Os ensaios de caracterização físico-mecânica foram realizados antes e depois dos ensaios de alteração acelerada para determinar algumas das características das rochas e as mudanças ocorridas após os ensaios de alteração acelerada. Foram escolhidos dois parâmetros para caracterização dos materiais pesquisados:
a) Determinação da resistência à compressão (NBR 12767)
A resistência à compressão foi avaliada usando sete corpos de prova de sete (7) cm de lado, de cada uma das quatro variedades de calcário pesquisadas (Fig. 6A). No caso do calcário RVT os corpos de prova utilizados foram escolhidos de tal forma a apresentarem graus de alteração semelhantes, considerando que esta rocha mostra mistura de áreas inalteradas com áreas alteradas, devido à circulação de fluidos através do sistema poroso e das fissuras (Fig. 6B). No caso do calcário RB, a resistência à compressão foi avaliada aplicando esforços compressivos em duas direções, uma segundo a direção da laminação, deduzida a partir da orientação dos fragmentos bioclásticos e, outra, em direção perpendicular a este plano (Fig. 6C e 6D), para determinar se existia alguma diferença em relação à resistência aos esforços compressivos.
b) Determinação da resistência à abrasão (NBR12042)
O ensaio de desgaste Amsler foi realizado utilizando dois corpos de prova de cada variedade de calcário pesquisada, os quais foram submetidos a atrito entre a superfície de uso da rocha e a um anel de ferro fundido com superfície plana e lisa (pista de desgaste) e dureza Brinell entre 160 e 190, disposto horizontalmente, abastecido com um material abrasivo. Os corpos de prova utilizados foram paralelepípedos regulares com os lados da base medindo 70 ± 2 mm e com uma altura entre 25mm e 50mm. Os resultados, expressados como a redução de altura dos corpos de prova (mm) foram calculados após 500 e 1000 voltas.
FIGURA 6. Ensaio de resistência à compressão. (A) CP utilizados. (B) calcário RVT com fissuramento e áreas
alteradas e inalteradas (→). (C) calcário RB, o esforço compressivo (→) aplicado perpendicular à direção de orientação dos bioclastos (→). (D) calcário RB, o esforço compressivo (→) aplicado paralelo à direção de orientação dos bioclastos (→).
2.2.3.6 Ensaios de avaliação da susceptibilidade aos processos de deterioração
Neste trabalho foram consideradas duas normas que representam muito bem os processos de alteração das rochas em ambientes urbanos e, especificamente os que ocorrem na cidade de Medellín, relacionados com as características do clima e da qualidade do ar urbano: a) ensaio de cristalização de sais (EN12370) e b) ensaio de resistência aos vapores de ácido sulfuroso (EN13919). Também foi realizado um ensaio de imersão parcial em solução acidulada, para simulação dos processos de formação de eflorescências originadas no processo de cristalização de sais (Frascá & Yamamoto, 2008).
a) Ensaio de Cristalização de Sais (Norma EN12370)
O ensaio de cristalização de sais permite estabelecer os processos que governam o decaimento ocasionado pela presença de sais solúveis em rochas porosas e assim avaliar a influência deste processo na estética das rochas, nas suas propriedades tecnológicas e na deterioração com a intenção de determinar sua durabilidade. Para simplificar o estudo dos aspectos gerais do decaimento por cristalização de sais, foi utilizado somente o sulfato de sódio nos corpos
A B
de prova das quatro variedades analisadas, escolhendo, em cada conjunto de corpos de prova, aqueles que representassem melhor as características das rochas tanto na frente de lavra, como aquelas utilizadas nos ambientes urbanos de Medellín.
O ensaio foi executado usando corpos de prova de forma cúbica de 7cm de lado aproximadamente, correspondentes a cada uma das variedades comerciais dos calcários avaliados (RV, RVT, RB, RD). Inicialmente os corpos de prova foram pesados e secos em estufa a 105°C até atingirem a massa constante, condição que é alcançada quando a diferença entre dois pesos sucessivos realizados em um intervalo de 24 horas é menor do 0,1%.
De acordo com a norma EN12370, o ensaio se realizou em 15 ciclos, cada um de 24 horas dividido nas seguintes etapas:
- 2h de imersão em solução de sulfato de sódio decaidratado ou mirabilita (Na2SO4.10H2O) em
concentração de 14% em massa;
- 16h de secagem em estufa a 105°C com o objetivo de prevenir a cristalização da mirabilita durante a secagem dos corpos de prova;
- 7h de secagem a temperatura ambiente (20-25°C). Os corpos de prova foram pesados depois de duas horas durante este período.
A cada ciclo a solução salina foi renovada; ao final dos ciclos completos do ensaio, os sais foram retirados dos corpos de prova, mergulhando-os em água deionizada a 50°C e logo secados e pesados até atingir massa constante. A susceptibilidade da rocha face o processo de cristalização de sais é representada pela perda de peso dos corpos de prova depois dos quinze ciclos.
Foram utilizados no ensaio de cristalização de sais quatorze corpos de prova, dividindo-os em dois grupos para observações específicas.
O primeiro conjunto de sete corpos de prova foi utilizado para observação das possíveis mudanças estéticas e para a avaliação do comprometimento das características geomecânicas dos calcários pesquisados. Assim foi realizado o ensaio de resistência aos esforços compressivos retirando um cubo após diferentes ciclos do ensaio assim: 3 ciclos, 5 ciclos, 7 ciclos, 9 ciclos, 11 ciclos, 13 ciclos e 15 ciclos.
Os sete corpos de prova restantes foram submetidos aos 15 ciclos completos de cristalização de sais, avaliando-se o comportamento da massa em termos de ganhos ou perdas, tendo por base sempre a massa inicial. Foi realizado o controle fotográfico para documentar o início das perdas de massa ou das mudanças estéticas em relação à forma e às dimensões das superfícies da rocha. As características hidromecânicas (coeficiente de absorção por capilaridade e coeficiente de evaporação) foram também consideradas como parâmetro de avaliação dos efeitos da cristalização
Foi avaliada também a macro e meso porosidade por meio do ensaio de porosimetria de mercúrio em dois tipos de calcários (RV e RD), para constatar eventuais mudanças da porosidade relacionadas com o processo de deterioração ocasionadas pela cristalização de sais.
Após a finalização do ensaio foram realizadas observações ao Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) dos corpos de prova retirados em diferentes ciclos do ensaio, para verificar a eventual cristalização de sais no sistema poroso.
As eflorescências formadas ao longo do tempo após a finalização do ensaio de cristalização de sais foram analisadas por difração de Raios-X para determinar a natureza dos sais formados e relacioná-los com os processos de deterioração.
b) Ensaio de resistência aos vapores de ácido sulfuroso (H2SO3)
O objetivo básico deste ensaio foi similar a exposição dos calcários a ambientes poluídos, especialmente como revestimentos e pavimentos internos. O ensaio (Norma EN13919) consiste em atacar os materiais com vapores de SO2, produzidos pelo ácido sulfuroso (6% de concentração), em
amostras acondicionadas dentro de um recipiente fechado, de 5000 cm3 de volume. Foram utilizadas seis amostras (7x7x2cm) de cada grupo dos calcários pesquisados, isolando-as do ácido por uma plataforma de plástico resistente (Fig. 7). Foram preparadas duas soluções, segundo o procedimento recomendado pela norma, com diferentes concentrações:
- Solução A: diluindo 500 ml de ácido sulfuroso (H2SO3) em 150 ml de água deionizada;
- Solução B: diluindo 150 ml de ácido sulfuroso (H2SO3) em 500 ml de água deionizada.
Os corpos de prova foram imersos em água deionizada a 20°C durante 24 horas. Em seguida três corpos de prova foram colocados no recipiente plástico que continha a solução A e os outros três no recipiente com a solução B. Os corpos de prova foram colocados em posição vertical sobre a plataforma.
Depois de 21 dias os corpos de prova foram removidos dos recipientes, lavados com água deionizada e secos (T=60ºC) até massa constante. A massa final dos corpos de prova secos foi registrada e se compararam visualmente com corpos de prova deixados como referência.
Foi efetuado o registro fotográfico das alterações observadas, as mudanças de cor e qualquer outra mudança física que as rochas pudessem apresentar.
Os resultados se expressam segundo a equação:
0 1 0
)
(
(%)
m
m
m
m
=
−
Δ
Onde mo= massa do CP seco antes do ensaio
m1= massa do CP seco após o ensaio
Δm = mudança de massa em %.
c) Ensaio de imersão parcial em solução acidulada de H2SO4 (Frasca & Yamamoto,
2008)
Para reproduzir a deterioração das rochas devido à ação das sustâncias nocivas presentes no meio ambiente urbano, três CP foram colocados em contato com solução de ácido sulfúrico (H2SO4
-1%), em pH ácido entre 1 e 1,5. A escolha do ácido sulfúrico baseou-se no fato de ser o SO2 um
dos poluentes atmosféricos que causam maior degradação nas rochas ornamentais, responsável pela formação de sais, como o gesso, que conduzem à degradação associada à sua ação destrutiva na rocha.
O ensaio foi realizado colocando-se em imersão parcial uma das faces dos CP das rochas em estudo, com altura de imersão de 0,5cm, em recipientes plásticos com a mencionada solução (Fig. 8). O ensaio foi realizado em uma sala com temperatura controlada (22°C), visando manter constantes as suas condições.
Os CP ficaram expostos à solução por 30 dias, e nesse período foram efetuados registros diários das mudanças ocorridas na solução e na aparência das rochas. Após esse período, a solução foi removida e os CP colocados em condições ambientais por outros 30 dias, monitorando a formação de eflorescências e sub-eflorescências.
Após os 30 dias de exposição a condições ambientais, as eflorescências formadas foram retiradas cuidadosamente dos CP e enviadas para análise de difração de Raios-X no laboratório do Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN), visando a identificação dos sais neoformados no processo. Outra parte do material coletado como eflorescências, foi analisada via
CAPÍTULO 3 - ROCHAS SEDIMENTARES CARBONÁTICAS E SEU USO COMO