DESEMPENHO À ÁGUA DE ETICS COM MATERIAIS SUSTENTÁVEIS: INFLUÊNCIA DAS CARACTERÍSTICAS DA ARGAMASSA

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1 DESEMPENHO À ÁGUA DE ETICS COM MATERIAIS SUSTENTÁVEIS: INFLUÊNCIA DAS CARACTERÍSTICAS DA ARGAMASSA Fotografia Autor 1 30 mm x 40 mm S. MALANHO M. R. VEIGA Eng.ª Civil Eng.ª Civil LNEC LNEC Lisboa; Portugal Lisboa; Portugal smalanho@lnec.pt rveiga@lnec.pt RESUMO As empresas fabricantes de ETICS em Portugal têm procurado desenvolver sistemas com componentes mais sustentáveis, mantendo contudo elevado desempenho, nomeadamente cumprindo os requisitos do Guia Europeu ETAG 004. Exemplos destes casos são alguns ETICS com isolante de aglomerado de cortiça expandida e com camada de base e acabamentos de produtos com base em cal. Como estes sistemas são constituídos por materiais mais porosos e permeáveis do que os ETICS vulgarmente utilizados (com base em argamassas de cimento e resinas) tornou-se necessário analisar com particular cuidado o seu comportamento à água através da execução de uma campanha experimental. Os resultados obtidos nas argamassas e nos sistemas foram correlacionados entre si e retiraram-se conclusões sobre a influência das características das argamassas de cal no desempenho à água dos ETICS. 1. INTRODUÇÃO A aposta na reabilitação de edifícios tem sido fundamental para a dinamização do sector da construção recente. A aplicação de sistemas de isolamento térmico pelo exterior nas zonas opacas das fachadas é uma das alternativas de intervenção, que pode contribuir para o desenvolvimento das cidades de uma forma mais sustentável [1 e 2]. A seleção de sistemas ETICS (External Thermal Insulation Composite Systems) possibilita a correção de pontes térmicas, reduzindo o problema das condensações no interior, melhora o desempenho térmico de inverno e também de verão já que permite que toda a espessura da parede contribua para a inércia térmica, e protege a estrutura e a alvenaria dos choques térmicos, contribuindo para o aumento da durabilidade desses elementos e para o conforto interior [3]. Estes sistemas são soluções eficientes, versáteis e fáceis de aplicar, desde que seja utilizada mão-de-obra especializada. São também flexíveis, possibilitando a utilização de uma grande diversidade de componentes [2]. A avaliação do seu desempenho deve ser efetuada com base no ETAG 004 Guideline for European Technical Approval of External Thermal Insulation Composite Systems with rendering [4]. Os ETICS são sistemas multicomponentes. Assim, a compatibilidade entre os diferentes componentes, tal como o bom desempenho de cada componente, é imprescindível, para se atingir um bom desempenho global do sistema, contribuindo assim para o aumento da durabilidade do edifício [5].

2 O sistema é constituído por uma camada de isolante térmico fixada ao suporte por um produto de colagem ou por fixações mecânicas. Na camada de base, aplicada sobre o isolante, é incorporada uma rede de fibra de vidro. É importante que a camada de base tenha uma boa aderência ao isolante, assim como deve apresentar um baixo módulo de elasticidade, para poder acompanhar as deformações do isolante, evitando a ocorrência de fissuração [5]. A camada de base deve também apresentar uma baixa absorção de água, para constituir uma barreira à penetração da água, evitando que o isolante perca as suas características de resistência térmica [6]. As novas necessidades do mercado têm direcionado as empresas detentoras destes sistemas a selecionar materiais mais sustentáveis e ecológicos; com o objetivo de diminuir o consumo de energia na produção dos seus componentes e permitir a reutilização e a reciclagem após a sua vida útil [2]. A seleção de placas de aglomerado de cortiça expandida (ICB) como isolante térmico na execução de ETICS permite, para além de contribuir para o isolamento térmico, melhorar o isolamento sonoro a sons aéreos [2]. Os ETICS com ICB dão uma contribuição significativa para o aumento do atraso térmico dos edifícios, melhorando assim o conforto térmico, nomeadamente de Verão []. Este isolante tem a possibilidade de ser reutilizado ou reciclado e é um produto natural e produzido em Portugal [8]. Algumas empresas detentoras de sistemas com este tipo de isolante, também têm selecionado para a execução da camada de base argamassas constituídas com base em cal ou cal e cimento. Os ETICS, como são sistemas aplicados nas fachadas dos edifícios, são vulneráveis ao aparecimento de algumas anomalias, como é caso o humedecimento prolongado das camadas interiores, e da fissuração. O humedecimento prolongado da camada de base pode ocorrer quando os materiais utilizados são muito porosos e permeáveis, ou quando apresentam fissuração, permitindo a penetração da água. O aparecimento desta anomalia provoca perda de eficácia do isolante térmico e contribui para a degradação de todo o sistema [6]. Este estudo pretende analisar o desempenho à água de argamassas utilizadas na execução da camada de base de ETICS, através da execução de uma campanha experimental com a determinação de diversas características, não previstas no ETAG 004, tais como: massa volúmica aparente, módulo de elasticidade calculado através de frequência de ressonância e através de ultrassons, porosidade aberta, absorção de água por capilaridade e estabelecer uma correlação dessas características com o comportamento à água dos sistemas de ETICS em que são aplicadas. 2. ANÁLISE DO DESEMPENHO À ÁGUA DAS ARGAMASSAS PARA A EXECUÇÃO DA CAMADA DE BASE 2.1 Objetivos da campanha experimental A campanha experimental foi traçada com o objetivo de analisar o desempenho à água de quatro argamassas utilizadas na execução da camada de base com diferentes características. Alguns dos ensaios selecionados não se encontram previstos no ETAG 004 [4]. A Tabela 1 apresenta os objetivos e exigências de cada ensaio. Figura 1: Ensaio higrotérmico sobre sistema ETICS aplicado sobre murete de 3 m x 2 m Figura 2: Provetes dos sistemas completos (camada de base armada + isolante) Figura 3: Provetes prismáticos das argamassas utilizadas na camada de base 2

3 Tabela 1 Objetivos dos ensaios e exigências Ensaio Objetivos Exigências do ETAG 004 [4] Envelhecimento natural (, e ) Envelhecimento artificial (ensaio com câmara higrotérmica) 1 capilaridade 2 Observar o comportamento da argamassa com diferentes idades. Observar o comportamento do sistema ETICS aplicado numa parede de alvenaria após um conjunto de ciclos de calor-chuva e calor-frio, durante cerca de. Verificar a capacidade das argamassas resistirem à absorção de água por capilaridade (Figura 2). * Sistemas aplicados sobre muretes com dimensões aproximadas 3 m x 2 m classificação satisfatória: ausência de anomalias relevantes no sistema, nomeadamente dos seguintes tipos: empolamentos, destacamentos, fendilhação ou perda de aderência. Água absorvida pelo sistema sem acabamento após 1 hora 1 kg/m 2 ; e água absorvida pelo sistema com cada acabamento após 1 h 1 kg/m 2. Humidímetro portátil 1 Análise da humidade da superfície. * Módulo de elasticidade dinâmico com recurso a ultrassons 2 e 3 Módulo de elasticidade Avaliar a compacidade e a rigidez do revestimento aplicado. calculado através * da frequência de ressonância 3 1 Após ciclos higrotérmicos Simular condições climáticas extremas e repetidas com temperaturas entre 0 ºC a -20 ºC (Figura 1). 2 Provetes do sistema 30 cm x 30 cm (Figura 2). 3 Provetes prismáticos (160 mm x 40 mm x 40 mm); 2 Provetes dos sistemas ETICS (30 cm x 30 cm); 3 Sistemas ETICS aplicados sobre os muretes (Figura 3). * Ensaio não previsto no ETAG 004 [4]. * 2.2 Características gerais dos sistemas e constituição das argamassas analisadas para a execução da camada de base Foram analisados quatro sistemas de ETICS M1, M2, M3 constituídos por uma camada de isolante térmico de aglomerado de cortiça expandida (ICB), fixada diretamente ao suporte por um produto de colagem constituído por cal e cimento, no caso de M1, e cal hidráulica, nos casos de M2 e M3. Estes sistemas foram comparados com um sistema com argamassa com base em cimento, também reforçada com rede de fibra de vidro, aplicada sobre um isolante de poliestireno expandido moldado (EPS), que se designou por M4. Após de idade os sistemas foram submetidos a ciclos higrotérmicos. Foram ensaiados também provetes de pequenas dimensões dos referidos ETICS, com dimensões aproximadas a 300 mm x 300 mm e com 3 a 4 mm de espessura de camada de base; estes sistemas foram analisados sem produto de acabamento. Foram efetuados e analisados provetes prismáticos das referidas argamassas (A1 a A4) e ainda provetes dos sistemas completos constituídos por aplicações das argamassas sobre placas com dimensões de 0,30 m x 0,30 m dos respetivos isolantes (P1 a P4). A Tabela 2 apresenta as principais características das argamassas analisadas para execução das camadas de base dos diversos sistemas. Tabela 2 Características principais dos sistemas das argamassas utilizadas na execução da camada de base Características das argamassas para a execução da camada de base Argamassa com cal hidratada e cimento, cargas minerais, resina e fibras sintéticas Argamassa com base em cal hidráulica natural e agregados de cortiça Sistemas aplicados sobre os muretes Designações Provetes dos sistemas Provetes prismáticos das argamassas M1 P1 A1 M2 P2 A2 Argamassa com base em cal hidráulica natural e agregados de cortiça (distinto do sistema M2) Argamassa com base em cimento, resinas sintéticas e aditivos minerais M3 P3 A3 M4 P4 A4 3

4 2.3 Apresentação e análise dos resultados Os resultados dos ensaios efetuados são apresentados nas Tabelas 3 a 5. Tabela 3 Ensaios sobre provetes prismáticas das argamassas utilizadas na execução da camada de base Módulo de elasticidade - Módulo de Massa volúmica calculado através P* aparente (kg/m 3 elasticidade capilaridade (kg/m ) da frequência de (%) 2 ) ultrassons (MPa) 1h ressonância (MPa) A ,8 4,32 3,80 9,95 A ,00 4,82 5,52 23,53 capilaridade (kg/m 2 ) 24 h A ,38 2,85 2,6 8,06 9,04,31 A ,52 0,8 1,13 1,53 2, 4,14 *Porosidade aberta. 12,6 9 13, 2 9,3 15,64 Figura 4: Determinação do módulo de elasticidade (a partir da velocidade de onda) da argamassa A2 ( ) 1123MPa Figura 5: Determinação do módulo de elasticidade (a partir da velocidade de onda) da argamassa A4 ( ) 6849 MPa A Tabela 3 mostra que a argamassa de cimento (A4) apresentou menor valor de porosidade aberta e maior valor massa volúmica aparente; esta argamassa apresentou os valores mais baixos de absorção de água por capilaridade. Quanto aos módulos de elasticidade (determinados através dos dois métodos) foram superiores às argamassas de cal (A2 e A3) e de cal e cimento (A1). Analisando com maior detalhe, na Figura 5, os resultados obtidos através do método de ultrassons, verifica-se uma coincidência quase total dos pontos com a linha de tendência, indiciando uma boa compacidade do material, com ausência de fissuração interna. Em contrapartida, a argamassa de cal (A2) apresentou os valores mais baixos de massa volúmica aparente e o valor de porosidade aberta foi o mais elevado de todas as argamassas analisadas; a referida argamassa apresentou uma absorção de água por capilaridade mais elevada (após 1 h e após 24 h). No caso da argamassa A2, consegue-se observar na Figura 4 uma maior dispersão de resultados a partir do ponto 10 o que poderá indicar a presença de descontinuidades internas. Em todas as argamassas analisadas, a massa volúmica aparente determinada não apresentou variações significativas ao longo do tempo. Os resultados de absorção de água por capilaridade mostraram uma tendência para aumentar ao longo do tempo nos provetes prismáticos, principalmente nas argamassas A1 e A4; em relação aos provetes com base em cal, os valores são semelhantes ou com tendência para diminuir (A2 e A3). Em relação ao módulo de elasticidade através da frequência de ressonância existe um aumento significativo na argamassa de cimento (A4) (de 6510 MPa para 842 MPa ). 4

5 Tabela 4 Ensaios sobre provetes de pequenas dimensões dos sistemas ETICS (300 mm x 300 mm) Provetes Módulo de elasticidade ultrassons (MPa) capilaridade (kg/m 3 ) 1h capilaridade (kg/m 3 ) 24 h P , 0,64 P P3-0,21 0,48 P ,03 0,19 Os provetes de pequenas dimensões dos sistemas ETICS apresentados na Tabela 4 mostram que o valor do módulo de elasticidade determinado através do ensaio de ultrassons é superior no provete P4 (com uma camada de base em cimento). Verificou-se também que o mesmo provete apresentou uma menor absorção de água após 1 h e após 24 h, quando comparado com o provete P1 com aplicação de argamassa para a execução da camada de base de cimento e cal e o provete P3 com argamassa de cal. As Tabelas 3 e 4 permitiram observar uma enorme discrepância entre os valores de absorção de água por capilaridade dos provetes prismáticos das argamassas e os provetes dos ETICS (argamassa aplicada sobre o isolante). As espessuras de argamassa são diferentes; no caso dos provetes prismáticos têm uma altura de 160 mm e uma área de contacto com a água de 40 mm x 40 mm, enquanto os provetes dos respetivos sistemas ETICS têm espessuras entre 3 a 4 mm de camada de base com uma área de contacto de 300 mm x 300 mm. Tabela 5 Ensaios sobre sistemas ETICS aplicados em muretes (3 m x 2 m) Módulo de elasticidade Humidímetro portátil (%) ultrassons (MPa) Após ciclos higrotérmicos Após ciclos Altura da zona Zona de ensaio de ensaio (m)* Z1 Z2 Z3 Z4 M1-321 M M *Altura da base do murete. 0,06 0,0 0,0 0,0 0,0 0,04 0,0 0,0 0,0 0,0 0,02 0,0 0,0 0,0 0,0 0,06 0,0 2,0 2,0 2,4 0,04 0,0 4,1 4,1 5,0 0,02 0,0 4,8 4,8 4,5 0,06 0,0 0,0 0,0 0,0 0,04 0,0 0,0 0,0 0,0 0,02 0,0 0,0 0,0 0,0 Figura 6: Determinação do módulo de elasticidade da M2 após ciclos higrotérmicos (1214 MPa) Figura : Determinação do módulo de elasticidade da M4 após ciclos higrotérmicos (6392 MPa) Os sistemas aplicados sobre os muretes referidos na Tabela 5 foram sujeitos a ciclos higrotérmicos. O ETICS M2, quando sujeito ao ensaio de ultrassons, apresentou um módulo de elasticidade mais baixo do que os muretes M1 e M4; a 5

6 Figura 6 mostra que este sistema apresenta pontos (que representam a velocidade de onda ultrassónica) com alguma dispersão o que poderá indiciar descontinuidades no interior da argamassa, eventualmente micro-fissuração, que pode estar na origem da presença de humidade, que foi detetada através do ensaio de humidímetro portátil (tabela 5). 3. CORRELAÇÃO DE RESULTADOS DE ENSAIOS 3.1 Correlação entre as características determinadas sobre as argamassas (sob a forma de provetes prismáticos) As Figuras de 8 a 11 apresentam as correlações entre os ensaios efetuados sobre os provetes prismáticos das argamassas, com o objetivo de analisar a consistência dos mesmos e a sua capacidade de representar as características das argamassas analisadas. É possível observar na Figura 8 que existe uma boa correlação (R 2 próximo de 1), em relação aos dois métodos para determinação do módulo de elasticidade. A Figura 9 mostra que quanto maior o valor de porosidade aberta, menores os valores dos módulos de elasticidade determinados através dos dois métodos. A Figura 10 apresenta também uma relação entre os valores de absorção de água por capilaridade e o valor de porosidade aberta, os resultados mostram que os maiores valores de porosidade aberta correspondem aos valores superiores de absorção de água. A Figura 11 permite verificar que quanto maior o módulo de elasticidade determinado por qualquer dos métodos, menor o valor de absorção de água, também relacionado com menor porosidade, como é evidenciado na Figura 10. Figura 8: Relação entre os dois ensaios para determinação do módulo de elasticidade Figura 9: Relação entre os dois ensaios para determinação do módulo de elasticidade e a porosidade aberta Figura 10: Relação entre a absorção de água por capilaridade e a porosidade aberta Figura 11: Relação entre a absorção de água por capilaridade e o módulo de elasticidade por ultrassons 3.2 Correlação entre as características determinadas sobre os provetes prismáticos das argamassas (A), os provetes dos sistemas ETICS (P) e os mesmos sistemas aplicados sobre os muretes (M). A Figura 12, mostra que a argamassa 2 apresenta uma tendência para valores mais baixos do módulo de elasticidade, independentemente do tipo de provete (A, P e M). Na análise da Figura 13, verifica-se que os maiores valores de absorção de água por capilaridade, após 1 h, nos provetes prismáticos de argamassa correspondem aos valores mais elevados nos ensaios de absorção por capilaridade nos provetes dos ETICS. A Figura 14 também evidencia uma boa correlação entre a tendência para maiores valores de absorção de água por capilaridade após 24 h nos dois tipos de provetes analisados A (A1, A3 e A4) e P (P1, P2 e P4) 6

7 Figura 12: Relação entre os resultados do módulo de elasticidade por ultrassons dos diferentes provetes analisados (A, P e M) Figura 13: Relação entre os resultados da absorção de água por capilaridade após 1 h dos diferentes provetes analisados (A e P) Figura 14: Relação entre os resultados da absorção de água por capilaridade após 24 h dos diferentes provetes analisados (A e P) 4. CONCLUSÕES Os resultados mostram que as argamassas com massa volúmica mais elevada apresentam também valores mais elevados de módulo de elasticidade, tanto nos provetes prismáticos (A) como nos provetes dos sistemas ETICS (P), como nos sistemas aplicados sobre muretes (M). Os maiores valores de módulo de elasticidade refletem-se também em menores porosidades abertas e consequentes menores absorções de água, indiciando maior compacidade dessas argamassas. O sistema M2 aplicado sobre o murete, quando sujeito ao ensaio de ultrassons, apresentou uma dispersão de valores de velocidade de propagação de onda (Figura 6), que pode revelar a presença de fissuração; a presença de humidade detetada através do ensaio de humidímetro portátil aponta também para a existência dessas descontinuidades. A correlação entre os resultados dos ensaios permitiu verificar que: a) na análise das diferentes argamassas (A): existe uma boa correlação entre os dois métodos utilizados no cálculo do módulo de elasticidade; a um aumento de porosidade corresponde uma diminuição do módulo de elasticidade e um aumento da absorção de água; b) na análise dos diferentes tipos de provetes das argamassas (A, P e M): existe uma boa correlação entre o módulo de elasticidade nos provetes prismáticos (A) e nos provetes de ETICS (P); independentemente do tipo de provete (A, P ou M), os valores do módulo de elasticidade e de absorção de água apresentam tendências semelhantes, no mesmo tipo de argamassas (1, 2, 3 ou 4). Através dos resultados da campanha experimental, concluiu-se que a existência de micro-fissuração não visível pode ser detetada pela conjugação de resultados de ensaios de velocidade de ondas ultrassónicas, com dispersões pontuais de valores, e de medição do teor de água com recurso a humidímetro portátil. A argamassa de cimento apresentou valores superiores de módulo de elasticidade e inferiores de porosidade e de absorção de água. No entanto, a rigidez relativamente elevada não originou, neste caso, fissuração após ciclos higrotérmicos, concluindo-se que não é excessiva.

8 Por outro lado, as argamassas com base em cal A1 e A3, apesar de terem características aparentemente menos favoráveis que as de cimento, apresentaram bom comportamento quando aplicadas nos sistemas, respetivamente M1 e M3, sem fissuração nem indícios de humedecimento após o ensaio de ciclos higrotérmicos. Os resultados obtidos sobre provetes prismáticos de argamassas dão indicações sobre o seu comportamento em sistemas ETICS, revelando, nomeadamente, uma maior ou menor tendência para a penetração da água. No entanto, só a aplicação nos sistemas completos permite confirmar essa tendência. 5. AGRADECIMENTOS Este trabalho insere-se no Projeto de Investigação e Inovação do LNEC REuSE - Revestimentos para Reabilitação: Segurança e Sustentabilidade. Um agradecimento aos colaboradores do Departamento de Edifícios (Núcleo de Revestimentos e Isolamentos) do LNEC Ana Maria Duarte, Bento Sabala e Ricardo Resende na realização da campanha experimental. 6. REFERÊNCIAS [1] C. Araújo, M. Almeida and L. Bragança Analysis of some Portuguese thermal regulation parameters, Energy and Buildings, vol. 58, 2013, pp [2] M. R. Veiga, S. Malanho Isolamento e impermeabilização de fachadas: contribuição dos revestimentos,construção Magazine vol. 54 Isolamento e Impermeabilização, maio, 2013, pp [3] Moret Rodrigues, A., Braga, A. M., and Canha da Piedade, A. Térmica dos edifícios,(e. ORION, ed.), [4] European Organization for Technical Approvals (EOTA) Guideline for European Technical Approval of External Thermal Insulation Composite Systems with Rendering, ETAG 004, EOTA, Brussels, February, [5] M. R. Veiga, C. Pina-Santos, Contribuição dos revestimentos de fachada para a eficiência energética dos edifícios, 4ªs Jornadas PINTUMED, Lisboa, Centro Cultural de Belém, [6] LNEC, Curso de Isolamento térmico de edifícios, Lisboa, LNEC, [] I. Simões, N. Simões, and A. Tadeu: Thermal delay simulation in multilayer systems using analytical solutions, Energy & Buildings, Elsevier B.V., 49, , [8] Gil, L. Ciência e Engenharia de Materiais de Construção. Ciência e Engenharia de Materiais de Construção Cortiça, IST Press, Lisboa,