Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico

MEDIÇÃO DO TEOR DE HUMIDADE E SUA IMPORTÂNCIA NO DIAGNÓSTICO ANDRÉ OLIVEIRA MOREIRA DOMINGUES Dissertação submetida para satisfação parcial dos requisitos do grau de MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL — ESPECIALIZAÇÃO EM CONSTRUÇÕES Orientador: Professor Doutor Vasco Manuel Araújo Peixoto de Freitas JUNHO DE 2016 MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2015/2016 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Tel. +351-22-508 1901 Fax +351-22-5081446  [email protected] Editado por FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Rua Dr. Roberto Frias 4200-465 PORTO Portugal Tel. +351-22-508 1400 Fax +351-22-5081440  [email protected]  http://www.fe.up.pt Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia Civil - 2015/2016 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2016. As opiniões e informações incluídas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respetivo Autor, não podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relação a erros ou omissões que possam existir. Este documento foi produzido a partir de versão eletrónica fornecida pelo respetivo Autor. Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico Aos meus Pais e Irmão "A imaginação é a mais importante que o conhecimento" Albert Einstein Medição do teor de humidade e sua importância para o diagnóstico Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico i AGRADECIMENTOS Com a finalização da presente dissertação, quero agradecer primeiramente aos meus pais que me proporcionaram ter o privilégio de ingressar no ensino superior e ter a melhor educação possível. Desde sempre estiveram do meu lado a apoiar-me intensamente. Pretendo ainda agradecer ao meu irmão, que embora distante, mantém uma ligação emocional que me dá força para superar os objetivos. Aos meus avós que ternamente se preocupam comigo e que certamente vão ficar felizes com o terminar de mais uma etapa da minha vida. À minha namorada, que me apoia na concretização dos meus objetivos de vida e dá-me força para nunca desistir dos meus sonhos. Aos meus amigos. Agradeço por último ao meu orientador, Professor Doutor Vasco Freitas, pelo apoio, motivação, disponibilidade e enorme compreensão demonstrada. Medição do teor de humidade e sua importância para o diagnóstico Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico iii RESUMO Na medida em que a humidade contida em elementos de construção é um dos principais fatores que influenciam a durabilidade dos materiais de construção, o presente trabalho tem como objetivo sensibilizar para a importância da medição do teor de humidade de materiais de construção no controlo de qualidade, diagnóstico de patologias e monitorização. É demonstrada não só a indispensabilidade do conhecimento profundo dos métodos de medição mais indicados para cada situação, como também, a importância do conhecimento do teor de humidade de referência para que se possa interpretar os resultados medidos. Neste sentido, foi efetuado um estudo intensivo dos diferentes métodos de determinação e respetiva aplicabilidade a determinados materiais. São ainda evidenciadas vantagens e limitações dos distintos métodos. Realizou-se uma aplicação experimental de medição do teor humidade a dois casos de estudo pela utilização de dois equipamentos distintos disponibilizados pelo LFC (laboratório de física das construções). Os resultados dos valores do teor de humidade relativa obtidos pela leitura dos equipamentos utilizados no ensaio foram essenciais para que fosse possível, com recurso a uma ferramenta de cálculo (MATLAB), um mapeamento qualitativo de áreas húmidas. Assim sendo, foi permissível elaborar uma análise crítica sobre: a importância do mapeamento no diagnóstico de manifestações de humidade, a reprodutibilidade de resultados e a sensibilidade destes equipamentos. PALAVRAS-CHAVE: Teor de humidade, métodos de medição, medição in situ. . Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 4.6.2.4. REPRODUTIBILIDADE DE RESULTADOS – MAPEAMENTO HUMIDIMÈTRE (P2) ................................. 90 4.6.2.5. REPRODUTIBILIDADE DE RESULTADOS – MAPEAMENTO PROTIMETER (P2) ................................... 91 4.7. ESTUDO DE SENSIBILIDADE DOS EQUIPAMENTOS ................................................................... 92 4.7.1.1. REGISTOS METEOROLÓGICOS (P1S) .......................................................................................... 92 4.7.1.2. RESULTADOS HUMIDIMÈTRE (P1S) ............................................................................................ 92 4.8. ANÁLISE CRITICA ....................................................................................................................... 95 5. CONCLUSÕES ................................................................................................................. 97 5.1. SÍNTESE DAS CONCLUSÕES OBTIDAS ..................................................................................... 97 5.2. DESENVOLVIMENTOS FUTUROS ............................................................................................... 98 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................................... 99 Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico xi ÍNDICE DE FIGURAS Fig. 1 - Importância do teor de humidade nos diferentes atos de construção ......................................... 2 Fig. 2 - Níveis do teor de humidade do material (kg/kg) .......................................................................... 7 Fig. 3 - Representação de situações em que o teor de humidade é inferior ao crítico (imagem da esquerda) e onde é superior ao crítico (imagem da direita) .................................................................... 7 Fig. 4 - Etapas de fixação de vapor de água por adsorção no domínio higroscópico [1] ........................ 8 Fig. 5 - Curva típica de equilíbrio higroscópico de materiais porosos com respetiva definição do domínio higroscópico, capilar, o teor de humidade crítico (Wcr), o teor de humidade de saturação (Wsat) e o teor máximo de humidade de saturação nos poros (Wmáx).................................................. 9 Fig. 6 - Excesso de água em argamassas ............................................................................................. 12 Fig. 7 - Molhagem excessiva do tijolo (assentamento) .......................................................................... 12 Fig. 8 - Esquema representativo de dois elementos construtivos idênticos sujeitos a diferentes condições de Temperatura, humidade relativa e pressões interiores e exteriores distintas. Na situação da esquerda todas as variáveis mantêm-se constantes, no caso da direita existe gradiente de temperatura e variações de humidade relativa e de pressão ........................................... 14 Fig. 9 - Condensação num vão envidraçado ......................................................................................... 14 Fig. 10 - Condensação em elementos estruturais não aparentes ......................................................... 15 Fig. 11 - Parede com manifestação de humidade ascensional ............................................................. 16 Fig. 12 - Parede com manifestação acentuada de humidade ascensional devido ao revestimento cerâmico funcionar como um impermeabilizante parcial ....................................................................... 16 Fig. 13 - Parede com manifestação de humidade ascensional devido a pendente (degraus) para a parede exterior ....................................................................................................................................... 17 Fig. 14 - Infiltração pontual por deficiente fixação do tubo de queda .................................................... 17 Fig. 15 - Infiltração devido a rotura de canalizações.............................................................................. 18 Fig. 16 - Este diagrama ilustra os diferentes teores de humidade para diferentes materiais de construção, todos em equilíbrio. O exemplo à esquerda e á direita mostra a condição seca (seguro) e molhada (perigoso), respetivamente .................................................................................... 20 Fig. 17 - Balança de precisão de 1mg com estrutura de vidro, para limitar a influência de poeira e fluxos de ar na medição e estufa ventilada ............................................................................................ 22 Fig. 18 - Termo balança portátil para aplicações do método gravimétrico no local ............................... 22 Fig. 19 - Medição da pressão (bar), em função do tempo decorrido (segundos), de uma reação química entre o carboneto de cálcio(CaC2) e água líquida destilada(H2O) .......................................... 26 Fig. 20 - Equipamento de medição do método de cálcio carboneto: (1) garrafa de pressão de gás, (2) carbureto de cálcio ampola, (3) esferas de aço (4), manómetro ...................................................... 27 Fig. 21 - Kit para o método de cálcio carboneto. (1) Garrafa de pressão com termómetro de superfície, (2) manómetro digital, (3) recipiente para armazenar a amostra, (4) escova de limpeza, Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico (5) ampolas de carbonato de cálcio (6) utensilio para recolha de amostras, (7) etiquetas para rotular as amostras, (8) mala de transporte, (9) sacos de plástico estanques ...................................... 27 Fig. 22 - Junta desgastada e sinais de sujidade .................................................................................... 28 Fig. 23 - Sequência de colocação na garrafa de pressão no procedimento de calibração. (1) esferas de aço, (2) ampola de água destilada, (3) ampola de carbonato de cálcio ............................. 28 Fig. 24 - Procedimento de recolha de amostras para um saco estanque e respetivo esmagamento manual com recurso a um martelo de 1000g ......................................................................................... 31 Fig. 25 - Teor de humidade da Madeira (%) em função da resistência elétrica logarítmica (MΩ) medido a 27 °C. A área sombreada corresponde a 90% dos valores de teste ..................................... 32 Fig. 26 - Equipamento Protimeter para medição do teor de humidade através dos 2 elétrodos (método de resistência elétrica) ............................................................................................................. 33 Fig. 27 - Equipamento de medição do teor de húmida, configurado no modo “pinless” (capacitância) [ ....................................................................................................................................... 38 Fig. 28 - Espetro eletromagnético que traduz a frequência (Hz) e comprimento de onda (m) no vazi . 40 Fig. 29 - Gráfico comparativo da atenuação de onda emitida pelo transmissor no momento t0 e respetivo decréscimo (atenuação de picos) quando atravessa um meio dielétrico no momento t1 (linha preta) em ralação a uma onda propagada no vazio. (linha tracejada) ........................................ 41 Fig. 30 - Profundidade de atuação de um equipamento baseado na técnica micro-ondas (esquerda) e capacitância (direita) ......................................................................................................... 42 Fig. 31 - Raio de atuação de um equipamento baseado na técnica micro-ondas aplicado somente num material (tijolo se estar em contacto com a argamassa) ............................................................... 43 Fig. 32 - Atenuação de sinal (AU) emitido pelo aparelho á medida que a distância, L (cm) , entre a sonda e objeto aumenta (linha azul escuro). A Linha azul clara é uma regressão da atenuação dos picos ....................................................................................................................................................... 44 Fig. 33 - Exemplo de aplicação do método TDR que relaciona a voltagem do sinal (mV) em função do tempo percorrido (ps) para o material seco (em cima) e húmido (em baixo) ................................... 46 Fig. 34 - O gráfico traduz uma comparação da medição do teor de humidade, em percentagem (volumétrico), através do método gravimétrico e TDR, de duas amostras de solo idênticos, mas sujeitos a condições de precipitação diferente. A linha contínua traduz uma relação perfeita de 1:1. A situação 1 corresponde ao provete com condições de precipitação menores. A situação 2 corresponde á amostra de solo sujeita a precipitação mais intensa ..................................................... 48 Fig. 35 - Distribuição espectral da medição do processo de interação dos raios gama no cristal dos diferentes processos (fotelétrico, compton, produção de pares) e respetivo aumento de cintilações .. 49 Fig. 36 - a) Detetor e proteção com colimador e b) proteção e colimador da fonte radioativa .............. 52 Fig. 37 - Aplicação do detetor e proteção com colimador à fonte radioativa no suporte metálico (imagem da direita) ................................................................................................................................ 52 Fig. 38 - Unidade eletrónica ................................................................................................................... 53 Fig. 39 - Conjunto do sistema de medida. Unidade eletrónica e estrutura de suporte ajustável .......... 53 Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico xiii Fig. 40 - Análise comparativa da massa obtida por secagem e por integração dos perfis hídricos – embebição do betão celular (primeiro gráfico). Análise comparativa da massa obtida por secagem e por integração dos perfis hídricos – secagem do betão celular (segundo gráfico) ............................ 53 Fig. 41 - Sistema de medição portátil do teor de humidade através da técnica NMR de acesso unilateral ................................................................................................................................................. 56 Fig. 42 – Conjunto do íman e respetiva bobina ..................................................................................... 56 Fig. 43 - Medição do teor de água pela aplicação do método NMR a uma amostra de betão leve e respetiva calibração através do método destrutivo (gravimétrico) ......................................................... 57 Fig. 44 - Correlação entre o teor de humidade medido com o método NMR e o teor de humidade medido por gravimetria de 2 tipos de cimento Portland (CEM1 e CEM2) e uma argamassa tradicional ............................................................................................................................................... 57 Fig. 45 – Funcionamento esquemático do equipamento NMR portátil de acesso unilateral ................. 58 Fig. 46 – Equipamento NMR portátil de acesso unilateral, munido de uma plataforma elevatória ....... 58 Fig. 47 – Interface do programa MATLAB ............................................................................................. 65 Fig. 48 - Interface do programa MATLAB .............................................................................................. 66 Fig. 49 – Programa MATLAB ................................................................................................................. 66 Fig. 50 - Programa MATLAB .................................................................................................................. 67 Fig. 51 - Programa MATLAB .................................................................................................................. 67 Fig. 52 - Programa MATLAB .................................................................................................................. 68 Fig. 53 - Programa MATLAB .................................................................................................................. 69 Fig. 54 - Programa MATLAB .................................................................................................................. 69 Fig. 55 - Programa MATLAB .................................................................................................................. 70 Fig. 56 - Programa MATLAB .................................................................................................................. 71 Fig. 57 - Programa MATLAB .................................................................................................................. 71 Fig. 58 - Programa MATLAB .................................................................................................................. 72 Fig. 59 - Compartimento principal voltado a norte onde existe manifestações de humidades (P1) ...... 73 Fig. 60 – Patologia evidenciada na parede do caso de estudo 2 (P2) .................................................. 74 Fig. 61 - Patologia evidenciada na parede do caso de estudo 2 (P2) ................................................... 74 Fig. 62 – Humidimètre CEBTP-MXU ...................................................................................................... 76 Fig. 63 – Curva de calibração para materiais distintos (betão, argamassa, gesso) [63] ....................... 76 Fig. 64 – Protimeter MMS2 .................................................................................................................... 77 Fig. 65 - Temperatura registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 10/05/2016 ................... 78 Fig. 66 - Hr (%) registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 10/05/2016 .............................. 78 Fig. 67 - Temperatura registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 17/05/2016 ................... 79 Fig. 68 - Hr (%) registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 17/05/2016 .............................. 79 Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico Fig. 69 - Temperatura registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 21/05/2016 ................... 79 Fig. 70 - Hr (%) registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 21/05/2016 .............................. 80 Fig. 71 - Temperatura registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 25/05/2016 ................... 80 Fig. 72 - Hr (%) registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 25/05/2016 .............................. 80 Fig. 73 - Primeiro ensaio com recurso ao equipamento Humidimètre calibrado com o valor 200 (P1H1) .................................................................................................................................................... 81 Fig. 74 - Primeiro ensaio com recurso ao equipamento Humidimètre calibrado com o valor 200 (P1H2) .................................................................................................................................................... 81 Fig. 75 – Diferença das leituras registadas com o Humidimètre entre o primeiro e segundo ensaio ... 82 Fig. 76 - Primeiro ensaio com recurso ao equipamento Protimeter MMS2 (P1P1) ............................... 82 Fig. 77 - Segundo ensaio com recurso ao equipamento Protimeter MMS2 (P1P2) .............................. 82 Fig. 78 - Diferença das leituras registadas com o Protimeter entre o primeiro e segundo ensaio ........ 82 Fig. 79 - Mapeamento de áreas húmidas (MATLAB) obtidas pelo primeiro ensaio medido com o equipamento Humidimetre calibrado para o valor de 200 (caso de estudo 1) (P1H1) .......................... 83 Fig. 80 - Mapeamento de áreas húmidas (MATLAB) obtidas pelo segundo ensaio medido com o equipamento Humidimetre calibrado para o valor de 200 (caso de estudo 1) (P1H2) .......................... 83 Fig. 81 - Mapeamento de áreas húmidas (MATLAB) obtidas pelo primeiro ensaio medido com o equipamento Protimeter.(caso de estudo 1) (P1P1) .............................................................................. 84 Fig. 82 - Mapeamento de áreas húmidas (MATLAB) obtidas pelo segundo ensaio medido com o equipamento Protimeter. (caso de estudo 1) (P1P2) ............................................................................. 84 Fig. 83 - Temperatura registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 15/05/2016 ................... 85 Fig. 84 - Hr (%) registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 15/05/2016 .............................. 85 Fig. 85 - Temperatura registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 18/05/2016 ................... 86 Fig. 86 - Hr (%) registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 18/05/2016 .............................. 86 Fig. 87 - Temperatura registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 22/06/2016 ................... 86 Fig. 88 - Hr (%) registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 22/05/2016 .............................. 87 Fig. 89 - Temperatura registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 06/06/2016 ................... 87 Fig. 90 - Hr (%) registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 06/06/2016 .............................. 87 Fig. 91 – Primeiro ensaio com recurso ao equipamento Humidimètre calibrado com o valor 200 (P2H1) .................................................................................................................................................... 88 Fig. 92 - Primeiro ensaio com recurso ao equipamento Humidimètre calibrado com o valor 200 (P2H2) .................................................................................................................................................... 88 Fig. 93 -Diferença das leituras registadas com o Humidimètre entre o primeiro e segundo ensaio ..... 88 Fig. 94 – Primeiro ensaio com recurso ao equipamento Protimeter MMS2 (P2P1) .............................. 89 Fig. 95 –Segundo ensaio com recurso ao equipamento Protimeter MMS2 (P2P2) .............................. 89 Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico xv Fig. 96 - Diferença das leituras registadas com o Protimeter MMS2 entre o primeiro e segundo ensaio ..................................................................................................................................................... 89 Fig. 97 - Mapeamento de áreas húmidas (MATLAB) obtidas pelo primeiro ensaio medido com o equipamento Humidimètre calibrado para o valor de 200 (caso de estudo 2) (P2H1) .......................... 90 Fig. 98 - Mapeamento de áreas húmidas (MATLAB) obtidas pelo segundo ensaio medido com o equipamento Humidimètre calibrado para o valor de 200 (caso de estudo 2) (P2H2) .......................... 90 Fig. 99 - Mapeamento de áreas húmidas (MATLAB) obtidas pelo primeiro ensaio medido com o equipamento Protimeter (caso de estudo 2) (P2P1) .............................................................................. 91 Fig. 100 - Mapeamento de áreas húmidas (MATLAB) obtidas pelo segundo ensaio medido com o equipamento Protimeter (caso de estudo 2) (P2P2) .............................................................................. 91 Fig. 101 – Temperatura registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 27/05/2016 ................. 92 Fig. 102 – Hr (%) registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 27/05/2016 ........................... 92 Fig. 103 - Equipamento calibrado para 190 ........................................................................................... 93 Fig. 104 - Equipamento calibrado para 200 ........................................................................................... 93 Fig. 105 - Equipamento calibrado para 210 ........................................................................................... 93 Fig. 106 - Mapeamento de áreas húmidas (MATLAB) obtidas pelo equipamento Humidimètre calibrado para o valor de 190 (caso de estudo 2) ......................................................................................................... 94 Fig. 107 - Mapeamento de áreas húmidas (MATLAB) obtidas pelo equipamento Humidimètre calibrado para o valor de 200 (caso de estudo 2) ......................................................................................................... 94 Fig. 108 - Mapeamento de áreas húmidas (MATLAB) obtidas pelo equipamento Humidimètre calibrado para o valor de 210 (caso de estudo 2) ......................................................................................................... 95 Medição do teor de humidade e sua importância para o diagnóstico ÍNDICE DE QUADROS Quadro 1 – Valores do teor de humidade dos materiais em kg/m3 ....................................................... 10 Quadro 2 – Valores de teores de humidade dos materiais para humidades relativas de 50% e 80% .. 11 Quadro 3 – Precisão da balança consoante a precisão do teor de humidade desejado ...................... 21 Quadro 4 – Temperatura de secagem (°C) em estufa aconselhada de acordo com o material. .......... 24 Quadro 5 – Quantidade de massa de amostra necessária consoante o teor de humidade assumido . 29 Quadro 6Tabela de conversão para uma temperatura ambiente de 20ºC (kg/kg) ............................. 30 Quadro 8 – Estado do material consoante os valores apresentados pelo Protimeter ........................... 77 Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico xvii SÍMBOLOS, ACRÓNIMOS E ABREVIATURAS HrHumidade relativa (%) w - Teor de humidade mássico ou ponderal (kg/kg) cr w - Teor de humidade mássico crítico (kg/kg) sat w - Teor de humidade mássico de saturação (kg/kg) máx w - Teor de humidade mássico máximo (kg/kg) h w - Domínio higroscópico (kg/kg) cap w - Domínio capilar (kg/kg) u - Teor de humidade em massa por unidade de volume (kg/m3) cr u - Teor de humidade em massa por unidade de volume crítico (kg/m3) sat u - Teor de humidade de saturação em massa por unidade de volume (kg/m3) máx u - Teor de humidade máximo em massa por unidade de volume (kg/m3)  - Teor de humidade volúmico (m3/m3) cr  - Teor de humidade volúmico crítico (m3/m3) sat  - Teor de humidade volúmico de saturação (m3/m3) máx  - Teor de humidade volúmico máximo (m3/m3)  – Densidade (kg/m3) w  – Densidade da água (kg/m3) s  - Densidade da amostra seca (kg/m3) 0  – Densidade da amostra seca (kg/m3) s V – Volume da amostra seca (m3) e V -Volume de água do material (m3) mh – Massa da amostra húmida (kg) ms – Massa da amostra húmida (kg) I – Intensidade transmitida pelo feixe (contagens/s) I0 - Intensidade da radiação incidente (contagens/s) Iw - Intensidade da amostra molhada (contagens/s) Is - Intensidade da amostra seca (contagens/s); Medição do teor de humidade e sua importância para o diagnóstico xviii  - Coeficiente de absorção ou atenuação do material (m2/kg) S  – Coeficiente de absorção da amostra seca (m2/kg) w  - Coeficiente de absorção da água (m2/kg) C - Capacitância  - Permissividade relativa do meio envolvente (-) v  - Permissividade relativa do vácuo (-) ar  - Permissividade relativa do ar (-) w  - Permissividade relativa da água (-) A - Área (m2) L – comprimento (m) d – Espessura do material (m) λ - Comprimento de onda (m) f - Frequência (Hz) c - Velocidade de propagação (m-s-1) p t - Tempo de percurso ao longo do sensor de TDR (PS) ar t - O tempo de percurso no ar (PS) w t - O tempo de percurso da água (PS) si  -Temperatura superficial interior (ºC) i  - Coeficiente de transmissão térmica interior (ºC) e  - Temperatura exterior (ºC) U - Resistência superficial interior (W/m2.ºC) Rsi – resistência superficial interior (m2.ºC/W) LFC – Laboratório de Física das Construções. FEUP – Faculdade de Engenharia Universidade do Porto. NMR – Nuclear Magnetic Resonance. CEBTP – Centre d’Expertise du Batiment et des Travaux Public. FIG.- Figura. P1H - parede do caso de estudo 1 com o equipamento Humidimètre Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico xix P1H1 – Primeiro ato de medição da parede do caso de estudo 1 com o equipamento Humidimètre. P1H1 - Segundo ato de medição parede do caso de estudo 1 com o equipamento Humidimètre. P1P - parede do caso de estudo 1 com o equipamento Protimeter. P1P1 – Primeiro ato de medição da parede do caso de estudo 1 com o equipamento Protimeter. P1P2 - Segundo ato de medição parede do caso de estudo 2 com o equipamento Protimeter. P2H - Parede do caso de estudo 2 com o equipamento Humidimètre. P2H1 – Primeiro ato de medição da parede do caso de estudo 2 com o equipamento Humidimètre. P2H2 - Segundo ato de medição parede do caso de estudo 2 com o equipamento Humidimètre. P2P - Parede do caso de estudo 2 com o equipamento Protimeter. P2P1 – Primeiro ato de medição da parede do caso de estudo 2 com o equipamento Protimeter. P2P2 - Segundo ato de medição parede do caso de estudo 2 com o equipamento Protimeter. P2s – Estudo de sensibilidade realizado na parede do caso de estudo 2 com o equipamento Humidimètre Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 6 Em alternativa através da expressão: 0 *u  w (3) Em que: s V – Volume da amostra seca (m3) 0  – Densidade da amostra seca (kg/m3)  Teor de humidade volúmico (  ) - Relação entre o volume de água do material (Ve) e o volume aparente do mesmo em estado seco (Vs), expressa em m3/m3: 100* s shV VV    (4) Em alternativa através da expressão: w w    0 * (5) Em que: w  – Densidade da amostra húmida (kg/m3) 2.2.1. NÍVEIS DE TEOR DE HUMIDADE Os materiais de construção são normalmente porosos, o que implica que possuem três fases:  Sólida (a estrutura do material);  Líquida (água livre e de absorção contida nos poros);  Gasosa (ar incluído nos poros). Assim sendo, estes materiais podem adquirir moléculas de água por diferentes processos nomeadamente [1]:  Adsorção (moléculas de água presentes no ar);  Capilaridade;  Contacto com água liquida  Condensação do vapor de água contido na parte interna dos materiais. Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 7 Os materiais quando estão em contacto com moléculas de vapor de água têm tendência para retê-las devido à natureza polar das mesmas (fenómeno de adsorção). Mediante essa quantidade de água fixada aquando da variação da humidade relativa do meio, os materiais são mais ou menos higroscópicos e consequentemente o seu teor de humidade altera-se. Um material pode ser não higroscópico (como por exemplo materiais que não tenham poros internos: vidro, plástico e aço) caso a sua massa seja aproximadamente constante em relação às variações de humidade relativa do meio onde se inserem. Assim sendo, o teor de humidade de um material higroscópico pode ser compreendido consoante a fase e domínio em que se encontra como se pode constatar com a imagem da Fig. 2. Fig. 2 - Níveis do teor de humidade do material (kg/kg) [2] A percentagem do teor de humidade de um dado material é igual a zero, somente quando existe secagem com recurso a meios artificias, uma vez que, não existe nenhum material com o referido teor na sua condição natural [2]. O teor de humidade correspondente ao domínio higroscópico está relacionado com a quantidade de água que um material possui quando se encontra em equilíbrio com a humidade relativa do meio, podendo variar do valor zero (caso a humidade relativa do meio seja zero) até ao limite crítico ou seguro [2]. Fig. 3 - Representação de situações em que o teor de humidade é inferior ao crítico (imagem da esquerda) e onde é superior ao crítico (imagem da direita) [2] Este limite crítico ( cr w , cr  , cr  ) é atingido quando o teor de humidade que um material possui, está em contacto com uma ambiência saturada cujo transporte por capilaridade (água liquida) não é praticamente possível [1]. Abaixo do referido valor, o transporte de humidade efetua-se somente na fase de vapor. Nas situações em que o teor de humidade de um material seja superior ao crítico, há probabilidade de risco de deterioração do mesmo [3]. O valor da humidade relativa correspondente ao teor de Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 8 humidade crítico é de 98 %, uma vez que a norma ISO9346 estabelece um intervalo de valores entre os 95% e os 98% (existem outras abordagens como por exemplo a norma ISO15148). Contudo, este valor depende do material em estudo, como por exemplo, no caso de madeiras e betonilhas cujo seu valor é 80% e 100%, respetivamente [3]. Este limite corresponde ao limiar entre o domínio higroscópico (0% até 98% de Hr) e o domínio capilar (superior a 98%). Por sua vez, o domínio capilar tem como condições fronteiras o teor de humidade crítico e o de saturação, sendo que a massa do material sofre variações na presença de água líquida devido a fenómenos de capilaridade (mecanismo de fixação por sucção). A sucção é inversamente proporcional ao teor de humidade, sendo nulo quando o teor de humidade é máximo [4]. Assim sendo, o teor de saturação (Wsat) está relacionado com a quantidade de água que um material pode conter na presença de água, num determinado período temporal [1], ou seja, diz respeito á máxima capacidade de absorção natural de água permissível. Finalmente, o teor de humidade máximo só é alcançado quando o ar contido nos poros dos materiais (volume não ocupado pelo esqueleto sólido) é totalmente preenchido por água, cuja finalidade só é alcançável por humidificação sob pressão (absorção de água em vácuo) [2]. Em síntese, quando se está dentro do domínio higroscópico existem três etapas de fixação de vapor de água por adsorção devido às forças intermoleculares que atuam na interface sólido-liquido no interior dos poros, nomeadamente (Fig. 4) [1]:  Adsorção mono-molecular caracterizada pela fixação de uma fina camada de moléculas de água na superfície dos poros;  Fixações plurimolecular de várias camadas de moléculas de água sobre a primeira camada absorvida, onde as forças intermoleculares atuam também na interface líquido-líquido;  Condensação capilar quando o diâmetro (d) do poro é suficientemente pequeno, na ordem dos 2 a 20n.m (1n.m=10-9m). Ocorre união das multicamadas de paredes opostas. Fig. 4 - Etapas de fixação de vapor de água por adsorção no domínio higroscópico [1] A higroscopicidade é a capacidade de um dado material fixar água por adsorção e de restituí-la ao meio em que se insere em função das flutuações de temperatura e humidade relativa. Assim, quando um material higroscópico está em contacto com uma ambincia de 0% a 98%, possui a capacidade de fixar moleculas de água no seu interior. Verifica-se adsorção de vapor água por parte do material sempre que a pressão no mesmo for inferior á pressão de vapor do meio ambiente em que se insere. Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 9 Quando se atinge o equilibrio de ambas as pressões deixa de se verificar adsroção (dominio higroscopico) [5]. Deste modo, pode definir-se esquematicamente o comportamento higroscópico dos materiais em função da humidade relativa do ar com as respetivas etapas do processo de fixação de água por adsorção em materiais porosos. Fig. 5 - Curva típica de equilíbrio higroscópico de materiais porosos com respetiva definição do domínio higroscópico, capilar, o teor de humidade crítico (Wcr), o teor de humidade de saturação (Wsat) e o teor máximo de humidade de saturação nos poros (Wmáx) [2] Como se pode constatar na Fig. 5, as curvas têm uma forma em S, sendo o ponto de inflexão, geralmente posicionado entre 30% e 70% de humidade relativa. Existe um fenómeno de histerese das curvas, devido à sua desigualdade, sendo o teor de humidade da curva de adsorção constantemente inferior à de desadsorção. 2.3. VALORES DE REFERÊNCIA A determinação dos valores de referência dos materiais é essencial, uma vez que somente faz sentido medir o teor de humidade dos mesmos, se conhecermos estes parâmetros, pois sem eles, as leituras não têm significado prático. O conhecimento destes valores proporciona definir se um dado material ultrapassou certo nível de teor de humidade. Devido à concretização destes limites somente ser possível com recurso a aplicações experimentais, nomeadamente com recurso ao método gravimétrico, e à necessidade de concluir a presente dissertação num período temporal que não permite a realização dos mesmos, optou-se por fazer referência dos valores encontrados na literatura existente. Contudo, face á dificuldade presente na concretização destes limites, a lista de materiais estudados é reduzida. O Quadro 1 traduz os níveis de teores de humidade que à priori são mais utilizados, nomeadamente: teor de humidade crítico ou seguro, de saturação e máximo. Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 10 Quadro 1 – Valores do teor de humidade dos materiais em kg/m3 Material u cr kg/m3 u sat kg/m3 u máx(kg/m3) r (kg/m3) Betão [6] 100110 110 153 2176 Betão leve [6] 140 (r =935) 97 – 190 (r =872 a 980) 584 (r =973) 644<r<1187 Betão celular [6] ±180 109 + 0.383.r 972 - 0.350. r 455 <r<800 Betão celular [9] - 340 - 600 Betão de Poliestireno [6] - - 489 (r =422) 259<r<792 Argamassa [6] - 283 - 1050<r<2200 Tijolo[6] ±100 7300.287r 10320.4036r 1505<r<2047 Tijolo de silicatos [9] - 275 - 1800 Pedra de areia de cal [6] 120(r =1807) 233 - 1685<r<1807 Gesso [6] - 310 - 975 Estuque [6] - 185 - 830<r<1760 Painel de aglomerado de partículas de resíduos de madeira [6] 600 - - 570<r<800 Madeira [6] 17.3 (Hr=80%) 26(Hr=0.98%) - 400(pinho)<r<690(faia) Contraplacado[6] 435 - - 445<r<799 Placa cimentícia de madeira [6] 180 (r =360) 240 (ρ=360) - 314<r<767 Fibrocimento [6] 350 (r=840) 358(r=1495) 430(r=1495) 823<r<2052 Cortiça [6] 60 - - r >1111 Painel de Isolamento Perlite [6] 150-210 >550 - 135<r<215 Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 11 O quadro seguinte apresenta o teor de humidade higroscópico para humidades relativas de 50% e 80%: Quadro 2 – Valores de teores de humidade dos materiais para humidades relativas de 50% e 80% Material Teor de humidade, Hr=50% Teor de humidade, Hr=80% r (kg/m3) w (kg/ kg)  (m3/m3) w (kg/ kg)  (m3/m3) Silicato de cálcio [7] - 0,007 - 0,012 900 – 2200 Cortiça expandida [7] - 0,008 - 0,011 90 – 140 Betão com agregados de pedra-pomes [7] - 0,02 - 0,035 500 – 1300 Betão com agregados de poliestireno [7] - 0,015 - 0,025 500 – 800 Betão com agregados de argila expandida [7] 0,02 - 0,03 - 400 – 700 Betão celular [7] - 0,03 - 0,03 300 - 1000 Argila expandida [7] 0,026 0,045 200 – 400 Argamassa de alvenaria [7] - 0,04 - 0,06 250 - 2000 Poliestireno expandido [7] - 0 - 0 10 – 50 Poliestireno extrudido [7] - 0 - 0 20 – 65 Poliuretano [7] - 0 - 0 28 – 55 Tijolo de silicatos [8] - 25 - 1900 Gesso [8] - 6 - 850 PVC linóleo [8] - 0 - 1000 2.4. MANIFESTAÇÕES DE HUMIDADE Um elemento construtivo está constantemente exposto a possíveis fontes de humidade, estas que podem ter diferentes origens dependendo da agressividade de exposição a critérios climáticos adversos, do tipo de tecnologia construtiva adotada, do tipo de materiais aplicados e do tipo de metodologias de utilização. As formas de manifestação de humidade podem ser categorizadas em:  Humidade de construção;  Humidade de infiltração/precipitação;  Humidade superficial;  Humidade de condensação interna; Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 12  Humidade ascensional;  Higroscopicidade dos materiais;  Causas fortuitas. 2.4.1. HUMIDADE DE CONSTRUÇÃO A humidade de construção diz respeito ao excesso de água que os materiais possuem na conclusão da fase de execução devido á admissão de água durante o período de construção. Na construção corrente a água está presente, tanto na composição da maioria dos materiais, como nos respetivos processos de construção (por exemplo: composição de betão, argamassa (Fig. 6), humidificação de tijolos na fase de assentamento (Fig. 7)). Associadamente aos fatores anteriores, durante a construção grandes quantidades de água de precipitação são introduzidas nos elementos de construção sem que estes possuam ainda os respetivos revestimentos e proteções apropriadas. A água introduzida, primeiramente, vai sofrer evaporação imediatamente após a execução e durante um curto período de tempo. Numa segunda fase, sofre evaporação lenta da água contida nos poros de maiores dimensões. Por último, a evaporação torna-se mais lenta, pelo que ocorre nos poros de pequenas dimensões [2]. Fig. 6 - Excesso de água em argamassas [10] Fig. 7 - Molhagem excessiva do tijolo (assentamento) [10] 2.4.2. HUMIDADE SUPERFICIAL As condensações superficiais ocorrem quando massas de ar entram em contacto com uma superfície do elemento construtivo, na qual a temperatura é inferior à temperatura de orvalho. Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 13 É possível determinar a temperatura superficial interior através da seguinte expressão [2]:   esisiisi RU   * (6) Em que: si  -Temperatura superficial interior i  - Coeficiente de transmissão térmica U - Resistência superficial interior e  - Temperatura exterior. Através do diagrama psicométrico é possível obter a pressão parcial de vapor interior se conhecermos a temperatura e humidade relativa interior. Constata-se que só se verificam condensações quando a temperatura superficial interior é inferior á temperatura de saturação (ponto de orvalho) para uma dada humidade relativa. As existências de condensações superficiais dependem de vários fatores nomeadamente [10]:  Isolamento térmico de reduzida espessura ou inexistência do mesmo;  Ventilação pouco eficiente;  Materiais de revestimento higroscópicos;  Elevada produção de vapor. 2.4.3. HUMIDADE DE CONDENSAÇÃO SUPERFICIAL INTERIOR Esta vertente de manifestação de humidade caracteriza-se pela ocorrência de condensações internas, ou seja, no paramento interior dos elementos construtivos. O fenómeno referido tem grande probabilidade de ocorrência quando existe arrefecimento de uma massa de ar abaixo da temperatura de saturação (correspondente ao limite de saturação definido no diagrama psicrométrico) originando o aparecimento de condensações [1]. Consoante as propriedades do isolamento térmico (caso exista) e de permeabilidade ao vapor de água dos vários constituintes do material, a temperatura no interior do elemento construtivo vai ser fortemente condicionada [1]. Como podemos constatar pela análise da Fig. 8 quando a humidade relativa do interior e do exterior são idênticas, a pressão instalada e de saturação são constantes pelo que não se verifica risco de condensações. Quando existe um gradiente de temperatura, é possível obter-se a curva de pressões em função da temperatura instalada, e caso coincida com a curva de pressões instaladas ocorre condensações. Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 14 Fig. 8 - Esquema representativo de dois elementos construtivos idênticos sujeitos a diferentes condições de Temperatura, humidade relativa e pressões interiores e exteriores distintas. Na situação da esquerda todas as variáveis mantêm-se constantes, no caso da direita existe gradiente de temperatura e variações de humidade relativa e de pressão [1] A quantificação do risco de condensações internas é normalmente realizada com base no modelo de Glaser. Hoje em dia já se recorre frequentemente a modelos de simulação e calculo (tais como: Wufi, Glasta, Condensa 13788 e Condensa 2000) baseados em algumas das seguintes normas [11]:  DIN4108  BS 5250  CEN TC89EN13788  REEF  NBE CT79 As consequências do efeito de condensação, normalmente, são manchas pretas na face interior das paredes, nos cantos dos compartimentos correspondestes a cunhais de edifícios e nas áreas próximas de vãos (Fig. 9) e elementos estruturais não aparentes (Fig. 10). Este fenómeno é intensificado em locais com elevada produção de vapor (cozinhas, quartos de banho, quartos com fraca insolação) Fig. 9 - Condensação num vão envidraçado [10] Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 15 Fig. 10 - Condensação em elementos estruturais não aparentes [10] 2.4.4. HUMIDADE ASCENSIONAL Este tipo de manifestação de humidade normalmente sucede, de uma forma mais acentuada, quando um elemento construtivo constituído por materiais porosos está em contacto (direto ou indireto) com água em estado líquido (geralmente devido ao contacto com solos húmidos), uma vez que, se reúnem condições propícias ao fenómeno de ascensão capilar. A capacidade de absorção capilar depende das propriedades de humidificação dos grãos sólidos de proporcionar a existência de interfaces curvas entre a água e o ar contido nos poros. No interior dos poros gera-se um gradiente de pressão e desenvolve-se uma pressão capilar (sucção) que varia com a temperatura e teor de humidade [1]. Como consequência desse fenómeno verificam-se anomalias que resultam na detioração dos elementos construtivos, nomeadamente:  Deslocamento de revestimento (cerâmicos, contraplacados);  Degradação de revestimentos (manchas, empolamento e destacamento) geralmente numa cota próxima do piso térreo (com uma altura variável) (Fig.11);  Aglomeração de sais nos elementos construtivos devido à dissolução da água ascensional e frequente criação de eflorescências;  Ambiente propício a fenómenos de insalubridade e desconforto. Estas manifestações são geralmente frequentes quando se conjuga uma situação de presença de água em materiais porosos (alvenaria de pedra, betão, argamassa, alvenaria de tijolo) e a ausência de corte hídrico (impermeabilização superficial das fundações, barreira estanque ou injeção da base da parede com produtos hidrófobos) ou deficiente tecnologia construtiva (elementos não ventilados ou de difícil evaporação de água). A presença de água pode ter origem de água advinda do nível freático de cota elevada em que os materiais possuem elevada absorção de água da chuva (acumulada no solo) e no solo através de água acumulada em superfícies de drenagem, como por exemplo: valetas, canais de drenagem, pavimentos com pendente para escoamento de água. As cotas de ascensão capilar dependem de vários fatores, tais como:  Quantidade de água em contacto com o elemento (Fig.13); Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 22 Fig. 17 - Balança de precisão de 1mg com estrutura de vidro, para limitar a influência de poeira e fluxos de ar na medição e estufa ventilada [11] No caso de o método ser aplicado in situ é necessário uma termo balança portátil (Fig. 18), contudo, não é aconselhado a sua aplicação no local, devido há facilidade com que os resultados são afetados, nomeadamente por:  Pouca experiência do operador, no que diz respeito a ajuste de parâmetros e manipulação da amostra;  Alta sensibilidade da balança que é facilmente influenciada pelo vento, inclinação e vibrações. Fig. 18 - Termo balança portátil para aplicações do método gravimétrico no local (L. Miedema, 2014) Outro forte motivo dissuasor é o tempo necessário para secar cada amostra separadamente [14]. 3.2.3. CALIBRAÇÃO A balança deve ser calibrada antes da sua primeira utilização diária ou sempre que se verifiquem alterações das condições de utilização, de modo a obter-se resultados fidedignos. Devido à sua elevada sensibilidade, a utilização da mesma deve ser realizada num ambiente fechado e neutro, de modo a evitar variações de temperatura, humidade, correntes de ar, exposição direta á luz solar e vibrações. Aquando da calibração, o prato da bandeja deve estar vazio e devidamente limpo. Aconselha-se ainda a verificar a presença do valor zero mostrado no visor da balança. No caso de não se verificarem as condições anteriores, a balança deve ser tarada, zerada e calibrada com recurso a pesos padrão. Embora as normas europeias não esclareçam, entre os vários métodos para medição do teor de humidade, qual o mais aconselhado, as normas ASTM reconhecem o método gravimétrico como o mais preciso e recomendam-no como referência de calibração dos restantes [15]. Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 23 3.2.4. PROCEDIMENTO DE ENSAIO O procedimento de ensaio é determinante para evitar alguns desvios de resultados, e revela-se essencial para padronizar a obtenção dos valores de humidade dos materiais. Deste modo, segue-se uma sugestão de procedimento a adotar:  Primeiramente as amostras deverão ser recolhidas de acordo com o especificado anteriormente no capítulo “recolha de amostras”. Desta forma, dependendo do material e da precisão da balança usada, uma amostra não inferior a 1 g, é retirada da estrutura à profundidade desejável;  A amostra contida dentro do saco (ou garrafa) de polietileno fechado hermeticamente, deve ser colocada numa cápsula de vidro e pesada como um conjunto, devido à possível absorção de humidade externa ou evaporação durante o período temporal desde que a amostra é embalada até que é pesada. A massa do recipiente e da cápsula de vidro deverá ser igualmente pesada (ou fornecida pelo fabricante);  Coloca-se a amostra numa estufa ventilada, submetida a uma dada temperatura constante. A temperatura deve ser controlada consoante o tipo de material em estudo. Como referido anteriormente, e de acordo com Quadro 4 – Temperatura de secagem (°C) em estufa aconselhada de acordo com o material  As amostras que sejam compostas por materiais instáveis devem ser sujeitas a temperaturas menos elevadas. Para estes materiais sensíveis, estabelece-se que temperaturas na ordem dos 40ºC não serão abrasivas. A temperatura adotada para a estufa vai depender do tipo de material em estudo, pois temperaturas demasiado elevadas vão provocar a evaporação da água livre e da água de ligação [16]; Materiais Temperatura de secagem em estufa (°C) Materiais hidratados (ex.: gesso) 40± 2°C Madeiras 103 ± 2°C Betão 103 ± 2°C Argamassa 103 ± 2°C Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 24 Quadro 4 – Temperatura de secagem (°C) em estufa aconselhada de acordo com o material  No momento em que a amostra tenha perdido uma quantidade de massa igual ou menor que duas vezes a sensibilidade escolhida para a balança, em intervalos de 3h, assume-se que a amostra perdeu todo o seu teor em água. A título de exemplo e de acordo com o Quadro 3, para uma amostra de 10g, caso a precisão do teor de humidade desejável seja 0.01 %, a sensibilidade da balança deverá ser de 1mg. Deste modo, considera-se que a amostra perdeu todo o seu teor de água, possível de ser extraído por secagem, quando atingir uma perda de 2mg;  As amostras “secas” devem ser armazenadas num dessecador até atingirem a temperatura ambiente e dessa forma impedidas de alterarem o seu teor em água [13];  Pesa-se a em conjunto a amostra “seca” contida no dessecador fechado;  Registando os dados das pesagens obtidas, conseguimos proceder ao cálculo do teor de humidade, do material em estudo, pela utilização da expressão (6). O procedimento do método gravimétrico pode ser adotado de acordo com alguns documentos, nomeadamente normas e guias de aplicação da técnica, tais como:  EN 13183-1:2002 – Moisture content of a piece of sawn timber – Part 1 : Determination of oven dry method;  CEN/TC89 N338E (1994) - Building materialdetermination of moisture content. Principles of Testing;  CEN-EN ISO 12570:2000 - Higrothermal performance of building materials and products.  BS EN 322:1993 -Wood-based panels. Determination of moisture content;  DIN 18121-1 -Soil, investigation and testing – water content - Part 1: Determination by drying in oven;  ASTM-Designation: D 4442 – 92 (Reapproved 2003) - Standard Test Methods for Direct Moisture Content Measurement of Wood and Wood-Base Materials;  ASTM-Designation: D 2216 – 98 Standard Test Method for Laboratory Determination of Water (Moisture) Content of Soil and Rock by Mass; Materiais Temperatura de secagem em estufa (°C) Materiais hidratados (ex.: gesso) 40± 2°C Madeiras 103 ± 2°C Betão 103 ± 2°C Argamassa 103 ± 2°C Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 25  ASTM-Designation: D 4933-99, Guide for Moisture Conditioning of Wood and Wood-Based Materials;  NP 614 (1973): Madeira. Determinação do teor em água;  NP 1042 (1985): Cortiça. Aglomerados puros expandidos em placas. Determinação do teor de humidade;  NP EN 1097-5:2002: Ensaios das propriedades mecânicas e físicas dos agregados – Parte 5: Determinação do teor de humidade por secagem em estufa ventilada;  NP 606: Cortiça. Granulados de cortiça. Determinação da humidade. 3.2.5. ERROS DE MEDIÇÃO No processo de recolha de amostras podem surgir alguns erros, uma vez que, existe grande influência da capacidade e experiencia humana. Complementarmente, alguns desvios podem surgir devido a limitações do método, nomeadamente:  A presença de substâncias voláteis (que não água) na amostra;  Temperatura da estufa não adequada ao material da amostra. Por exemplo em reabilitação por vezes podemos não ter dados sobre as propriedades do material em estudo;  Alterações das condições in situ da amostra, tanto no momento de recolha, como de armazenamento e transporte;  Difícil aplicabilidade do método em materiais duros;  Recolha de amostras recorrendo a furações prolongadas e de elevadas velocidades de rotação;  Erros a calibrar a balança. 3.3. MÉTODO CARBONATO DE CÁLCIO 3.3.1. PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO O método químico consiste na indução de uma reação química pela adição de uma quantidade específica de carboneto de cálcio (CaC2), que ao reagir com a água contida na amostra, liberta gás acetileno (C2H2) em pressão (e volume) proporcional à quantidade de água [12]. Mais concretamente, por cada molécula de água consumida na reação, é formada a mesma quantidade de gás acetileno. Desta forma, a reação química heterogénea, envolve um reagente sólido (carboneto de cálcio (CaC2)) bastante sensível à presença de água independentemente do estado em que esta se encontre (liquido, solido, gasoso). Como resultado dessa reação, produz-se gás acetileno altamente inflamável (C2H2), hidróxido de cálcio (Ca (OH)2) no estado sólido e energia manifestada sob forma de calor, como se pode verificar [12]:          22 2 22 2HCOHCaOHCaC  (9) É necessário o contacto entre o reagente e a amostra em ensaio para que se inicie a reação anterior. No entanto, a intensidade do contacto entre os compostos da reação e a concentração dos mesmos determina a velocidade do aumento de pressão, isto é, no caso de existir contacto direto entre água à superfície no estado líquido e carbonato de cálcio, ambos com concentrações iguais, a reação é rápida e violenta. Pelo contrário, se o contacto acontecer com água no estado gasoso, em concentrações menores, ou com reduzida quantidade de água à superfície (contida somente no interior da amostra), o aumento de pressão é limitado pelo processo de deslocação da água e a reação é lenta. A água consu- Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 26 mida durante a reação é, somente, a água livre, isto é, não existe influência na água de ligação da amostra (água quimicamente hidratada). Como se pode constatar pela leitura da Fig. 19, quando uma ampola de carbonato de cálcio é colocada em contacto com água líquida destilada, o aumento de pressão (num intervalo entre 1 a 1.25 bar) ocorre em poucos segundos. Fig. 19 - Medição da pressão (bar), em função do tempo decorrido (segundos), de uma reação química entre o carboneto de cálcio(CaC2) e água líquida destilada(H2O) [12] O fim da reação ocorre quando a mesma atinge o equilíbrio, ou seja, quando quase todo o carbonato de cálcio ou quase toda a água “livre” são consumidos. O termo “quase” é aplicado, uma vez que, numa reação química, uma parte residual das substâncias iniciais permanecem num sistema fechado (como é o caso da garrafa de pressão). Quando se atingir o equilíbrio e a pressão se mantiver constante, esta pode ser medida através de um manómetro anexado ao recipiente de pressão onde a reação química é realizada. Relacionando a variação de pressão gerada, com as curvas de calibração de um dado material, obtemos o teor de água [12]. 3.3.2. EQUIPAMENTO O material utilizado para recolha de amostras e preparação do provete, é idêntico ao utilizado para o método gravimétrico. Os equipamentos necessários para a realização do método, in situ ou em laboratório, são normalmente adquiridos em conjunto e armazenados numa maleta de transporte (Fig. 20), tais como os seguintes [12]:  Recipiente (garrafa) de pressão, metálico (Fig. 20), estanque, e com um volume não inferior a 650 ml de acordo com a diretiva 97/23/EC, munido de um manómetro (mecânico ou digital), anexado ao recipiente de acordo com a norma EN 837 -2 (máximo erro absoluto de 25mbar);  Balança digital com precisão não inferior a 0.1g. Em alternativa, pode-se utilizar uma balança mecânica;  Ampolas com carboneto de cálcio, com uma massa de enchimento possível de aproximadamente 7 g (+/- 0.5g) e granulação de 0.7 a 1.0 mm de acordo com DIN 118560-4;  Ampolas de controlo que contêm água destilada, aproximadamente de 1mg; Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 27  4 Esferas de aço (fornecidas pelo fabricante), de modo a favorecer a iniciação da reação pela mistura do reagente com os materiais sólidos e provocar o esmagamento do material;  Juntas de reserva;  Prato metálico com cerca de 75mm de diâmetro;  Escova e pano, para limpeza dos utensílios;  Peneiro, número 4 (4.75 mm), de acordo com requerimentos da norma ASTM D 4944 – 98 especificados em E 11 (utilizado em solos e agregados);  Reagente carboneto de cálcio, finamente pulverizada, com facilidade em se combinar com a amostra e que garanta a produção de gás acetileno de pelo menos 0,14 metros cúbicos / kg;  Sacos de polietileno;  Cronógrafo;  Termómetro de superfície;  Equipamento de segurança, nomeadamente óculos de proteção. Como precaução adicional, é aconselhado o uso de uma mascara, roupa com mangas compridas e luvas, de modo a garantir a proteção do operador contra irritação da pele, olhos e sistema respiratório. Fig. 20 - Equipamento de medição do método de cálcio carboneto: (1) garrafa de pressão de gás, (2) carbureto de cálcio ampola, (3) esferas de aço (4), manómetro [12] Fig. 21 - Kit para o método de cálcio carboneto. (1) Garrafa de pressão com termómetro de superfície, (2) manómetro digital, (3) recipiente para armazenar a amostra, (4) escova de limpeza, (5) ampolas de carbonato de cálcio (6) utensilio para recolha de amostras, (7) etiquetas para rotular as amostras, (8) mala de transporte, (9) sacos de plástico estanques [12] Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 28 3.3.3. CALIBRAÇÃO Antes de se proceder á calibração do equipamento, é necessário certificar que o recipiente está devidamente limpo, seco e que a junta não apresenta qualquer dano. Caso esta não esteja adequada ao uso deve ser substituída ( Fig. 22). As ampolas de controlo são usadas para rever a aptidão do manómetro e da junta, assim como a sua adequabilidade. As esferas de aço, a ampola de controlo (1g) e a ampola de carbonato de cálcio são ordenadamente e cuidadosamente colocadas na garrafa de pressão. Fechase a garrafa com o respetivo manómetro acoplado (Fig. 20). O conjunto deve ser agitado, pelo que as ampolas são quebradas e os reagentes libertados vão reagir. Esta reação normalmente está completa depois de 2 a 3 minutos e a pressão final depende da temperatura, isto é, deve ser 1 bar +/- 0.05 bar para uma temperatura de 20 °C. Caso o valor da pressão medido no manómetro não esteja dentro do intervalo indicado pelo fabricante, a junta é substituída e o ensaio repetido. Se o valor da pressão continuar a apresentar valores não presentes no intervalo, admite-se que o manómetro é defeituoso. Existe uma tolerância de 5% que inclui a variância de volume (+/-1%), a tolerância da quantidade de água +/- 1 %, a precisão do manómetro (+/-2.0 %) e o possível desvio da temperatura de (+/-1% por cada 3 °C de desvio dos 20 °C). Fig. 22 - Junta desgastada e sinais de sujidade [12] Fig. 23 - Sequência de colocação na garrafa de pressão no procedimento de calibração. (1) esferas de aço, (2) ampola de água destilada, (3) ampola de carbonato de cálcio [12] 3.3.4. PROCEDIMENTO Primeiramente remove-se os fragmentos de material para serem testados, recorrendo á utilização do martelo e escopro ou berbequim, contudo o método de recolha não deve influenciar o teor de água do material. Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 29 Colocam-se os fragmentos diretamente num duplo saco de polietileno, ambos hermeticamente fechados. O manuseamento deve ser efetuado com luvas. Com o martelo esmaga-se os fragmentos de maior dimensão para homogeneizar as variações de tamanho dos mesmos (por exemplo amostras de argamassa ou fragmentos de betão (Fig. 24). No caso de fragmentos de classes de resistência mais elevadas aconselha-se o uso de equipamentos elétricos para esmagamento. Os fragmentos devem ser preferencialmente inferiores a 10 mm. Este procedimento é realizado mantendo sempre a amostra dentro dos sacos fechados [12]. Este conjunto é pesado. Sabe-se o peso dos sacos herméticos. Retira-se uma quantidade representativa da amostra para uma tina e pesa-se. A quantidade pesada depende do teor de água contido na amostra, de acordo com o Quadro 5, verifica-se que quanto menor é o teor de humidade, maior é a massa de amostragem necessária. Quadro 5 – Quantidade de massa de amostra necessária consoante o teor de humidade assumido [16] Colocam-se as 4 esferas de metal e de seguida adiciona-se a quantidade de amostra necessária (inversamente proporcional á sua massa) na garrafa de pressão (Fig. 23). Inclina-se o recipiente e introduz-se cuidadosamente a ampola de carboneto de cálcio sem que esta quebre. Procede-se ao fecho da garrafa de pressão. Agita-se vigorosamente o recipiente de pressão de modo a estilhaçar a ampola de cloreto de cálcio. A reação química inicia-se com o estilhaçar da ampola. Os movimentos devem ser efetuados primeiramente na vertical e seguidamente em círculo, com uma duração de aproximadamente 2 min, para garantir que as substâncias não se fixam às paredes do recipiente de pressão. Ao agitar, é aconselhado que uma das mãos segure o fecho da garrafa de pressão. Depois de 5min, agita-se novamente durante 1 min [12]. Antes da leitura da pressão evidenciada pelo manómetro agita-se levemente durante 10 segundos. A leitura do manómetro deve ser efetuada quando a pressão se mantiver constante, no entanto deve ser efetuado, normalmente ao fim dos primeiros 10 min. Esta leitura pode ser feita diretamente ou através da tabela de calibração. Usualmente para um manómetro mecânico clássico usa-se a escala azul, vermelha e preta, para uma quantidade de amostra de 20g, 50g e 100g, respetivamente. Para amostras que contenham maior teor de água (menor massa), utiliza-se a tabela de conversão presente no Quadro 6, na qual é necessário retirar o valor do teor de humidade em função da massa da amostra e da pressão final lida no manómetro, para uma determinada temperatura [17]. Teor de água assumido (%) Quantidade de massa necessária (g) 1 100 2 50 5 20 10 10 20 5 30 3 Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 30 Quadro 6Tabela de conversão para uma temperatura ambiente de 20ºC (kg/kg) [17] Pressão Massa da amostra bar 3g 5g 10g 20g (vermelho) 50g (verde) 100g (azul) 0.2 6.3 3.8 1.9 0.9 0.38 0.19 0.3 9.7 5.8 1.9 0.9 0.38 0.19 0.4 13 7.8 3.9 2 0.78 0.38 0.5 16.3 9.8 4.9 2.5 0.98 0.47 0.6 19.7 11.8 5.9 3 1.18 0.57 0.7 23 13.8 5.9 3 1.18 0.57 0.8 26.3 15.8 7.9 4 1.57 0.76 0.9 29.7 17.8 8.9 4.5 1.76 0.85 1 33.3 20 10 5 1.96 0.95 1.1 36.7 22 11 5.5 2.16 1.05 1.2 40 24 12 6 2.35 1.14 1.3 43.3 26 13 6.5 2.55 1.23 1.4 46.7 28 14 7 2.74 1.33 1.5 20 30 15 7.5 2.94 1.42 O Acetileno pode decompor e estragar o manómetro acima da pressão seguinte 1.6 53.3 32 16 8 3.13 1.51 Depois de se registar a leitura da pressão, abre-se cuidadosamente a tampa do recipiente, despeja-se o conteúdo e limpa-se o recipiente com uma escova própria (seca) [17]. O procedimento do método de carbonato de cálcio pode ser adotado de acordo com a norma:  DIN 18560-4:2011-03 - Estriche im Bauwesen - Teil 4: Estriche auf Trennschicht  ASTM: Designation: D 4944 – 98 - Standard Test Method for Field Determination of Water (Moisture) Content of Soil by the Calcium Carbide Gas Pressure Tester Method. Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 31 Fig. 24 - Procedimento de recolha de amostras para um saco estanque e respetivo esmagamento manual com recurso a um martelo de 1000g [12] 3.3.5. ERROS Alguns dos erros de procedimento e de calibração podem ter influência na veracidade dos resultados e conduzir-nos a interpretações de resultados, nomeadamente:  A utilização de reagentes que não estejam devidamente fechados. Estes, por exposição com a atmosfera ou qualquer outra fonte de humidade, podem estar modificados em relação ao seu estado inicial, pelo que deve-se adquiri-los em pequenos recipientes munidos de tampa e armazená-los num lugar seco;  Quando não se verifica suficiente pulverização, contacto e mistura de carboneto de cálcio e os materiais da amostra;  Existe pouca heterogeneidade no tamanho das partículas, e na amostra existem fragmentos superiores a 10mm [12];  Desconhecimento da composição do material. É aconselhado que se certifique que nenhum composto reage como o carboneto de cálcio (á exceção da água). Por exemplo, amostras que contenham metanol provocam uma reação com o carbonato de cálcio e alteram as quantidades e produtos resultantes da reação química;  Juntas desgastadas e/ou a presença de alguma fuga na garrafa de pressão vai diminuir substancialmente a pressão gerada;  O registo de pressão num momento temporal superiores a 20 minutos;  Manómetro não calibrado, com defeito, ou não adequado para o ensaio devido ao erro máximo associado;  Balança não calibrada ou não adequada no que diz respeito a precisão e fiabilidade para o ensaio em questão;  As variações das condições de temperatura e volume, segundo a lei dos gases ideais, podem influenciar a pressão gerada e consequentemente a quantidade de água consumida;  Experiência do operador, quer na parte de recolha de amostras, como também no processo propriamente dito;  Se os equipamentos contiverem vestígios anteriores e não forem devidamente limpos, estes podem reagir com compostos do novo ensaio e alterar os resultados. Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 38 Fig. 27 - Equipamento de medição do teor de húmida, configurado no modo “pinless” (capacitância) [19] 3.5.3. CALIBRAÇÃO Os aparelhos do tipo dielétrico não exigem uma correção da temperatura entre 0°C e 125ºC. A constante dielétrica aumenta quase linearmente com o aumento da densidade pois há uma ligeira tendência ascendente côncava á medida que o teor de humidade do material madeira aumenta [29]. As correções para os vários materiais devem portanto englobar as diferenças de densidade. A maior parte dos medidores dielétricos comercializados têm correções dos materiais incorporadas. Um microprocessador converte a capacitância do material num comprimento de impulso e regista esse valor. Ao correlacionar a capacitância do material em teste com um material semelhante da base de dados cujos valores do teor em água foram obtidos por secagem em estufa, obtém-se o teor em água do material em teste [29]. Para correções de materiais não fornecidos na base de dados, será necessário determinar a gravidade específica média representativa do material, e ajustar o medidor de acordo. O usuário pode, então, avaliar o ajuste do tipo de material, comparando as leituras do medidor (usando o fator de peso específico medido) a partir de amostras representativas com teor de humidade determinados por secagem em estufa (método gravimétrico). Em alternativa, para variantes dos materiais da base de dados, geralmente utilizam-se tabelas contendo múltiplas equações de regressão linear para calcular as correções das variantes específicas de cada material [29]. 3.5.4. PROCEDIMENTO Para aplicação deste método sugere-se o seguinte procedimento:  Calibrar o aparelho para o tipo de material a ser instalado antes de se proceder à medição;  Fornecer um contacto firme e consistente com a superfície do material em teste para garantir a irradiação de ondas de frequência radio e criar um campo elétrico no material. A forma e tamanho dos elétrodos dependem do tipo de medidor, da aplicação, e da profundidade de penetração do campo elétrico que se pretende. As penetrações do campo elétrico podem variar de acordo com o tipo de aparelho usado numa gama de valores desde alguns milímetros, até cerca de 50 mm. O medidor utilizado deve ter um campo elétrico apropriado, não inferior a metade da espessura do material a ser testado [24];  As leituras devem ser registadas com a totalidade do elétrodo em contacto firme com a superfície do material e, de seguida, aliviar a pressão para retirar o equipamento do contacto com o Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 39 material. Esta deve estar livre de defeitos, tais como: decadência, nós (madeira), furos, resinas, infeções bacteriológicas. Se possível, aconselha-se que se garanta um espaçamento entre o elétrodo e o limite final da peça de material a ser testado, pelo menos, igual à espessura da peça [30];  Repetir o procedimento ao longo do comprimento do material e, deste modo, encontra áreas húmidas. Durante este processo, para evitar a danificação do material em ensaio (como por exemplo: papel de parede ou de madeira), deve-se evitar arrastar o medidor pela superfície. 3.5.5. ERROS As leituras podem ser influenciadas por:  Materiais demasiado finos, uma vez que, as leituras em profundidade podem ser influenciadas por outros materiais;  Quando um elemento constituído por camadas de materiais distintos, a calibração é menos precisa e caso o campo elétrico seja irradiado pelas várias camadas, pode-se obter um erro associado à calibração estimada;  A existência de folgas de ar entre a amostra e o medidor diminui a superfície de contacto. Para atenuar essa situação deve-se exercer uma ligeira pressão no equipamento:  Medições perto dos limites do material;  Variação das propriedades do tipo de material em (análise) em comparação com o teórico de calibração;  Aproximações de correlações (normalmente lineares) quando não existem dados e correções para um material específico, pode levar a desvios de resultados. 3.6. MÉTODO DE MEDIÇÃO MICRO-ONDAS 3.6.1. PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO O método baseado na utilização de micro-ondas (gama de frequências de 300MHz a 30GHz - Fig. 28) consiste na modificação das propriedades dielétricas (do material) aquando da penetração desta radiação eletromagnética nos materiais em teste e respetiva determinação do teor de água. A sua determinação está relacionada com a natureza polar das moléculas de água [31]. Deste modo, as propriedades dielétricas do material são representadas pela permissividade relativa (ε), esta que é uma propriedade elétrica intrínseca do material, que caracteriza a interação do material com o campo elétrico gerado. A permissividade relativa é uma entidade complexa que muitas vezes é escrita como ε = ε '- j ε ". A parte real (ε ') reflete a capacidade de um material armazenar energia do campo elétrica, e a parte imaginária (ε ") é geralmente associada como a capacidade de um material dissipar energia elétrica na forma de calor. j =√ -1 é a unidade imaginária correspondente à perda dielétrica que se caracteriza pela deslocação de fase do movimento das moléculas [32]. A presença de água contida nos materiais causa perturbações á passagem de micro-ondas, emitidas pelo aparelho. As moléculas de água apresentam uma maior absorção das ondas micro-ondas do que um material seco, e consequentemente possuem diferentes constantes dielétricas. Apesar das moléculas de água serem mais sensíveis do que os compostos que formam o material "seco", este último não Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 40 pode ser negligenciado, pois a estrutura do material pode interagir com o feixe de micro-ondas [11]. O transmissor de micro-ondas gera um campo eletromagnético alternado, com frequência micro-ondas, que é recebido pelo recetor. As moléculas de água sujeitas ao campo eletromagnético de micro-ondas, advindas do emissor, entram em movimento de rotação (polarização). Á medida que se vai aumentando a frequência das ondas, as moléculas de água (polares), devido a forças de ligação internas, não acompanham o campo eletromagnético exterior. Devido á excitação das moléculas perante as elevadas frequências, gera-se uma deslocação de fase, isto é, aquecimento e deste modo, verifica-se consumo de uma certa parcela de energia. O diferencial existente ente a emissão e a receção (atenuação de microondas) permite quantificar o teor de humidade do material. No fundo, mede-se a amplitude e a frequência da resposta do sinal recebido [32]. Esta medição pode ser realizada por transmissão, caso a fonte recetora esteja do lado contrario á emissora, ou por reflexão, caso estejam lado a lado. Deste modo a reflexão e a transmissão são considerados indicadores do teor de humidade [16]. A medida resultante é uma combinação da densidade do material e do seu teor de humidade medidos em profundidade. A densidade do material e temperatura do material são os principais fatores de influência dos teores de humidade. Não se verifica a influença de sais nas leituras com a utilização de frequências superiores a 10Ghz [31]. Esta técnica não destrutiva assemelha-se aos métodos baseados na capacitância, uma vez que, mede as variações da constante dielétrica de um material de acordo com as variações do seu teor de humidade. No entanto, contrariamente ao método anterior (capacitância) que opera segundo um sinal de radiofrequência, o método de micro-ondas funciona através da propagação de radiação eletromagnética de elevadas frequências, como podemos constatar na Fig. 28. Fig. 28 - Espetro eletromagnético que traduz a frequência (Hz) e comprimento de onda (m) no vazio [31] O comprimento de onda (λ) relaciona-se com a frequência (f), através da velocidade de propagação (c), pela seguinte fórmula [26]: fc .   (11) Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 41 Embora a velocidade de propagação no espaço livre (c) seja 3·108 m/s, tanto a velocidade, como o comprimento de onda, sofrem uma redução substancial aquando da entrada da onda num meio dielétrico. A influência da mudança de fase e de atenuação da onda é mostrada na Fig. 29. Fig. 29 - Gráfico comparativo da atenuação de onda emitida pelo transmissor no momento t0 e respetivo decréscimo (atenuação de picos) quando atravessa um meio dielétrico no momento t1 (linha preta) em ralação a uma onda propagada no vazio. (linha tracejada) [32] 3.6.2. EQUIPAMENTOS Os equipamentos micro-ondas podem ser portáteis ou fixos (linhas de produção). Normalmente os portáteis (Fig. 30) são constituídos por uma antena que possibilita medições não destrutivas a uma profundidade de 20 a 30 cm (dependendo das características do material) com recurso a micro-ondas. Normalmente, o valor medido é apresentado, em percentagem (%) de teor de humidade por volume, num mostrador. Este aparelho é constituído por duas sondas (emissoras e recetora) que são colocadas em contacto com a superfície do material em teste. O aparelho possui ainda um condensador, um microprocessador e um mostrador. 3.6.3. CALIBRAÇÃO A calibração envolve o conhecimento de variáveis de referência obtidas a partir de uma outra medição, nomeadamente, através do método gravimétrico (especificado anteriormente). Certos equipamentos possuem uma base de dados com alguns materiais, contudo a lista é normalmente pouco extensa. Nestes casos basta selecionar a calibração de acordo com o material a ser testado. A calibração é, portanto, efetuada diretamente na unidade de avaliação. Noutras situações, os materiais a ensaiar não constam na base de dados. Alguns equipamentos contêm um software com uma especificação própria para introdução dos valores e multivariáveis obtidas previamente. Outros equipamentos têm um sistema de calibração própria, isto é, a amostra depois de seca em estufa (método gravimétrico) é sujeita a uma medição de acordo com o explicado no subcapítulo “Procedimento”. Deve-se repetir esta medição 5 vezes para garantir que o valor de referência permanece inalterado ou com uma variação negligenciável [35]. O valor resultante desta medição vai ser fixado como valor do material em estado “seco”, e portanto é o valor de referência. Desta forma, pode-se imediatamente converter a atenuação do campo eletromagnético em teor humidade através de uma proporção direta e obter as variáveis necessárias para a respetiva calibração. A curva de calibração é calculada automaticamente [34]. Sugere-se um controlo regular do equipamento e periódicos procedimentos de calibração. Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 42 3.6.4. PROCEDIMENTO Para que as amostras sejam representativas da realidade aconselha-se a utilização de um procedimento o mais uniformizado e semelhante possível entre medições. Seguidamente apresenta-se uma forma de atuação:  Antes de ligar o equipamento deve-se garantir que este está a apontar para um espaço livre, longe do corpo e da superfície do material. Reunidas estas condições pode-se ligar. Deste modo garante-se que a calibração automática não é comprometida para o tipo de material que desejamos. Caso seja necessário introduzir variáveis de materiais que não constam na base de dados deve-se fazer previamente ao início das medições (calibrar de acordo com o referido no subcapítulo “Calibração”);  Colocar a sonda emissora e a recetora (equipamento) perpendicularmente em relação á superfície do material e garantir um perfeito contacto com a mesma. O campo gerado micro-ondas deve ter uma extensão de 20 a 30 cm desde a superfície do material (Fig. 30). Manter o equipamento ligeiramente pressionado durante o processo até surgirem as medições no mostrador. Os valores obtidos podem ser apresentados qualitativamente (se está seco, molhado ou em risco e) e quantitativamente (em percentagem do teor de humidade por volume de material);  De modo a minimizar erros de medição causados pelas heterogeneidades e variações de espessura dos materiais é recomendado fazer medições em vários pontos de modo a cobrir toda a área examinada. Para isso pode faze-ser medições espaçadas de 10 a 15 cm na vertical e na (aproximadamente uma grelha de pontos). Todas as medições devem ser realizadas a pelo menos 15 cm dos limites do material devido ao raio de atuação do equipamento. (Fig. 31).  Limpar o equipamento sem utilizar solventes á base de álcool ou abrasivos.  Ao armazenar o aparelho garantir que esta protegido da luz solar.  Não utilizar o equipamento numa atmosfera que contenha óleo, sulfatos e cloro.  As micro-ondas não aquecem ou alteram o estado ou a forma do material, uma vez que as moléculas polares são sujeitas a energias emitidas extremamente baixas (tipicamente cerca de 0,1 mW) [35]. Fig. 30 - Profundidade de atuação de um equipamento baseado na técnica micro-ondas (esquerda) e capacitância (direita) (TROTEC) Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 43 Fig. 31 - Raio de atuação de um equipamento baseado na técnica micro-ondas aplicado somente num material (tijolo se estar em contacto com a argamassa) (TROTEC) 3.6.5. ERROS Alguns dos fatores e erros que podem influenciar as medições do teor de humidade:  Por vezes não é possível garantir um contacto perfeito da fonte emissora e recetora com a superfície do material em teste devido á rugosidade e/ou tipologia (por exemplo tipologia curva) que apresenta. Deste modo o sinal vai ser afetado por uma distorção que depende da distância entre as sondas (recetoras e emissoras) e o material. De acordo com a análise da Fig. 32, verifica-se que á medida que se aumenta o espaçamento entra as sondas e a superfície do material em estudo, o sinal perde intensidade até λ/4 (pico menos afetado) (λ é o comprimento de onda), sendo seguido por uma série de picos menores [11];  A largura do material não é superior á profundidade de extinção dos feixes, uma vez que o campo de ondas micro-ondas deve ser completamente absorvido pelo material. Caso o percurso das ondas seja mais curto que a profundidade de extinção das mesmas, uma fração das micro-ondas que atingem o lado de trás do objeto é refletida sobre a superfície interna, o que vai reforçar o sinal de retroespalhamento, e consequentemente obtêm-se um maior teor de humidade;  Medições efetuadas próximas dos limites do material;  Quando se aplica o procedimento a elementos compostos por camadas de diferentes materiais, em que o feixe micro-ondas atravessa varias camadas distintas (com diferentes densidades) até se extinguir. Por vezes, o teor de humidade pode variar dentro do mesmo tipo de material devido a variações da sua textura interna. O feixe de micro-ondas é atenuado exponencialmente aquando da passagem de um meio de um determinado material. Desta forma, variando o tipo de material o coeficiente de extinção vai ser alterado, e quanto mais elevado for, maior será o teor de humidade;  Matérias onde as moléculas de água não são capazes de oscilar, por exemplo, a água cristalizada e gelo não respondem à medição;  Fatores tais como a cor, a viscosidade e pó, têm apenas um efeito negligenciável no desempenho da medição [34];  A presença de espaços vazios no material pode fornecer leituras enganadoras. Exemplos comuns: gesso separado da parede de tijolos ou uma fenda profunda dentro de um pedaço de madeira. No caso de um feixe de micro-ondas de comprimento de onda (λ), as ondas estacionárias ressonantes podem formar-se no interior da cavidade, e causar reflexões internas. Esta situação complexa torna a deteção e a interpretação de tais descontinuidades incerta;  Um sensor de micro-ondas baseado na transmissão, no caso da madeira, irá medir uma média do ângulo das nervuras, o que reduz a precisão da medição de micro-ondas, uma vez que há Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 44 mais interações e a permissividade é 2 vezes maior quando o campo eletromagnético é orientado paralelamente às fibras [36];  Quando se move o equipamento de uma zona fria para uma zona quente, existe a possibilidade de formação de condensação na parte superficial do aparelho. Fig. 32 - Atenuação de sinal (AU) emitido pelo aparelho á medida que a distância, L (cm) , entre a sonda e objeto aumenta (linha azul escuro). A Linha azul clara é uma regressão da atenuação dos picos [11] 3.7. MÉTODO TDR 3.7.1. PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO A técnica TDR é baseada na determinação do tempo de propagação de impulsos eletromagnéticos ao longo de um sensor embutido no material em teste. Esse impulso é propagado segundo uma linha de transmissão até ser refletido, e consequentemente analisado com um osciloscópio, de modo a estimar a constante dielétrica do meio. A constante dielétrica complexa (  ") é uma propriedade elétrica que traduz a razão da permissividade dielétrica do meio em ensaio pela permissividade dielétrica do vazio. Assim, a parcela complexa da permissividade (  ") de um meio pode ser estimada pelo uso desta técnica [14]. Esta constante é bastante dependente do teor de água volumétrico para frequências num intervalo de valores dos MHz aos GHz. Deste modo podemos referir que o parâmetro fundamental determinado pelo uso desta técnica (TDR) é a permissividade  (não dimensional), esta que depende do tempo de percurso das ondas decorrido desde a sua emissão até a sua reflexão [14]. O campo eletromagnético constituído por ondas de cerca de 1 GHz ao penetrar no interior do material, parte dessa energia vai ser dissipada, no entanto, a restante energia, não é dissipada, sendo assim refletida pela sonda final e regressa ao recetor. Este tempo decorrido desde a emissão até á receção é o tempo de percurso. A permissividade dielétrica dos materiais é repartida pela parte real (ε ") e imaginária (ε") onde:   ' - Representa a quantidade de energia libertada pelo campo elétrico alternado, sendo o valor de base para a estimativa da humidade usando TDR;   " – Representa as perdas de energia por condutividade iônica, o que na prática depende da salinidade média, contudo, só existe influência de sais nas medições em baixas frequências e a frequência de operação TDR é de cerca de 1 GHz [37]. A parte complexa não é ,igualmente, afetada pela densidade aparente e tipo de material poroso. Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 45 Com os pressupostos acima referidos sobre o método TDR é possível calcular a permissividade relativa do material pela seguinte fórmula [38]: 2 2        L ctp  (12) Onde:   – Constante dielétrica do meio;  c - Velocidade da luz no vácuo (m-s-1) (3,0*108 m/s);  p t - Tempo de percurso ao longo do sensor de TDR (PS);  L - Comprimento de elementos de medição dos sensores de TDR (m). A permissividade, como referido na técnica “micro-ondas” diz respeito ao comportamento das moléculas sujeitas a um campo eletromagnético alternativo e dissipação de energia do material após a libertação do respetivo campo eletromagnético [39-40]. A densidade aparente de meios porosos varia de acordo com a sua estrutura, com as ações de determinadas fases, mas principalmente com a presença de água. Isto é causado pelo carácter dipolar das moléculas de água. Ao contrário de outras fases de meios porosos, a distribuição de cargas elétricas das moléculas de água é assimétrica e o valor de permissividade dielétrica relativa atinge os 80. Em comparação com outos materiais, o valor da permissividade da água é várias vezes superior. Por exemplo, a permissividade do ar é igual a 13, do granito 49, do arenito2-3, da argila 2-6 e 4-5 para a areia. Para utilização desta técnica TDR, a diferença entre os valores de permissividade do ar, das fases sólidas e da água é essencial para a determinação de humidade [41-42]. Assim sendo, é possível calcular os respetivos tempos de reflexão do material através da fórmula que se segue [43]:  ar c L t. 2       (13) A título de exemplo, segue-se uma simulação dos tempos percorridos no vazio e na água, com a utilização de uma sonda de medição TDR de comprimento de 15 cm (L) onde [42]:  tar o tempo de percurso no ar;  tw o tempo de percurso da água;  εar constante dielétrica de 1 para o ar;  εw constante dielétrica de aproximadamente 81 para a água. ns tar 11. 10*3 3.0 8            (14) Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 46 ns tw981. 10*3 3.0 8            (15) Constata-se a existência de um período de atraso de apenas 8 ns entre os dois ensaios realizados, isto é, num dos casos existe aproximadamente 0% e no outro cerca de 100% de humidade. [42] Esse atraso pode ser facilmente observado na Fig. 33, em que o gráfico da parte superior diz respeito a materiais secos (ou ar), com baixo valor de permissividade relativa, ao invés do gráfico da parte inferior, que corresponde a materiais húmidos. Fig. 33 - Exemplo de aplicação do método TDR que relaciona a voltagem do sinal (mV) em função do tempo percorrido (ps) para o material seco (em cima) e húmido (em baixo) [43] A diferença principal dos gráficos é visível nos picos evidenciados por círculos. A Posição destes picos depende da permissividade do material. No caso dos materiais secos, o pico está mais perto da parte inicial do gráfico (esquerda). No caso de materiais húmidos o pico está mais deslocado para a direita, o que significa que o tempo de propagação do sinal ao longo do material húmido é mais longo, pelo que se comprova pelas expressões (10) e (11). Pela medição do tempo de percurso, e calculada a permissividade dielétrica, é possível obter o teor de humidade utilizando modelos teóricos e físicos ou fórmulas empíricas de calibração obtidos pelos exames experimentais. [44-45] Desta forma é possível estimar a humidade com razoável certeza e sem depender muito de outros fatores que influenciam as leituras, como a temperatura ou salinidade [4950]. 3.7.2. EQUIPAMENTOS O equipamento TDR é constituído pelos seguintes elementos [46]:  Gerador de impulsos de alta frequência; Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 47  Um osciloscópio;  Duas ou três sondas, com filamentos em forma de hastes ou placas. Estas devem ser de reduzido diâmetro, afuniladas e de menores dimensões para materiais mais duros de modo a diminuir as oscilações e a existência de intervalos de ar entre o material e a sonda. Normalmente, as sondas são paralelas, separadas cerca de 5 cm, e constituídas por substâncias metálicas com comprimentos entre os 10 e 50 cm;  Cabo coaxial para ligação ente o equipamento (unidade de processamento) e as sondas não deve ser mais extenso que 30 m. Atualmente já existem equipamentos TDR portáteis que possuem sistemas digitais de calibração incorporados. É necessário que o dispositivo de medição seja capaz de funcionar em períodos curtos com uma precisão de ± 2 pico segundos. 3.7.3. CALIBRAÇÃO Com permissividade dielétrica medida, o teor de humidade pode ser calculada usando modelos teóricos e físicos ou através de fórmulas de calibração empíricas obtidas por ensaios experimentais, nomeadamente através do método gravimétrico. A função de calibração seguinte do teor de água ( u ) expressa o teor de humidade em massa por unidade de volume de uma amostra em função da sua permissividade dielétrica (  ) para a maioria dos solos minerais [47]: 36247 .10*3.4.10*5.5029.010*3.5 u    (16) Em que:  u - Teor de humidade em massa por unidade de volume (kg/m3)   - Permissividade do meio envolvente. Há muitas outras fórmulas de calibrações do teor humidade com base em dados empíricos que incluem a textura do solo, a densidade do solo, a temperatura ou modelos que especifica o material consoante as suas fases, ou seja, sólida, gasosa, ou liquida (água livre e água de ligação) [48]. A técnica TDR permite a determinação do solo com uma precisão de ± 2% do valor medido em relação ao método gravimétrico (método padrão de medição) como podemos contatar pela análise da Fig. 34 [49]. Podese ainda realçar, que embora ambos os métodos apresentem resultados semelhantes, nos dois casos expostos o método TDR apresenta valores de teor de água (volumétricos) ligeiramente inferiores aos medidos gravimetricamente. Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 54 3.8.4. PROCEDIMENTO Primeiramente deve-se garantir que os provetes têm um comprimento no máximo de cerca de 0.5m. A unidade eletrónica deve ser ligada aproximadamente 10 minutos antes de iniciar o ensaio. Desta forma garante-se a estabilização do sistema [53]. Existem dois modos diferentes de operação das técnicas que utilizam fotões gama: o modo de transmissão, onde a fonte radioativa e o detetor estão colocados em lados opostos da amostra e o modo de espalhamento, em que tanto a fonte radioativa, como detetor, são colocadas no mesmo lado da amostra. A técnica do modo de espalhamento é menos popular devido às complicações na quantificação decorrentes dos efeitos de atenuação e espalhamento múltiplo e devido à exigência de elevado tempo de exposição. A fonte é posicionada a uma distância conveniente da amostra, pelo que não existe contacto direto do equipamento com o material. Em laboratório a amostra é colocada numa placa regulável sendo a amostra posiciona de acordo com o modo de atuação referido anteriormente (transmissão ou espalhamento). A intensidade da radiação deve ser adaptada ao provete em ensaio, uma vez que doses elevadas de raios gama podem causar uma degradação substancial de certos materiais [22]. Após a colocação do provete liga-se o temporizador através do botão de arranque e as medições iniciam-se. A distância mínima entre pontos sucessivos de leitura deve ser em conformidade com as características do colimador, usualmente nunca inferiores a 5mm [53]. Os raios gama atravessam a amostra durante um período variável de acordo com a densidade dos materiais. A título de exemplo, para o equipamento HUMIGAMA.VF., o período de medição é cerca de 10 segundos e 100 segundos, para um densidade de 500kg/m3 e 2000 kg/m3 respetivamente; A leitura dos impulsos contados é realizada por observação do mostrador. Em equipamentos mais evoluídos, a salvação automática de dados (em memória) é alternativa mais pratica. 3.8.5. ERROS Alguns dos erros que podem surgir na aplicação deste método de determinação do teor de humidade são seguidamente enumerados [53]:  Grande dificuldade de obtenção de valores de teor de humidade de saturação para alguns materiais de construção, como por exemplo o betão.  Dificuldade na obtenção do coeficiente de atenuação da água devido á não equivalência entre o valor determinado experimentalmente e teoricamente;  Determinação de um perfil de humidade;  Difícil determinação da exata espessura do material da amostra (d), este que é função da intensidade da radiação (incidente e de transmissão) e consequentemente do teor de humidade;  Devido á débil monocromacidade da radiação gama, a unidade eletrónica é um fator de alguns erros;  No caso de um reduzido número de contagem a precisão do equipamento pode ser comprometida, uma vez que a emissão de fotões na fonte radioativa é estatisticamente aleatório;  A não utilização de um colimador aumenta a dispersão de partículas emitidas. Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 55 3.9. MÉTODO DE RESSONÂNCIA NUCLEAR 3.9.1. PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO O método de ressonância magnética nuclear baseia-se no momento angular (rotação) dos protões carregados positivamente e no momento magnético resultante. Num campo magnético externo constante, os núcleos de hidrogênio agem como dipolos magnéticos. Embora o fenómeno de NMR possa ser observado com a utilização da maior parte dos núcleos atómicos estáveis, a maioria das aplicações de NMR baseiam-se no uso do núcleo de hidrogénio (H) devido à elevada abundância natural, versatilidade para materiais sólidos e o grande momento magnético nuclear deste isótopo. Existem dois níveis de energia de protões, nomeadamente correspondentes à orientação do seu momento magnético, paralelo ou oposto à direção do campo magnético aplicado. Um campo magnético alternado de uma frequência especificada perpendicular ao campo constante induz as transições entre os dois níveis de energia. A quantidade de energia de alta frequência absorvida pela amostra é dependente do número de protões da amostra e pode ser relacionada como teor de humidade da maioria dos materiais, desde que os núcleos de hidrogénio ocorram apenas sob a forma de água [54]. A generalidade dos materiais de construção, somente possui na sua constituição núcleos de hidrogénio sob a forma de água. Num material húmido, a densidade de hidrogénio é diretamente proporcional ao teor total de água no interior do volume do objeto detetado. A amplitude (A) do sinal de NMR é uma medida da densidade de hidrogénio e consequentemente do teor de água. Assim sendo, a dependência funcional entre o sinal de NMR e o teor de humidade é linear. Muitas vezes, a mesma curva de calibração pode ser usados para diferentes materiais. Portanto, em contraste com a maioria dos outros métodos (incluindo os raios gama e raios-x) a NMR pode ser considerado como um método direto de medição de humidade em materiais devido á sua elevada precisão de medição (frequência altas). 3.9.2. EQUIPAMENTO Os equipamentos baseados no princípio do método de ressonância magnética podem ser de análise em laboratório ou em situ. Normalmente os equipamentos de laboratório, contrariamente aos in situ, operam segundo uma abordagem de avaliação de ambos os lados da amostra. O coração da configuração do equipamento é uma unidade de NMR constituída por uma unidade de controlo eletrónico (Fig. 41) e um íman (cuja função básica é gerar um campo magnético alto e homogêneo na região em que a parte anatômica será posicionada) com uma bobina de medição (Fig. 42). No campo de medição do íman, se a intensidade magnética for, por exemplo, 0.47 Tesla, a frequência de ressonância para núcleos de hidrogênio é cerca de 20 MHz [54]. A cabeça do sensor de medição está localizada entre os polos do íman. Desta forma só se tem acesso a apenas um lado da amostra. Devido á boa resolução espacial é necessária para a determinação das distribuições do teor de água uma cabeça do sensor de medição especial, isto é, o comprimento da sua bobina deve de ser de aproximadamente 3 mm ao invés dos 25 mm padrão para este tipo de unidade. Além disso o uso de uma cabeça de medição totalmente aberta permite a digitalização gradual da amostra. Esta cabeça de medição permite a utilização de amostras prismáticas até dimensões de seção de 50 x50 mm [55]. O íman está montado sobre uma estrutura deslizante, de tal maneira que a abertura com a cabeça de medição encontra-se horizontalmente na direção de deslocação da estrutura deslizante. A estrutura Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 56 desloca-se com o auxílio de um motor, de modo permitir que a bobina de medição gradualmente se desloque para gravar os perfis de humidade da amostra [54]. Fig. 41 - Sistema de medição portátil do teor de humidade através da técnica NMR de acesso unilateral [55] Fig. 42 – Conjunto do íman e respetiva bobina [56] 3.9.3. CALIBRAÇÃO O diagrama da Fig. 43 exibe uma curva de calibração típica, que representa a dependência funcional entre a amplitude (A) do sinal de NMR (utilização de Hidrogénio) e o teor de água do betão leve, expressa em percentagem de massa. A correlação é quase proporcional. Esta curva de calibração pode ser aplicada para quase todos os materiais de construção minerais (expecto os materiais com elevado teor de partícula ferromagnética). Dependendo do tempo de medição, a inexatidão do teor de água determinado é tipicamente entre 0,3 e 1% em massa. Valores de humidade tão baixas como 0,5% podem ainda ser detetadas. Mesmo que o material contenha outras substâncias hidrogenadas para além da água, ainda é possível determinar com precisão o teor de humidade. Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 57 Fig. 43 - Medição do teor de água pela aplicação do método NMR a uma amostra de betão leve e respetiva calibração através do método destrutivo (gravimétrico) [57] Fig. 44 - Correlação entre o teor de humidade medido com o método NMR e o teor de humidade medido por gravimetria de 2 tipos de cimento Portland (CEM1 e CEM2) e uma argamassa tradicional [57] Os gráficos presentes nas figuras Fig. 43 e Fig. 44, evidenciam a elevada correlação linear que se verifica quando são realizadas leituras pelo método NMR e gravimétrico, para a mesma amostra de material. Estatisticamente, o valor do parâmetro r2 (r2=0.9964) traduz a forte semelhança de resultados obtido, uma vez que tende para um. 3.9.4. PROCEDIMENTO No caso de um aparelho cujo funcionamento necessita somente de acesso unilateral da amostra, nomeadamente, algumas abordagens in situ, o procedimento a adotar é o seguinte: Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 58 O equipamento é colocado paralelamente e em contacto com superfície do material a avaliar, ajustando-se o suporte elevador até á altura pretendida (Fig. 46). A profundidade analisada depende da frequência do pulso gerado. Aproximando gradualmente a sonda sensível ao objeto de teste, a profundidade de medição pode ser ajustada. Neste sentido, a medição em profundidade permite criar perfis de humidade do material, todavia estes sinais têm um alcance de deteção estável restrita aos 30 cm (máximo alcance do campo magnético) (Fig. 45). Fig. 45 – Funcionamento esquemático do equipamento NMR portátil de acesso unilateral [57] Fig. 46 – Equipamento NMR portátil de acesso unilateral, munido de uma plataforma elevatória [55] 3.9.5. ERROS Os equipamentos portáteis podem ser utilizados para estudar amostras in situ, no entanto, a falta de homogeneidade do campo magnético gerado pelas sondas impede a sua utilização num espetro NMR de alta resolução. A fonte desta falta de homogeneidade deve-se à natureza do material magnético, este que pode ter polarização remanescente [55]. As leituras podem ainda ser influenciadas devido às pequenas variações de tamanho e posição da amostra o que conduz a distorções do campo [55]. Os resultados obtidos pela utilização deste método usualmente fornecem valores sobrestimados, uma vez que a água medida engloba, tanto a agua livre, como a água de ligação. Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 59 3.10. RESUMO ESQUEMÁTICO DOS MÉTODOS Com base nos métodos de medição do teor de humidade abordados é de especial interesse criar-se um documento que sintetize a informação mais relevante de cada método e desta forma contrapor as vantagens e desvantagens de cada um. Assim sendo, foi elaborado um quadro (Quadro 7) para que de forma rápida e intuitiva se consiga detetar qual o método de medição mais vantajoso para cada situação específica, nomeadamente: consoante o tipo de material, precisão, aplicabilidade no terreno ou em laboratório, custo de ensaio, facilidade e rapidez pretendida (entre outros fatores apresentado no Quadro 7). De forma a facilitar a interpretação da informação apresenta-se de seguida os vários critérios tidos em consideração:  Critério 1 – considera-se que o método é destrutivo quando existe detioração da amostra em ensaio, e não destrutivo nas situações em que esta é preservada;  Critério 2 - traduz o alcance atingido, em profundidade, pelas medições;  Critério 3 - elucida uma estimativa temporal da realização dos métodos abordados;  Critério 4 – são tecidas considerações sobre a aplicabilidade do método consoante o material da amostra em ensaio;  Critério 5 – criou-se uma escala subdividida em quatro níveis de graduação (baixo, intermédio, elevado e muito elevado) que visam a quantificação qualitativa do custo dos equipamentos dos diferentes métodos estudados na presente dissertação;  Critério 6 – traduz a portabilidade dos equipamentos e a possibilidade de aplicação dos métodos no in situ;  Critério 7 – com base numa escala qualitativa subdividida em 4 níveis (reduzida, satisfatória, boa, elevada) estimou-se a precisão dos diferentes métodos;  Critério 8 – determina a possibilidade ou impossibilidade de se obter um perfil de humidade, isto é, se o método possibilita a obtenção de uma descrição da evolução espacial (e temporal) da humidade ou se somente traduz valores globais da humidade das amostras;  Critério 9 – Explícita a oportunidade de reutilização de uma mostra após a realização de um ensaio;  Critério 10 – Segundo uma abordagem qualitativa (fácil, intermédia, difícil), estimou-se uma avaliação da facilidade de execução dos métodos, através de uma escala;  Critério 11Traduz a dificuldade de interpretação dos métodos estudados com base numa avaliação qualitativa (fácil, média, difícil);  Critério 12 – considera-se a existência ou não de documentos normativos que possam servir de referência para a realização dos métodos;  Critério 13, 14, 15 e 16 – considera-se a possibilidade de afetação dos resultados devido a descontinuidades de material, presença de sais/metais e humidade superficial, respetivamente;  Critério 17 – traduz a necessidade de utilização de medidas de segurança para a realização dos ensaios, nomeadamente de proteção do operador; Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 60  Critério 18 - considera-se a possibilidade de medição de água de ligação dos diferentes métodos. Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico Quadro 7 – Vantagens e desvantagens dos métodos de medição do teor de humidade 61 Métodos Parâmetros Gravimétrico Carbonato De Cálcio Resistência Elétrica Capacitância Microondas TDR Raios Gama NMR 1 - Natureza do método Destrutivo Destrutivo Não destrutivo (Pouco invasivo) Não destrutivo Não destrutivo Não destrutivo (Pouco invasivo) Não destrutivo (in situ) /Provete (em laboratório) Não destrutivo (in situ) /provete (em laboratório) 2 - Profundidade de alcance de medições Profundidade variável/ Igual à espessura da amostra Profundidade variável / Igual à espessura da amostra Praticamente superficial Pouco abaixo da superfície 20 a 30 cm 10 a 50 cm Igual à espessura da amostra 20-30 cm 3 - Tempo de medição (ensaio) Moroso (> 3h) 10 Minutos Imediato Imediato Imediato Imediato Imediato Imediato 4 - Aplicável/ aconselhado a que material? Qualquer Materiais porosos (betão, argamassa, gesso) Materiais porosos/ aconselhável a Madeiras Materiais porosos Materiais porosos Material poroso / aconselhável para solos Materiais porosos Materiais porosos 5 - Custo de equipamento Elevado Intermédio Baixo Baixo Elevado Elevado Muito elevado Muito elevado Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 62 Métodos Parâmetros Gravimétrico Carbonato De Cálcio Resistência Elétrica Capacitância Microondas TDR Raios Gama NMR 6 - Equipamento portável com aplicação in situ Não Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim 7 - Precisão Elevada Satisfatória Reduzida / (Satisfatória para madeira) Reduzida Boa Boa Elevada Elevada 8 - Perfil de humidade Não Não Não Não Sim Sim Sim Sim 9 - Reutilização da amostra Não Não Sim Sim Sim Sim Sim Sim 10 - Facilidade de execução Fácil Fácil Fácil Fácil Fácil Intermédia Difícil Fácil 11 - Facilidade de interpretação Fácil (Laborioso) Média Fácil Fácil Fácil Fácil Difícil Fácil 12 - Documentos normativos Sim Sim Sim Sim Não Não Não Não Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 63 Métodos Parâmetros Gravimétrico Carbonato De Cálcio Resistência Elétrica Capacitância Microondas TDR Raios Gama NMR 13 - Afetado pelas descontinuidades de material Não Não Sim Sim Sim Sim Sim Sim 14 - Afetado por irregularidades da superfície Não Não Não Sim Sim Não Não Não 15 - Afetado pela presença de sais e metais Não Não Sim Não Sim (Pouco) Sim (Pouco) Sim Sim 16 - Afetado pela humidade superficial Não Não (Mede superficialmente) Não (Mede superficialmente) Sim Não Não Não Não 17 - Proteção necessária Não Sim (presença de acetileno) Não Não Não Não Sim (Radiação) Não 18 - Mede água de ligação Possível (T> 103±2ºC) Não Não Não Não Não Não Sim Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 70  Dimensionar os limites dos eixos – Selecionar na janela “Plot Browser” a opção “Axes” e deste modo abre-se automaticamente a janela “Property Editor – Axes. Nesta tabela é possível escolher o eixo x, y e z, nos separadores “X Axis”, “Y Axis” e “Z Axes” respetivamente. Depois de escolher o eixo a editar se selecionar a opção “Ticks” surge uma nova janela chamada “Edit Axes Ticks”, onde se pode escolher a localização e espaçamento dos eixos. Se quisermos colocar espaçamentos com saltos fixos de um determinado valor selecionamos a opção “Setp by” e coloca-se o valor que pretendemos com ajustamento automático ao selecionarmos a opção “Auto”. É necessário ainda inverter o eixo Y através de uma matriz inversa, para que a imagem corresponda á realidade. Assim sendo, na janela anterior, “Property Editor – Axes), no separador “Y Axis”, o inverso do eixo Y é obtido através da seleção da opção “Reverse” com um visto. Fig. 55 - Programa MATLAB  Apresentar uma escala de cores – A escala de cores é obtida através da seleção da opção “Insert” e como subopção “colorbar”. A localização da escala de cores pode ser alterada na janela “Property Editor-colorbar” no subcomando “Location”. Quando a escala de cores surgir basta selecionar com o botão direito do rato na escala de cores e selecionar a opção “Open colormap editor” para selecionar os intervalos de cores e valores máximos e mínimos. Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 71 Fig. 56 - Programa MATLAB Fig. 57 - Programa MATLAB  Colocar uma grelha no gráfico – para colocação da grelha é necessário selecionar os vistos na opção “Grid” na janela “Property Editor – Axes”. Para alteração da cor das grelhas seleciona-se a opção “colors” e escolhe-se a cor desejada. Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 72 Fig. 58 - Programa MATLAB Deste modo é possível obter um gráfico bidimensional ilustrativo do mapeamento de áreas húmidas. 4.3. APRESENTAÇÃO DOS CASOS DE ESTUDO 4.3.1. CASO DE ESTUDO 1 (P1) – IDENTIFICAÇÃO DO EDIFICO 4.3.1.1. CARACTERIZAÇÃO CONSTRUTIVA E FUNCIONAL A habitação situa-se na rua da Varziela na Freguesia de Árvore que pertence ao concelho de Vila do Conde, com data de construção em 1998. O edifício habitacional é composto por 3 quartos uma garagem e um piso no rés-do-chão habitacional. O piso de rés-do-chão é formado por uma cozinha, uma sala de estar, duas casas de banho e três quartos. A estrutura do edifício é uma estrutura porticada em betão armado. As fundações são diretas em betão armado onde existem também lintéis de bordadura. As lajes de piso e de cobertura são aligeiradas. A cobertura é inclinada com um desvão não habitável. A telha é ondulada. A envolvente exterior é constituída por paredes duplas de tijolo de 11, com caixade ar de 10 cm sem isolamento térmico. As divisórias interiores são paredes de tijolo 15 com reboco 2 cm de ambos os lados. As paredes são pintadas com tinta branca e os tetos são caiados. Os vãos exteriores são constituídos por portas em alumínio (á exceção da porta principal que é em madeira) e envidraçados com vidro duplo e caixilharia basculante em alumínio. Existe contacto direto entre as paredes do edifício e o solo (jardim). As fundações são diretas com sapatas isoladas, uma em cada pilar. O abastecimento de água é feito por poço próprio e como através de rede pública quando é necessário. O poço contém uma bomba submersível com um motor trifásico. As tubagens de abastecimento da casa é em aço inox e não estão embutidas nas paredes. 4.3.1.2. CARACTERIZAÇÃO DA PATOLOGIA A patologia localiza-se no paramento interior de uma parede de fachada num compartimento principal, isto é, num dos quartos virados a norte. Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 73 Manchas pretas na parte superior da parede e teto. Aparecimento de água no estado liquida na parede do paramento interior da parede de fachada (Fig. 59). Fig. 59 - Compartimento principal voltado a norte onde existe manifestações de humidades (P1) 4.3.2. CASO DE ESTUDO 2 (P2) – IDENTIFICAÇÃO DO EDIFICO 4.3.2.1. L CARACTERIZAÇÃO CONSTRUTIVA E FUNCIONAL A habitação situa-se na rua do 16 de Maio e pertence ao concelho de Oliveira de Azeméis, com data de construção em 1999. 4.3.2.2. CARACTERIZAÇÃO CONSTRUTIVA E FUNCIONAL O edifício habitacional é formado por um piso rés-do-chão constituído por uma cozinha, uma sala de estar, duas casas de banho e 3 quartos e um sótão habitável, com uma área total de implantação de 140m2 e uma área de construção de 255m2. As vigas, pilares, varandas, padieiras e beirais são constituídos de betão armado, sendo as lajes dos pavimentos, teto e cobertura realizadas em betão préesforçado. As paredes exteriores duplas são constituídas por tijolo de 15cm no pano exterior, caixa-dear de 5cm com isolamento de poliestireno expandido de 2cm de espessura e tijolo de 7cm no pano interior. Paredes interiores em tijolo de 7cm, rebocadas com argamassa de cimento e areia. A cozinha, sala de estar e quartos de banho possuem um revestimento em tijoleira de 1ª qualidade assente em pavimentos nivelados e regularizados com argamassa de cimento e areia. Nos quartos e hall de distribuição o revestimento é em parqué de carvalho. As paredes exteriores são pintadas com uma tinta plástica sobre uma camada de reboco de cimento e areia fina. As paredes interiores são pintadas a cor branca e com tinta plástica aquosa. As paredes da cozinha e quartos de banho revestidas a azulejos em toda a sua altura, aplicados sobre argamassa de cimento, areia e cal hidráulica. Todos os tetos são de estuque e pintados com solução de cal. Os vãos exteriores são constituídos por caixilharias de vidro simples em madeira de sucupira e interior em madeira de mogno. A Cobertura em telha a duas águas com ripado de argamassa assente sobre lajes aligeiradas. A água é fornecida por um poço privado e o saneamento depositado em fossa séptica. O nível freático é elevado e por isso existe uma bomba para extração de água freática. Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 74 4.3.2.3. CARACTERIZAÇÃO DA PATOLOGIA A patologia localiza-se no paramento interior de uma parede de fachada num compartimento principal, isto é, num dos quartos virados a norte. Observam-se eflorescências e destacamento da tinta (Fig. 60 e Fig. 61). Fig. 60 – Patologia evidenciada na parede do caso de estudo 2 (P2) Fig. 61 - Patologia evidenciada na parede do caso de estudo 2 (P2) 4.4. METODOLOGIA GERAL Para a realização do ensaio de medição do teor de humidade, as condições de utilização dos compartimentos foram mantidas constantes, previamente e durante o ato de medição, de modo a tentar aproximar cada simulação das condições reais. Foi necessário marcar os pontos de medição para que seja possível comparar resultados e testar sensibilidades de ambos os aparelhos aplicados a cada situação. Estas leituras foram efetuadas numa malha de 10 cm, isto é, são espaçados de 10 cm, tanto na direção vertical como na horizontal. Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 75 Os equipamentos foram calibrados para o tipo de material em estudo. Nos casos do Protimeter a calibração é automática. No Humidimètre CEBTP MX-HU calibrou-se para o valor de 200, este que é o valor aconselhado pelo manual de instruções do equipamento. Os equipamentos foram colocados no compartimento onde a anomalia se verifica cerca de 30 minutos antes de se iniciar o registo de medições. Aplicou-se um contacto firme e consistente com a superfície do material durante 2 a 3 segundos e registaram-se as medições dos vários pontos correspondentes aos intervalos de espaçamento. Utilizou-se uma ferramenta de cálculo especificada previamente, MATLAB, para o mapeamento de zonas húmidas. Assim sendo, a distribuição de humidade é evidenciada através de um gráfico bidimensional com uma escala de teores de humidade colorida. 4.5. EQUIPAMENTOS UTILIZADOS 4.5.1. HUMIDIMÈTRE CEBTP MX-HU Este equipamento elétrico de deteção do teor de humidade tem como base de funcionamento a variação das propriedades dielétrica dos materiais (abordado no capitulo 3). Na parte de trás do equipamento está localizada uma sonda protegida por um material mau condutor (plástico ou borracha) para evitar que as leituras sejam influenciadas. Esta proteção confere ainda um melhor contacto entre o equipamento e a superfície do material em teste. A referida sonda é formada por dois anéis concêntricos que permitem uma leitura em profundidade de 3 a 5 cm. Na parte lateral direita do equipamento encontra-se um botão de ajuste do valor de calibração. O manual do presente equipamento sugere um valor de calibração de 200. Assim sendo, quanto mais próximo de 200 estiverem as leituras, mais seco se encontra o material testado. À medida que as leituras se afastam de 200, significa que o material encontra-se progressivamente mais húmido. Na parte lateral esquerda, encontra-se o botão de ligação do aparelho. O procedimento de medição deste aparelho é semelhante ao descrito no capítulo 3.6.4, contudo este equipamento tem umas especificidades singulares nomeadamente:  Calibrar o aparelho, através do referido botão lateral (direito) para o valor de 200  Aconselha-se a colocação do aparelho próximo do local de medição, aproximadamente 30 minutos antes de se iniciarem as medições;  Limpar com um pano seco o equipamento antes de se iniciarem as medições  Confere-se novamente o valor de calibração, caso já não esteja nos 200, calibra-se novamente; Após a realização dos procedimentos anteriores é possível começar a registar leituras premindo o botão de ligação e encostando a parte de trás do equipamento na superfície do material em teste. Após alguns segundos de estabilização, o valor é apresentado no mostrador. Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 76 Fig. 62 – Humidimètre CEBTP-MXU O equipamento é acompanhado pelas curvas de calibração para três materiais distintos, nomeadamente para betão, argamassa e gesso (Fig. 63). Assim sendo, através das leituras registadas pelo equipamento é possível determinar por correlação, o teor de humidade em percentagem de água por unidade de volume. Fig. 63 – Curva de calibração para materiais distintos (betão, argamassa, gesso) [63] Este equipamento é utilizado normalmente para detetar humidade em materiais porosos que possuam superfícies planas sem protuberâncias 4.5.2. PROTEMETER MMS2 O presente equipamento elétrico é multifuncional, no sentido em que permite a realização de medições de vários parâmetros, na qual estão subjacente diferentes métodos de medição. Disponibiliza modos de funcionamento para medição de parâmetros, tais como:  Humidade relativa;  Temperatura do meio ambiente;  Temperatura do material de construção;  Teor de humidade com base em métodos de resistência elétrica; Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 77  Teor de humidade com base em métodos de variação das propriedades dielétricas. Contudo as medições realizadas para os ensaios em questão foram registadas com o modo de operação “pinless”, isto é, baseado na variação das propriedades dielétricas do material. O aparelho possui um sistema digital, deste modo controla-se todas as funções através dos botões localizados na parte frontal do aparelho. O procedimento é semelhante ao descrito para o equipamento Humidimètre, á exceção da calibração do equipamento, e da interpretação das leituras obtidas. Neste equipamento, a calibração é automática, bastando apenas selecionar qual o tipo de lista a que o material em estudo pertence. Contudo a calibração automática é realizada somente com base em madeiras, pelo que a medição de outro qualquer tipo de material precisa de introdução manual de determinados parâmetros (teor de húmido em estado seco e húmido). O equipamento fornece leituras dos 60 aos 999,e contrariamente ao aparelho anterior, este é tanto mais húmido quanto mais próximas de 999 forem as leituras (Quadro 7). Quadro 7 – Estado do material consoante os valores apresentados pelo Protimeter Valor de leitura (%) Estado Menor que 60 - 60-170 Seco 170-22 Risco 200-999 Húmido Fig. 64 – Protimeter MMS2 Á semelhança do equipamento anterior, este igualmente utilizado para detetar humidade em materiais porosos que possuam superfícies planas sem protuberâncias 4.6. APRESENTAÇÃO DE RESULTADOS Os ensaios foram realizados em dias diferentes, deste modo, existe a possibilidade de pequenas variações dos teores de humidade. No entanto, o facto de se terem realizado duas medições em condições semelhantes diluiu a possibilidade de eventuais erros e permite uma análise critica sobre a possível reprodutibilidade de resultados. Foram realizadas duas medições com cada equipamento, calibrados igualmente em cada ensaio para garantir uma maior padronização de procedimentos e por consequência uma maior fiabilidade de resultados para proporcionar um correto diagnóstico. Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 78 4.6.1. CASO DE ESTUDO 1 (P1) – RESULTADOS 4.6.1.1. REGISTOS METEOROLÓGICOS (P1) Os ensaios foram efetuados nos dias 10/05 e 21/05 para medições efetuadas com o Humidimètre CEBTP MX-HU. No que diz respeito aos ensaios realizados com o Protimeter MMS2, foram realizados nos dias 17/05 e 25/05. Nas figuras seguintes estão representados, por via gráfica, os valores de algumas variáveis influenciadoras das leituras do teor de humidade, nomeadamente da temperatura e humidade relativa exterior. Estes registos foram obtidos através da estação meteorológica do LFC. Fig. 65 - Temperatura registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 10/05/2016 Fig. 66 - Hr (%) registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 10/05/2016 Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 79 Fig. 67 - Temperatura registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 17/05/2016 Fig. 68 - Hr (%) registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 17/05/2016 Fig. 69 - Temperatura registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 21/05/2016 Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 86 Fig. 85 - Temperatura registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 18/05/2016 Fig. 86 - Hr (%) registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 18/05/2016 Fig. 87 - Temperatura registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 22/06/2016 Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 87 Fig. 88 - Hr (%) registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 22/05/2016 Fig. 89 - Temperatura registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 06/06/2016 Fig. 90 - Hr (%) registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 06/06/2016 Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 88 4.6.2.2. RESULTADOS HUMIDIMÈTRE (P2H) Pela observação da Fig. 91 e Fig. 92 , obtemos os resultados obtidos pelo equipamento Humidimetre. As condições de apresentação de resultados são em tudo semelhantes ao referido para o caso de estudo 1 (P1). Fig. 91 – Primeiro ensaio com recurso ao equipamento Humidimètre calibrado com o valor 200 (P2H1) Fig. 92 - Primeiro ensaio com recurso ao equipamento Humidimètre calibrado com o valor 200 (P2H2) Fig. 93 -Diferença das leituras registadas com o Humidimètre entre o primeiro e segundo ensaio Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 89 4.6.2.3. RESULTADOS PROTIMETER (P2P) Os resultados obtidos pelo equipamento Protimeter para que seja possível perceber se existe reprodutibilidade de resultados estão apresentadas nas figuras Fig. 94, Fig. 95 e Fig. 96. Fig. 94 – Primeiro ensaio com recurso ao equipamento Protimeter MMS2 (P2P1) Fig. 95 –Segundo ensaio com recurso ao equipamento Protimeter MMS2 (P2P2) Fig. 96 - Diferença das leituras registadas com o Protimeter MMS2 entre o primeiro e segundo ensaio Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 90 4.6.2.4. REPRODUTIBILIDADE DE RESULTADOS – MAPEAMENTO HUMIDIMÈTRE (P2) Os resultados obtido pela utilização do Programa MATLAB com o intuito de mapeamento do teor de humidade são os seguintes para a situação de estudo com o equipamento Humidimètre : Fig. 97 - Mapeamento de áreas húmidas (MATLAB) obtidas pelo primeiro ensaio medido com o equipamento Humidimètre calibrado para o valor de 200 (caso de estudo 2) (P2H1) Fig. 98 - Mapeamento de áreas húmidas (MATLAB) obtidas pelo segundo ensaio medido com o equipamento Humidimètre calibrado para o valor de 200 (caso de estudo 2) (P2H2) Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 91 4.6.2.5. REPRODUTIBILIDADE DE RESULTADOS – MAPEAMENTO PROTIMETER (P2) Os resultados obtido pela utilização do Programa MATLAB com o intuito de mapeamento do teor de humidade e existência de reprodutibilidade de resultados, são os seguintes para a situação de estudo com o equipamento Protimeter : Fig. 99 - Mapeamento de áreas húmidas (MATLAB) obtidas pelo primeiro ensaio medido com o equipamento Protimeter (caso de estudo 2) (P2P1) Fig. 100 - Mapeamento de áreas húmidas (MATLAB) obtidas pelo segundo ensaio medido com o equipamento Protimeter (caso de estudo 2) (P2P2) Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 92 4.7. ESTUDO DE SENSIBILIDADE DOS EQUIPAMENTOS Procedeu-se á realização de um estudo de sensibilidade do equipamento Humidimètre com o objetivo de perceber a sua fiabilidade no que diz respeito á calibração. Deste modo, calibrou-se o equipamento para 3 valores distintos nomeadamente, 190, 200 e 210, para que fosse possível perceber qualitativamente as variações de teores de humidade e assim averiguar a sua sensibilidade. Ao invés das situações anteriores em que as medições foram realizadas em dias distintos, neste estudo de sensibilidade interessa manter o máximo de variáveis possíveis constantes. Assim sendo, as medições foram realizadas todas no mesmo período temporal, para o mesmo caso de estudo, nomeadamente o caso de estudo 2, pois foi o que se revelou mais interessante na medida em que as áreas de distribuição estão melhor evidenciadas. 4.7.1.1. REGISTOS METEOROLÓGICOS (P1S) À semelhança dos ensaios anteriormente referidos, seguidamente está representado, por via gráfica, uma pesquisa das condições meteorológicas registadas pela estação meteorológica do LFC no dia 27 medições. 4.7.1.2. RESULTADOS HUMIDIMÈTRE (P1S) Seguidamente apresentam-se os resultados das leituras obtidas para os diferentes valores de calibração,190, 200, 210, respetivamente: Fig. 101 – Temperatura registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 27/05/2016 Fig. 102 – Hr (%) registada pela estação meteorológica do LFC, no dia 27/05/2016 Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 93 Fig. 103 - Equipamento calibrado para 190 Fig. 104 - Equipamento calibrado para 200 Fig. 105 - Equipamento calibrado para 210 Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 94 Fig. 106 - Mapeamento de áreas húmidas (MATLAB) obtidas pelo equipamento Humidimètre calibrado para o valor de 190 (caso de estudo 2) Fig. 107 - Mapeamento de áreas húmidas (MATLAB) obtidas pelo equipamento Humidimètre calibrado para o valor de 200 (caso de estudo 2) Medição do teor de humidade e sua importância no diagnóstico 95 Fig. 108 - Mapeamento de áreas húmidas (MATLAB) obtidas pelo equipamento Humidimètre calibrado para o valor de 210 (caso de estudo 2) 4.8. ANÁLISE CRITICA Verifica-se que nos ensaios com o Humidimètre para o caso de estudo 1 (P1H), tanto as áreas húmidas, como as mais secas, localizam-se nas mesmas zonas da parede, contudo os teores de humidade são ligeiramente superiores na primeira medição (P1.H1). O mesmo sucede nos ensaios realizados com o equipamento Protimeter para o referido caso de estudo (P1P). Estas pequenas variações podem ser resultado de medições realizadas em dias diferentes e com espaços temporais alargados. Constatase na análise temporal que as temperaturas e humidades relativas são semelhantes, contudo não foram analisados estes parâmetros nos dias de intervalo das medições, uma vez que a parede pode ter sido sujeita a condições diferentes e a parede encontrar-se mais ou menos húmida. Acrescenta-se ainda, que existem outros parâmetros influenciadores que não foram tidos em consideração na análise meteorológica realizada, nomeadamente, níveis de precipitação, temperatura interior e humidade relativa interior. Por outro lado, pela observação das tabelas das figuras, Fig. 75, Fig. 78 e Fig. 93 que registam as diferenças de valores registadas entre os dois ensaios para cada caso de estudo, contata-se que tanto o equipamento Humidimètre, como o Protimeter, apresentam uma maior discrepância nas fronteiras entre áreas húmidas e “secas” (menos húmidas) Pode ainda estabelecer-se uma certa relação de semelhança entre ambos equipamentos para o relatado caso de estudo (P1), uma vez que embora com valores medidos e as escalas utilizadas serem distintas, é possível apurar qualitativamente áreas húmidas semelhantes. Em relação às medições efetuadas com o Humidimètre (P2H) na segunda situação estudada (P2), as conclusões obtidas são semelhantes às anteriormente referidas no primeiro caso de estudo 1. (P1H). No entanto, as medições registadas com o Protimeter (P2P) refletem uma maior estabilidade tanto em Medição do teor de humidades e sua importância no diagnóstico 102 [57] G.Dobmann,M.Kroening, N.Surkowa, L.vonBernus,B. Wolter. The Potencial of Nuclear Magnetic Resonance (NMR) to Non-Destructively Characterize Early – Age Concrete by an One-Sided Acess (OSA) Technique. Fraunhofer-Institut fuer zertoerungsfre ie Pruefverfahren (IZFP),Universita Geb.3766123 Saarbruecken, Germany),2002.