

Fig. 3. Appearance of the samples after the salt fog spray test with ventilation.

Os resultados do Teste de Adesão mostram uma diminuição significativa da quantidade de material libertado após o envelhecimento das amostras tratadas com os diversos produtos consolidantes (Tabela 2). No entanto, a diminuição do material libertado (por perda de coesão) na superficie difere segundo o produto aplicado, ou seja, o efeito consolidante na superficie das amostras após o processo de envelhecimento varia consoante o tratamento e o ambiente (humidade relativa) no qual foi aplicado. Os resultados menos

satisfatórios foram obtidos no caso da aplicação de NPCa com uma concentração de 5g/L, caso no qual a quantidade de produtos libertados é maior que a exibida pela amostra de controlo (quase duplicando o valor no caso da aplicação em ambiente menos húmido e aumentando cerca de 27%, no caso da aplicação em ambiente muito húmido). Nos restantes casos, a diminuição da quantidade de material libertado é semelhante nos consolidantes convencionais e nos NPCa com concentração de 25 g/L.

Tabela 2. Teste de adesão (totais de material libertado (mg) após envelhecimento).

Table 2. Adhesion test (totals of loss material (mg) after aging).

4. Conclusões

Os dados indicam que, do ponto de vista mecânico, os consolidantes convencionais são tão eficientes como os NPCa (nomeadamente os de maior concentração), mantendo, no geral, boa coesão do material pétreo. Nas amostras com nanopartículas em menor concentração, o processo de carbonatação poderá não ter funcionado de

forma completa, sendo as perdas de material (por desagregação superficial) mais significativas.

Conclui-se que, entre os tratamentos utilizados, o NPCa com 25 g/L de concentração é aquele que apresenta melhores resultados, exercendo bem a sua função quer no interior quer na superfície das amostras.

Relativamente à introdução da ventilação para

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secagem, os dados não permitem verificar que tenha havido uma influência significativa do factor vento. Não existindo, ainda, simulações feitas em câmara de nevoeiro salino para as litologias em estudo, recorreu-se a uma comparação com litologias algo semelhantes, em Leal et al. (2011), referentes a rochas carbonatadas (com algum componente detrítico) e com tratamentos envolvendo consolidante e/ou impermeabilizante. Neste trabalho, no mesmo período de tempo de exposição ao nevoeiro salino em condições idênticas, mas sem vento, os valores atingidos para as perdas de massa variam entre 0,35 e 0,65%, sendo semelhantes aos obtidos no presente trabalho para a amostra tratada com Remmers KSE 300. No entanto, salienta-se que os produtos utilizados não foram os mesmos. Para além disso, as litologias estudadas por Leal et al. (2011) apresentam valores de porosidade aberta bastante mais baixos (inferior a 12%, face aos 50% das amostras de Bizerte), factor com forte influência no processo de desagregação e perda de material. Desta forma, é provável que o vento tenha tido alguma acção no sentido de reduzir as perdas de material, possivelmente por acelerar o processo de cristalização de sal à superfície.

Trabalhos em laboratório, simulando a acção do nevoeiro salino sem vento e, com vento com maior intensidade, estão em curso para se conseguir comparar e avaliar a influência destes factores em rochas com aplicação de produtos consolidantes.

Estes trabalhos revestem-se de particular importância, possibilitando uma previsão e avaliação do desempenho e eficácia destes produtos em obras de conservação e restauro de materiais pétreos aplicados no património histórico.

Agradecimentos

Aos programas AECID code AP/042080/11, (cooperation Spain/Mediterranean countries, the Government of the Community of Madrid (Spain)”, “GEOMATERIALES (S2009/MAT-1629), CONSOLIDER-TCP (CSD2007-0058)” e “JAE-PreDoc e ao European Social Fund FSE 2007-2013. Ao Mestre Bruno Fonseca e à Dra. Eduarda Ferreira a colaboração nos trabalhos laboratoriais.

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