Caracterização do xisto – análise da erosão da rocha

Caracterização do xisto – análise da erosão da
rocha
Barros R.S.
Data: Julho de 2009
Azurém 4800-085 Guimarães ∗ Tel. 253 510 200 ∗ Fax 253 510 217 ∗ E-mail [email protected]
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Departamento de Engenharia Civil
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Caracterização do xisto – análise da erosão da
rocha
Reabilitação das construções
Barros R.S.,
Orientador: Oliveira D.V.
Escola de Engenharia – Universidade do Minho
Data: Julho de 2009
"A natureza é exactamente simples, se
conseguirmos
encará-la
de
modo
apropriado. Essa crença tem me auxiliado,
durante toda a minha vida, a não perder as
esperanças,
quando
surgem
grandes
dificuldades de investigação"
Albert Einstein
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AGRADECIMENTOS
O presente trabalho foi desenvolvido no Departamento de Engenharia Civil da
Universidade do Minho, durante a unidade curricular de Reabilitação das construções,
no âmbito do curso doutoral em engenharia civil.
A orientação foi realizada pelo Prof. Daniel V. Oliveira, ao qual agradeço todos os
conhecimentos transmitidos, dedicação e empenho sempre demonstrado durante a
realização do trabalho.
Aos meus pais, agradeço o apoio incondicional e o amor.
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SUMÁRIO
As construções em xisto representam um legado cultural, arquitectónico e histórico
muito importante em Portugal e na Europa, que urge preservar. A presença de
construções em alvenaria de xisto nas regiões do Minho, Trás-os-Montes, Beiras e
Alentejo, prende-se com a predominância do xisto existente no solo. Em Portugal
continental são diversos os tipos de xistos existentes, variando o tipo ao longo do
território, assim como varia a estrutura xistosa e os minerais constituintes. A erosão do
xisto é um dos danos mais gravosos registado neste tipo de construção popular, tendo
como origem factores físicos e químicos resultantes de fenómenos de cristalização de
sais e ciclos de gelo/degelo, aliados aos microclimas característicos das regiões de
implantação dos edifícios. O restauro das zonas afectas pela erosão é praticamente
impossível, dada a forma como o dano se expressa e a não existência de reboco. A
eliminação deste dano passa por evitar a percolação da água nas paredes e pelo
consolidamento dos elementos pétreos através da eliminação dos espaços vazios.
Palavras-chave: Erosão, Xisto, Danos, Alvenaria.
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ÍNDICE
I.
INTRODUÇÃO ........................................................................................................... 1
II. GEOLOGIA ................................................................................................................. 5
II.1. ROCHAS METAMÓRFICAS .............................................................................................................................. 7
II.2. XISTO ..................................................................................................................................................... 14
II.3. A APLICABILIDADE DO XISTO EM PORTUGAL .................................................................................................... 17
III.
LEVANTAMENTO E PRINCIPAIS DANOS ................................................... 21
III.1. ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS ....................................................................................................................... 24
III.1.2. Ensaios de ciclo gelo/degelo ....................................................................................................... 25
III.1.3. Ensaios de sais ............................................................................................................................ 28
III.1.4. Ensaios de compressão ............................................................................................................... 29
III.1.5. Ensaios de determinação de dureza ........................................................................................... 30
III.1.6. Determinação da absorção da água por capilaridade ................................................................ 32
III.1.7. Determinação da absorção da água à pressão atmosférica....................................................... 32
III.1.8. Esclerómetro de Schmidt............................................................................................................. 33
III.2. ENSAIOS DESTRUTIVOS .............................................................................................................................. 34
III.2.1. Microscopia electrónica .............................................................................................................. 34
III.2.2. Absorção atómica ....................................................................................................................... 35
III.2.3. Cromatografia iónica .................................................................................................................. 36
III.2.4. Tensão de carga de ponta ........................................................................................................... 36
IV.
V.
ALTERAÇÃO E ALTERABILIDADE DAS ROCHAS ................................... 40
EROSÃO DO XISTO ................................................................................................ 44
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V.1. PATOLOGIA ............................................................................................................................................. 44
V.2. FENÓMENO ............................................................................................................................................. 46
V.3. SOLUÇÕES PARA A REABILITAÇÃO E RESTAURO ................................................................................................ 49
VI.
CONCLUSÕES...................................................................................................... 52
VII.
BIBLIOGRAFIA ................................................................................................... 54
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ÍNDECE DE FIGURAS
Figura 1 – Diferentes aldeias do xisto em Portugal. .............................................................. 2
Figura 2 – Construções em xisto no mundo. ......................................................................... 3
Figura 3 – Unidades estruturais da Península Ibérica: 1.Bacias Cenoantropozóicas; 2.
Cadeias Mesocenozóicas; 2. Cadeias Alpinas; 4. Maciço Hispérico. (Aires-Barros,
2001). ............................................................................................................................. 5
Figura 4 – As grandes unidades litoestratigráficas de Portugal continental (Marques et. al.,
2006). ............................................................................................................................. 6
Figura 5 – Metamorfismo com a criação de superfícies achatadas com linhagem
perpendicular às principais tensões de compressão (Blyth e Freitas, 1984). .............. 10
Figura 6 – Xistosidade: (a) Orientação paralela regular; (b) Orientação paralela prismática
(Blyth e Freitas, 1984). ................................................................................................ 10
Figura 7 – Principais rochas metamórficas. (a) Mármore; (b) Gnaisse; (c) Granulito;
(d) Quartezito; (e) Eclogito; (f) Xisto; (g) Serpentino; (h) Anfibolito; (i) Corneana;
(j) Milonito. ................................................................................................................. 13
Figura 8 - Xisto originário de: (a) Minho, (b) Trás-os-Montes, (b) Beiras. ........................ 14
Figura 9 – Diferentes tipos de xistos: (a) Micaxisto; (b) Xisto mosqueado; (c) Filito; (d)
Xisto verde; (e) Xisto cloritico; (f) Xisto actinolitico; (g) Ardósia. ............................ 15
Figura 10 - Mapa litológico de Portugal continental, alterado de Rochas de Portugal. ...... 17
Figura 11 - Construções em xisto: (a) Capela; (b) Pontes (Pereira, 2006); (c) Muro. ........ 19
Figura 12 – Esclerómetro de Schmidt (Barros e Guerra, 2007). ......................................... 33
Figura 13 - Ensaio de carga pontual (Mark e Rusnak, 1999). ............................................. 37
Figura 14 – Factor de Correcção (alterado de ISRM, 1985). .............................................. 38
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Figura 15 – Requerimento de forma: (a) teste diametral; (b) teste axial; (c) teste sobre
elemento regular; (d) teste sobre elemento irregular (alterado de ISRM, 1985). ........ 39
Figura 16 - Erosão do xisto numa habitação na zona de Arganil. ....................................... 44
Figura 17 – Erosão de xisto em habitações de Trás-os-Montes. ......................................... 46
Figura 18 – Distribuição, numa parede, da migração ascensional, por capilaridade, das
soluções salinas mais comuns das águas subterrâneas (Aires-Barros, 2001). ............. 49
Figura 19 – Erosão do xisto expresso com o desaparecimento das camadas externas dos
elementos pétreo. ......................................................................................................... 51
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INDICE DE TABELAS
Tabela 1 – Classificação das rochas metamórficas (Blyth e Freitas, 1984). ....................... 12
Tabela 2 – Adaptação da escala para classificação visual apresentada na norma NP EN
12371:2006. ......................................................................................................................... 27
Tabela 3 – Escala de Mohs e de dureza absoluta. ............................................................... 31
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I.
INTRODUÇÃO
O presente trabalho aborda a caracterização do xisto utilizado nas construções de alvenaria
existentes no território nacional, com maior realce na análise dos danos destes elementos
pétreos, principalmente a erosão do xisto.
Este trabalho foi elaborado no âmbito da disciplina de Reabilitação das construções, no
curso doutoral de engenharia civil e faz parte da primeira fase de um estudo mais
aprofundado das construções de alvenaria de xisto.
A pedra natural é um dos principais materiais de construção à disposição do Homem.
Desde a antiguidade que o Homem constrói os seus abrigos em pedra natural, material que
permitia, à semelhança das grutas, uma boa protecção contra intempéries. As pedras
naturais eram aplicadas na construção tal e qual como eram extraídas do solo ou
previamente cortadas e trabalhadas, originado estruturas sólidas e compactas.
Segundo Boeri (2000), a arquitectura dos povos antigos fez largo uso deste material,
erigindo grandes obras que, graças às propriedades de dureza do material, encontram-se em
bom estado nos dias de hoje. O uso deste material na construção tem estado reservado a
obras importantes, edificadas para durar no tempo, tal como os edifícios religiosos e
monumentais.
Foram inúmeros os impérios espalhados pelo mundo que recorreram à pedra natural para
implantação e dispersão do seu povo, encontrando-se ainda hoje variadíssimas estruturas
em perfeitas condições representando provas do valor e capacidade da pedra natural. No
entanto, apesar das excelentes características da pedra natural e dos diversos monumentos
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e obras de arte, este material não é particularmente elitista, pois sempre permitiu a
elaboração de boas construções de alvenaria de pedra com recurso a materiais locais,
existentes no próprio solo de implantação do edifício, criando, através de metodologias
construtivas tradicionais, construções económicas e com boa durabilidade.
Dentro do vasto património construtivo tradicional português, encontram-se as construções
tradicionais em alvenaria de xisto, estas encontram-se espalhadas por diversas regiões de
Norte a Sul do país, variando as tipologias das construções, as metodologias construtivas e
até o próprio material xisto, que dependendo da zona de onde é extraído pode ter
propriedades e características diferentes, como se pode observar na figura 1.
Figura 1 – Diferentes aldeias do xisto em Portugal.
Para além de Portugal, as construções tradicionais em xisto podem ser igualmente
encontradas em diversos países do mundo, como se observa na figura 2, nomeadamente na
Itália, França, Grécia, Bélgica, Turquia, Albânia, Irlanda, EUA, Macedónia, Estónia, Nova
Zelândia, etc., sempre em regiões onde esta rocha metamórfica existe no solo.
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Portugal
Albânia
Bélgica
França
Itália
Grécia
Espanha
Nova Zelândia
Irlanda
Figura 2 – Construções em xisto no mundo.
Por todo o mundo são registadas diferentes aplicações do xisto (muros, poços, habitações,
castelos, fortalezas, igrejas, muralhas, câmaras funerárias, etc.) e variadas metodologias de
construção.
A construção tradicional de xisto foi ao longo dos tempos executada através da utilização
de materiais existentes na região, sendo desta forma considerada uma construção
verdadeiramente sustentável, tal como nos dias de hoje se pretende implementar na
construção.
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Os trabalhos de construção de edifícios em xisto foram desde sempre efectuados por
trabalhadores locais que foram transmitindo, dos mais velhos para os mais novos, os
conhecimentos das técnicas de execução tradicionais destes edifícios.
Assim, com o presente estudo pretende-se inicialmente caracterizar o património geológico
nacional, com particular relevo para as rochas metamórficas e a sua origem. A
caracterização estrutural do xisto e dos diversos tipos de xistos nas regiões analisadas
colmata a análise das construções de alvenaria de xisto.
Numa segunda parte do trabalho são apresentados os principais ensaios a realizar no
levantamento e inspecção dos xistos utilizados nas construções. Assim como, se
apresentam os principais mecanismos de alteração e alterabilidade das rochas.
Na última parte do trabalho apresenta-se o dano mais gravoso detectado nas construções
analisadas. É caracterizada a erosão do xisto, ou seja, a origem do dano e o mecanismo
interno da transformação destes elementos pétreos. Por fim, são apresentadas as possíveis
soluções para a prevenção e recuperação das estruturas afectadas por este tipo de dano.
Acredita-se que no final do trabalho que se apresenta poder-se-á obter uma boa percepção
do xisto como material de construção. Julga-se, ainda, ser possível compreender o
fenómeno da erosão do xisto, assim como, as metodologias indicadas para a sua prevenção
e recuperação da estrutura.
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II.
GEOLOGIA
A península Ibérica é constituída por um soco cristalino dominado por Maciço Hespérico,
também conhecido por Meseta Ibérica ou Maciço Antigo (figura 3). Portugal continental
faz parte da maior unidade morfoestrutural da Península Ibérica, o Maciço Antigo, que, de
Espanha, entra largamente no nosso país, onde ocupa todo o Minho e Trás-os-Montes e a
maior parte das Beiras e do Alentejo, formando um conjunto de troços aplanados.
Figura 3 – Unidades estruturais da Península Ibérica: 1.Bacias Cenoantropozóicas; 2.
Cadeias Mesocenozóicas; 2. Cadeias Alpinas; 4. Maciço Hispérico. (Aires-Barros,
2001).
Do ponto de vista geológico, o território de Portugal continental divide-se nas seguintes
unidades: o Maciço Antigo, as Orlas marginais cenomesozóicas ocidental e meridional e as
Bacias inferiores dos rios Tejo e Sado (Figura 4). No Maciço Antigo, também conhecido
por Meseta, predominam as rochas ígneas e metamórficas, enquanto que, nas restantes
unidades predominam as sedimentares. Estas grandes unidades têm correspondência nos
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tipos de materiais de construção que aí se encontram disponíveis, pelo que o património
construído mostra um zonamento regional que reflecte fortemente este enquadramento
litoestratigráfico (Marques et. al., 2006).
Figura 4 – As grandes unidades litoestratigráficas de Portugal continental (Marques et. al.,
2006).
São cerca de sete décimos do território continental constituídos por um conjunto de rochas
pré-câmbricas e paleozóicas, com predomínio de xistos, granitos e quartzitos, enrugados ou
deslocados por vários ciclos orogénicos (Brito, 2008).
Na sua maioria, o território nacional é dominado pelos granitos, existindo também um
grande prevalência de solos constituídos por xistos nas suas diversas formas. De facto, pelo
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património edificado antigo denota-se o vasto recurso a estes dois tipos de rochas para a
edificação. Em particular, os xistos, existem em todo o norte do país, Beiras e grande parte
do Alentejo.
Marques et. al. (2006) refere que, as rochas mais antigas de Portugal formam grupos
litológicos muito heterogéneos, profundamente transformados devido aos sucessivos
agentes tectónicos e erosivos que os afectaram; são de idade pré-câmbrica, quer seja
designada por série negra, como alguns gnaisses, quartzitos e vulcanitos do Nordeste
Alentejano, ou complexo xisto-grauváquico com grandes extensões de xisto na Beira e no
leste do Douro.
O restante território nacional é dominado pelas rochas sedimentares que se estendem por
três zonas; a orla ocidental, a orla meridional e as bacias terciárias do Tejo e do Sado, tal
como se pode observar na figura 3.
II.1. Rochas metamórficas
Tal como o nome indica, as rochas metamórficas tem origem na alteração de rochas préexistentes através de acções derivadas de altas temperaturas e/ou pressões. Montgomery
(2008) refere que, a temperatura requerida para a formação de rochas metamórficas não é
tão alta como a temperatura do magma, de facto, alterações significativas podem ocorrer
nas rochas a temperaturas bem abaixo das temperaturas necessária para derreter.
O metamorfismo causa alterações na textura, na estrutura e em certas situações até nos
minerais constituintes das rochas, modificando as suas propriedades físicas. As
modificações podem melhorar algumas propriedades mecânicas, como também podem
diminuir a resistência da rocha (Johnson e De Graff, 1988).
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Por sua vez, Marques et. al. (2006), menciona que o metamorfismo engloba as numerosas
transformações, mineralógicas, químicas e estruturais sofridas pelas rochas sólidas ao
serem submetidas às condições físico-químicas existentes nas profundidades abaixo da
diagénese. Os minerais deixam de ser estáveis e desaparecem originando a formação de
outras fases minerais estáveis nas novas condições. As transformações originadas pelas
substituições de minerais e texturas podem acontecer de forma conjunta ou separada, mas,
em qualquer caso, são sempre função do tipo e da intensidade do metamorfismo sofrido e
da litologia da rocha envolvida no processo.
O calor e a pressão normalmente faz com que os minerais recristalizem, sendo que, os
minerais originais podem formar grandes cristais com ligações muito fortes entre eles ou,
pelo contrário, podem desaparecer por completo e surgirem novos minerais dadas as novas
temperaturas e pressões. A pressão pode originar a deformação das rochas, compressões,
tracções ou flexões, sempre durante o estado sólido da rocha (Montgomery, 2008).
De facto, a ocorrência das transformações mineralógicas e estruturais com a rocha no
estado sólido, é uma das principais características do metamorfismo. Outra característica
importante do metamorfismo é a de que as rochas a ele submetidas continuam a manter
basicamente a sua composição química inicial, independentemente de se tratar de rochas
ígneas ou sedimentares. Exceptuando pequenas entradas ou saídas de água e de anidrido
carbónico, a composição química média permanece inalterada (Marques et al, 2006).
O metamorfismo é distinguido em três classes diferentes, dependendo das reacções
exercidas pela temperatura e pressão. Estas classes são identificadas por; térmico ou de
contacto, dependem principalmente da temperatura; burial ou de aprofundamento, que
dependem das tensões exercidas; e regional que depende da pressão e da temperatura.
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O metamorfismo de contacto ou térmico, origina-se na faixa de contacto entre as rochas e a
intrusão magmática quente. Este tipo de metamorfismo origina, fundamentalmente,
recristalizações químicas nas rochas penetradas, como resposta ao aumento importante da
temperatura, provocado pela intrusão, e à presença de fluidos, quimicamente activos nos poros
e desprendidos pelo magma. Porque se trata de um processo fundamentalmente térmico, as
deformações mecânicas não são importantes e as modificações texturais que surgem são
originadas exclusivamente pela recristalização (Marques et al, 2006).
O metamorfismo burial ou de aprofundamento, origina-se em bacias sedimentares profundas,
quando rochas sedimentares, após a diagénese, atingem cerca de 10 km de profundidade e
temperaturas de 300° C. Envolve fundamentalmente recristalizações químicas e a tensão tende
a ser vertical, levando a que a foliação presente seja paralela à estratificação. Representa a
primeira etapa do metamorfismo, logo após a diagénese e passa gradualmente ao
metamorfismo regional à medida que a temperatura e pressão aumentam (Marques et al,
2006).
Relativamente ao metamorfismo regional, este resulta das tensões e do calor que as rochas
estão sujeitas na formação de montanhas ou pelos movimentos das placas tectónicas
(Montgomery, 2008). Segundo Marques et al. (2006), este metamorfismo origina os tipos e
rochas metamórficas mais comuns (filitos, xistos, gnaisses e ardósias) e afecta regiões extensas
e espessuras de rochas da ordem dos quilómetros.
Como já foi referido, a subida da temperatura e as tensões resultantes da pressão resultam em
recristalização, e tal como refere Blyth e Freitas (1984), em muitas situações originam a
formação de novos minerais, sendo que, muitos deles crescem com o seu comprimento e
superfícies achatadas na direcção perpendicular às maiores tensões de compressão (figura 5).
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Figura 5 – Metamorfismo com a criação de superfícies achatadas com linhagem
perpendicular às principais tensões de compressão (Blyth e Freitas, 1984).
As altas temperaturas e as pressões que aumentam com a profundidade originam grandes
deformações na crosta terrestre, sendo que, neste tipo de metamorfismo é comum resultarem
rochas com textura mais achatada ou menos achatadas, conhecidas por xistosidade (figura 6)
ou foliação.
Figura 6 – Xistosidade: (a) Orientação paralela regular; (b) Orientação paralela prismática
(Blyth e Freitas, 1984).
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Segundo Bell (2007), a maioria das rochas metamórficas que sofreram deformações
possuem uma orientação preferencial. A orientação preferencial pode ser exibida em
estratificações lineares ou planas que permitem uma divisão mais fácil das rochas num
sentido do que no outro.
A forma cristalina de um mineral metamórfico determina a forma como se desenvolveu,
tendo em conta, a velocidade da sua transformação perante as pressões e temperaturas. A
fábrica de uma rocha metamórfica está relacionada com o arranjo dos minerais
constituintes e com a textura dos seus elementos nas três dimensões. Esta característica das
rochas metamórficas varia com o tipo de metamorfismo e é um dos principais factores na
classificação deste tipo de rochas.
A textura das rochas metamórficas pode ser distinguida em seis tipos diferentes; de textura
foliada, originada por pressões podendo ser de clivagem ou de xistosidade dependendo
respectivamente da menor ou maior foliação, de textura gnáissica, quando os planos de
mineralização são de difícil identificação, mesmo sendo diferentes entre si a identificação
só se torna possível através da orientação paralela dos minerais mais escuros; a textura
xistosa, quando a foliação é fina em rochas holocristalinas de grão médio; a textura
pseudofírica, quando existem cristais de grande dimensão; a textura granoblástica,
tradicional do gnaisses, com a existência de cristais de quartzo ou feldspato equidistantes; e
a textura lepidoblástica, caracterizada pela existência de mica e clorite dispostos em
lâminas ou sub-paralelamente (Marques et al., 2006).
A classificação das rochas metamórficas baseia-se fundamentalmente na presença ou
ausência de foliação. Blyth e Freitas (1984) referem que, as rochas metamórficas mais
comuns são classificadas segundo bases que descrevem a anisotropia criada pela foliação
(Tabela 1).
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Tabela 1 – Classificação das rochas metamórficas,, adaptação de Blyth e Freitas (1984).
Por sua vez, Marques et al. (2006) diz que
que a natureza premetamórfica só é utilizada na
nomenclatura das rochas metamórficas quando, a partir da composição da rocha
metamórfica, é possível deduzir a sua composição original, sendo que, na classificação
utilizam-se
se os prefixos; “Orto”, quando a rocha original é de origem Ignea; “Para”, quando
a rocha original é de origem sedimentar;
sedimenta e “Meta” quando a rocha não anulou
completamente as características da rocha original.
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Das principais rochas metamórficas aplicadas na construção encontram-se
encontram
os mármores,
quartzitos, gnaisses,, granulitos, eclogitos, serpentinitos, anfibolitos, filonitos,
filonito corneanas,
milonitos, e todos os xistos, micaxistos e ardósia (figura 7).
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(i)
(j)
Figura 7 – Principais rochas metamórficas. (a) Mármore; (b) Gnaisse;
Gnaisse (c) Granulito;
(d) Quartzito; (e) Eclogito;
Eclogito (f) Xisto; (g) Serpentino; (h) Anfibolito;
Anfibolito (i) Corneana;
(j) Milonito.
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II.2. Xisto
O xisto é uma rocha metamórfica que tem uma estrutura xistosa de forma irregular ou
plana, na qual são visíveis a olho nu as suas camadas minerais, ver figura 8. Os xistos
distinguem-se das outras rochas metamórficas pelo tamanho dos seus cristais minerais e,
comparativamente à ardósia, a sua estrutura é mais enrugada e irregular. Estas rochas
quebram-se facilmente pelos seus planos de xistosidade como as ardósias ao longo da sua
linhagem.
(c)
(a)
(b)
Figura 8 - Xisto originário de: (a) Minho, (b) Trás-os-Montes, (b) Beiras.
Dependendo das características intrínsecas dos xistos, estes adquirem diferentes
nomenclaturas, podendo ser designados por, xistos mosqueados, micaxistos, filitos, xistos
verdes, xistos azuis, xistos cloríticos, xistos actinolíticos, xistos glaucofânicos ou xistos
esteatíticos (Figura 9). As ardósias apesar de possuírem uma estrutura mais regular
também podem ser consideradas como um tipo de xisto.
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(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
Figura 9 – Diferentes tipos de xistos: (a) Micaxisto; (b) Xisto mosqueado; (c) Filito; (d)
Xisto verde; (e) Xisto cloritico; (f) Xisto actinolitico; (g) Ardósia.
Os xistos mosqueados, em termos estruturação aproximam-se muito das rochas corneanas,
tendo no entanto menor grau de recristalização. Os Micaxistos possuem grande
xistosidade, sendo que, os minerais micáceos com presença abundante dão origem à
denominação. A substituição de minerais micáceos por clorite, actinolite, glaucófano ou
talco originas respectivamente os xistos clorídricos, xistos actinolíticos, xistos
glaucofânicos e xistos esteatíticos.
Os xistos verdes são muito semelhantes aos filitos, ambos possuem uma estrutura muito
foliada no entanto distinguem-se pela sua cor, enquanto os xistos verdes, devido a presença
de clorite possuem uma tonalidade verde, os filitos são característicos pelo seu brilho
proporcionado pela existência de clorites na sua estrutura.
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Os xistos azuis, tal como os xistos verdes, resultam de rochas basálticas e apresentam
estrutura foliada, no entanto possuem tonalidade azul devida ao glaucófano. As ardósias
possuem cor negra e estrutura laminar achatada com os seus minerais bastante
organizados. A existência de pirite na sua constituição é uma das suas principais
características e a razão para sua baixa qualidade. Resulta de metamorfismo regional de
rochas originais argilosas.
O metamorfismo regional, tipo de metamorfismo que origina os xistos, está relacionado
com a pressão litostática que acontece em locais de formação de montanhas, como se pode
observar através da distribuição das rochas em Portugal continental na figura 10. A acção
da pressão diminui a granulação das rochas fragmentando os seus cristais, transformando a
rocha num elemento plano.
O aumento da temperatura leva a um desenvolvimento maior da granulação
(recristalização). Relacionado com o metamorfismo regional e através dos aspectos
mencionados anteriormente surgem dois grupos principais de rochas metamórficas; rochas
nas quais, a deformação predomina sobre a recristalização, que são rochas de granulação
muito fina a fina e de estrutura muito plana (exemplo a ardósia utilizada em coberturas);
rochas nas quais a recristalização predomina sobre a deformação, que são rochas de
granulação média a grossa e com estrutura menos plana ou mais irregular (exemplo os
xistos utilizados nas construções tradicionais objecto deste estudo).
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Areias
Argilas, arenitos, conglomerados
Calcários, margas, arenitos
Granitos
Xistos, mármores, quartezitos
Gneisses, micaxistos, xistos
metamórficos
Figura 10 - Mapa litológico de Portugal continental, alterado de Rochas de Portugal.
De acordo com o mapa litológico apresentado e tendo em consideração que este trabalho
de investigação se encontra na sua fase inicial, o foco dos levantamentos efectuados foi
centrado na regiões do Minho, Trás-os-Montes e Beiras.
II.3. A aplicabilidade do xisto em Portugal
Em Portugal, os xistos foram aplicados como elementos construtivos em património
edificado maioritariamente rústico, em aldeias históricas e em castelos onde se encontram
na forma de blocos, como elementos estruturais em panos de muralhas, por vezes
misturados com blocos de granitos.
Para serem obtidos bons resultados da aplicação nas construções, as pedras devem
satisfazer diversos requisitos directamente relacionados com a utilização prevista da
construção. As propriedades das pedras derivam das características físico-químicas dos
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materiais de que são constituídas e das características geométricas da sua estrutura. Entre
as principais propriedades encontra-se a resistência à compressão, a resistência aos agentes
atmosféricos e capacidade de ser trabalhada. Pode-se ainda considerar a permeabilidade, a
capacidade térmica e a durabilidade como características a ter em conta dependendo da
localização e utilização do edificado.
Segundo Boeri (2000), as pedras naturais encontram-se presentes na natureza com as
mesmas características que possuem quando são utilizadas na construção. Tratando-se de
materiais naturais, o processo de tratamento não pode ser considerado como um ciclo
produtivo no sentido próprio, mas compreende as fases necessárias à extracção e à
transformação do material, ou seja, a localização, escavação, subdivisão e acabamento.
No caso particular do xisto a localização era uma das principais razões para a elaboração
da construção ser realizada em xisto, ou seja, não existia a necessidade de procurar a
localização da pedra em locais específicos e após extracção transportar para o local de
implantação, pois estas construções populares eram efectuadas com as pedras naturais
existentes no solo do local de implantação ou em zonas muito próximas desse local.
A escavação era efectuada, como foi referido, no local de implantação ou numa zona muito
próxima, sem qualquer tipo de equipamento especial em solos naturais. A subdivisão era
efectuada no local, e dependendo da zona do país e das respectivas características do xisto,
principalmente dureza e estratificação da estrutura interna, permitia a dispensa de
equipamento especial para o seu corte, pois normalmente, apenas com recurso às mãos, é
possível a subdivisão destas pedras.
Tradicionalmente, o xisto extraía-se de pedreiras em lascas, sem qualquer tipo de
tratamento ou acabamento, e sobrepunham-se regularmente os elementos aproveitando as
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suas boas características xistosas e as suas irregularidades geométricas aliadas ao ligante
ou não, construindo-se as casas de habitação e demais dependências utilitárias, assim como
muros de vedação, calçadas, moinhos, azenhas, lagares e pontes (ver exemplos na
figura 11). Nas casas de habitação, o xisto era empregue na construção das paredes, dos
pavimentos térreos, das escadas e, em algumas situações, até das coberturas, (Cardoso,
2006).
(a)
(b)
(c)
Figura 11 - Construções em xisto: (a) Capela; (b) Pontes (Pereira, 2006); (c) Muro.
A par do xisto, a madeira era utilizada como material complementar na construção das
paredes. Esta era usada para as varandas e sobrados, assim como para os lintéis das portas
e janelas das casas mais humildes. Já as casas pertencentes a proprietários com mais
recursos exibiam, muitas vezes, blocos de granito nos lintéis, em vez da madeira. Esta
particularidade deve-se à dificuldade de extracção de blocos de xisto com dimensões e
resistência adequadas para aplicações em vãos (Cardoso, 2006).
A atitude construtiva tradicional pode hoje ser definida como sustentabilidade
arquitectónica com o recurso a materiais locais, à economia energética relacionada com
aquisição e gestão controlada da radiação solar, à ventilação, à luz, ao clima, ao solo e à
relação com o ambiente vegetal (Tubi, 2006).
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Esta metodologia construtiva tradicional cresceu relacionando-se directamente com os
vários factores tais como, factores económicos, ambientais e sociais, modelando-se e
adaptando-se aos diferentes meios ao longo do tempo originando as diversas tipologias,
hoje em dia registadas no território nacional.
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III.
LEVANTAMENTO E PRINCIPAIS DANOS
A possibilidade de intervir com sucesso numa construção afectada por problemas de
degradação, a nível estrutural ou dos materiais, pressupõe a preventiva formulação de um
perfeito diagnóstico das causas de degradação, diagnóstico que se deve basear sobre um
pontual, aprofundado e preciso conhecimento do objecto edificado (Grillo, 2002)
O levantamento das tipologias arquitectónicas das construções em xisto existentes no
território nacional e o levantamento dos respectivos danos mais comuns permite adquirir
dados suficientes para um perfeito estudo das estruturas em xisto.
O levantamento e diagnóstico aplicado às construções antigas è um trabalho deveras
complexo, pois trata-se de construções normalmente elaboradas sem qualquer tipo de
projecto e sem qualquer tipo de regulamentação construtiva. Grillo (2002) refere que, o
conhecimento dos danos e degradação de uma construção em geral ou da insuficiente
segurança da estrutura é uma operação deveras complexa, seja pela dificuldade de
determinar as causas correctamente ou pela sobreposição e interacção de vários
fenómenos.
Por sua vez, Baruchello (2004) refere que, as imposições de procedimentos de cálculo e de
verificações cada vez mais complexas devido à difusão das técnicas de cálculo automático,
requer um conhecimento mais aprofundado dos parâmetros em jogo e das características
físicas e mecânicas dos vários elementos resistentes. Desta forma, na realização de
qualquer intervenção sobre a construção torna-se cada vez mais importante de análise e
diagnóstico relativamente à fase de execução.
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Antes de se tomar uma decisão em relação a qualquer tipo de reparação a efectuar na
estrutura, é sempre necessário ter um perfeito conhecimento das solicitações ou
modificações das acções originais, sendo que estas podem ser de naturezas diversas e, com
isso, provocar diferentes alterações, tanto na estrutura como nos materiais (Barros, 2005).
A carência do aprofundamento na fase de diagnóstico já por diversas vezes conduziu a
execução de intervenções insuficientes que posteriormente requereram reforços estáticos
bastantes mais complexos do que seria possível de executar na intervenção, caso esta
tivesse sido bem fundamentada (Baruchello, 2004).
Assim, normalmente aquando da execução de um levantamento deve-se iniciar com a
inspecção preliminar, feita de uma forma qualitativa, recorrendo à observação visual ou á
utilização de equipamento simples na determinação das patologias existentes. Numa
segunda fase, efectua-se a inspecção detalhada, caracterizada por uma inspecção
quantitativa, na qual são realizados ensaios e medições, de forma a ser obtida uma
avaliação das características dos materiais constituintes da estrutura e das propriedades
mecânicas da própria estrutura (Barros, 2005).
A preparação prévia do levantamento é um factor essencial para o sucesso do estudo, desta
forma, no presente estudo, tendo em conta que se trata de um tipo de construção muito
específico, tanto em termos construtivos, como em termos de materiais usados, sendo neste
caso particular, necessária uma análise da geologia e geografia do território nacional. Este
estudo prévio, permite conhecer as zonas do território nacional onde o solo é constituído
por xisto e, saber que, as construções tradicionais em xisto são elaboradas com os materiais
existentes localmente, obtidos nas zonas onde se encontram implementadas construções
tradicionais em xisto.
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Assim, neste trabalho foi delimitada a zona de estudo às regiões do Minho, Trás-osMontes, Beiras e Alentejo, sendo que, nesta primeira fase a análise limitou-se às regiões do
Minho, Trás-os-Montes e Beiras deixando as construções do Alentejo para uma segunda
fase.
Sabendo que, o principal passo para o sucesso na reabilitação é a execução de um perfeito
diagnóstico da construção e com o intuito de obter uma boa caracterização arquitectónica e
patológica das construções, foi necessário a elaboração de uma ficha de levantamento
especifica para construções em alvenaria de xisto.
Não desprezando a importância de diversos requisitos no conhecimento obtido pela análise
visual da estrutura, tais como; o conhecimento do território e condições de implantação, a
avaliação do estado de degradação e segurança e a geometria da construção. A presente
ficha de levantamento foi elaborada com o intuito de abranger vários aspectos específicos,
tais como, arquitectura, estrutura geral, estrutura das paredes e danos existentes.
Após a recolha de dados qualitativos e a respectiva análise, torna-se necessário o
aprofundamento do conhecimento das estruturas das paredes de alvenaria de xisto e para
tal será necessário iniciar a segunda fase da inspecção onde serão recolhidos dados
quantitativos através da execução de ensaios não destrutivos e destrutivos, in-situ e em
laboratório.
Os resultados obtidos dos ensaios realizados deverão permitir quantificar os valores
característicos das propriedades dos materiais (Barros, 2005). As propriedades dos
materiais (particularmente as resistências), que são os parâmetros básicos para qualquer
cálculo, podem ser reduzidas através das degradações devidas á acção química, física
ou biológica. Embora as degradações possam manifestar-se à superfície, sendo assim
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imediatamente visíveis através de uma inspecção superficial (eflorescências,
porosidade elevada, etc.), existem também processos de degradação que só podem ser
detectados através de ensaios mais sofisticados (ataque de térmitas na madeira, etc.)
(ICOMOS, 2004).
As cargas permanentes (pesos próprios, etc.) deverão, em princípio, ser obtidas a partir do
levantamento da geometria e da constituição da construção. Elementos de informação já
existentes (desenhos, etc.) que poderão também ser úteis, mas deverão ser usados com reservas
(Santos cit. in Barros et al., 2004).
Como refere o ICOMOS (2004), as acções são definidas como qualquer agente (forças,
deformações, etc.) que produza tensões e deformações na estrutura e qualquer fenómeno
(químico, biológico, etc.) que afecte os materiais, normalmente reduzindo a sua resistência. As
acções originais, que ocorrem desde o início da construção até á sua conclusão (por exemplo, o
peso próprio), podem ser modificadas durante a sua vida e é frequente que estas mudanças
produzam danos e degradações.
III.1. Ensaios não destrutivos
As construções em alvenaria de xisto são construções muito particulares devido às
características únicas do material usado na sua elaboração. A escassez de
documentação relacionada com as estruturas de xisto e com o próprio material, torna
essencial a elaboração de ensaios aos diferentes xistos usados na construção em
Portugal, por forma, a se obter um perfeito conhecimento das propriedades do
material.
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Como refere Gambino (2004), os ensaios não destrutivos apresentam enormes
vantagens de não provocarem danos nem alterações à construção, mas contudo, podem
facilmente levar a conclusões erradas quando os resultados não são interpretados de
forma correcta e não são correlacionados com a validação certa do comportamento da
estrutura ou do material, dedutível de provas laboratoriais.
III.1.2. Ensaios de ciclo gelo/degelo
Considerando que grande parte dos edifícios analisados encontram-se localizados na
zona de Trás-os-Montes e na zona das Beiras, e tendo em conta que, nestas zonas
existe uma grande variação térmica entre as estações de inverno e verão, podendo ser
obtidas temperaturas negativas de inverno e temperaturas bastante altas no verão, na
ordem dos 35ºC e 40ºC. Torna-se importante a análise dos efeitos da variação da
temperatura no xisto, e a compreensão do funcionamento da estrutura xistosa perante
tal fenómeno.
Assim, segundo a norma NP EN 12371:2006, correspondente aos métodos de ensaio
para a pedra natural na determinação da resistência ao gelo, a avaliação dos ciclos
gelo/degelo pode ser efectuada através de dois ensaios, o ensaio tecnológico e o ensaio
de identificação.
Tendo e consideração as características próprias do xisto, e o tipo de conclusões que se
pretende obter, considera-se o ensaio de identificação mais adequado a este estudo. No
ensaio de identificação a resistência ao gelo do xisto é determinada através de um
ensaio constituído por ciclos de gelo ao ar e degelo em água, sendo que, os ciclos
gelo/degelo devem prosseguir até que os provetes em análise sejam classificados como
degradados, até um máximo de 240 ciclos.
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O critério de classificação como deteriorado deve seguir o estipulado pela norma NP
EN 12371:2006, ou seja, o ensaio prossegue até que dois ou mais provetes sejam
classificados como deteriorados, segundo qualquer dos critérios seguintes:
- A inspecção visual atinja a classificação 3;
- O decréscimo no volume aparente atinja 1%;
- O decréscimo no módulo de elasticidade dinâmico atinja 30%.
Para a inspecção visual deve-se ter em consideração a seguinte tabela:
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Tabela 2 – Adaptação da escala para classificação visual apresentada na norma NP EN
12371:2006.
Classificação
Avaliação visual da rocha
0
Provete intacto
Danos muito pequenos (pequeno arredondamento dos
1
cantos e arestas) que não comprometem a integridade
do provete
Uma ou várias fissuras (≤ 0,1 mm de largura) ou
2
desprendimento de pequenos fragmentos (≤ 10 mm2
por fragmento)
Uma ou várias fissuras, orifícios ou desprendimento de
3
fragmentos superiores aos definidos para a classificação
“2”, ou alteração do material contido em veios
4
Provete partido em dois ou com grandes fissuras
5
Provete partido em vários pedaços
As perdas de material aquando a deterioração do xisto são calculadas através da
determinação da variação do volume aparente através de duas variáveis; a massa
aparente do provete (Mho) e a massa do provete saturado (Mso). Estas variáveis são
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registadas ao longo de n ciclos, sendo que, o volume aparente inicial é expresso
através de:
bo = (so − ho)
E o volume aparente após n ciclos determina-se através da seguinte fórmula:
bn = (sn − hn)
A variação do volume aparente após n ciclos, em percentagem determina-se da
seguinte forma:
∆Vb =
(s0 − h0) − (sn − hn) × 100
(s0 − h0)
Quando se atinge um volume aparente de 1% do volume aparente origina, segundo a
norma NP EN 12371:2006, considera-se o provete como deteriorado.
III.1.3. Ensaios de sais
A existência de sais nas paredes das construções de alvenaria de pedra natural é um
fenómeno normal, sendo a sua ocorrência originária da presença de iões solúveis
provenientes da atmosfera, de metabolismo orgânico, dos solos, de outros materiais,
etc.
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Este fenómeno pode ser bastante relevante para o caso do xisto, tendo em conta a
forma como se desenvolve e as propriedades e características da estrutura xistosa
bastante favorável para a percolação ou circulação. Deve-se, no entanto, analisar os
resultados do ensaio de sais em conjunto com o ensaio de ciclo de gelo/degelo,
anteriormente apresentado, pois os dois fenómenos encontram-se interligados, e a
análise do conjunto dos resultados permite uma avaliação mais rigorosa do
funcionamento do xisto.
Assim, segundo a norma NP EN 12370:2001, correspondente aos métodos de ensaio
para a pedra natural na determinação da resistência à cristalização de sais, pode-se
efectuar a avaliação da resistência relativa aos danos causados pela cristalização de
sais em xistos.
Este ensaio consiste na execução de 15 ciclos nos quais os provetes de xisto são
imersos numa solução de sulfato de sódio e posteriormente secos e arrefecidos até
atingir a temperatura ambiente. Tal como no ensaio de ciclo gelo/degelo, o ensaio de
sais deve ser elaborado até a obtenção da rotura do provete, sendo registado o número
de ciclos necessários para induzir a rotura.
III.1.4. Ensaios de compressão
O ensaio de compressão permite a obtenção da resistência mecânica dos diferentes
xistos utilizados na construção no território nacional, factor preponderante para a
compreensão do funcionamento mecânico das estruturas de alvenaria de xisto, assim
como, no esclarecimento da reacção dos vários xistos quando sujeitos a esforços
mecânicos.
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Segundo a norma NP EN 1926:2006, o ensaio de resistência à compressão uniaxial
permite avaliar o desempenho de provetes colocados entre dois pratos paralelos e
sujeitos a uma carga. Devido à textura irregular dos xistos, os elementos a serem
testados devem ser cuidadosamente preparados para que as faces que estão em
contacto com as plataformas da máquina sofram uma carga perfeitamente distribuída.
No final do ensaio de compressão, tendo em conta a força de rotura obtida na máquina
de compressão (F) e a área dos provetes ensaiados (A), obtêm-se a resistência dos
xistos em MPa (Rc) através da seguinte fórmula:
Rc =
III.1.5. Ensaios de determinação de dureza
Em conjunto com o efeito dos sais e os ciclos de gelo/degelo o vento pode ser um factor
agravante na degradação por erosão do xisto, tal factor está directamente relacionado com
a dureza dos materiais. Desta forma, e considerando a grande diversidade de xistos
existentes, é pertinente a determinação da dureza dos xistos das regiões em análise. Esta
avaliação possibilita a compreensão da dureza do xisto relativamente a outros tipos de
rochas aplicadas na construção, assim como, a comparação de dureza entre os diversos
xistos.
Para a avaliação da dureza dos xistos efectua-se um ensaio padrão no qual se compara a
sua dureza com a dureza de outras rochas já catalogadas. Para tal, deve-se usar a escala de
Mohs, na qual se encontram catalogadas 10 rochas em ordem crescente de resistência
(Tabela 3), sendo o talco o menos resistente e o diamante o mais resistente. Na execução
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do ensaio deve-se efectuar um risco nos minerais da tabela, iniciando pelo mais duro até
que um dos minerais se deixe riscar, quando isto se suceder deve-se verificar se o mineral
de dureza superior ao riscado risca o xisto. Caso isto ocorra, então o xisto em análise tem
uma dureza entre os minerais analisados.
Tabela 3 – Escala de Mohs e de dureza absoluta.
Dureza (Escala
Dureza (Escala
Mineral
de Mohs)
Absoluta)
1
Talco
0,03
2
Gesso
1,25
3
Calcite
4,5
4
Fluorite
5,0
5
Apatite
6,5
6
Feldespato
37
7
Quartzo
120
8
Topásio
175
9
Corindo
1000
10
Diamante
140000
Tendo em consideração a escala de dureza absoluta e a sua correspondência com a escala
de Mohs, torna-se possível quantificar a dureza do xisto. Da mesma forma, que se
determina a dureza do xisto comparativamente com outros minerais, será possível
determinar a dureza dos diferentes xistos, através da determinação dos xistos que se
deixam riscar e os que tem mais capacidade de riscar.
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III.1.6. Determinação da absorção da água por capilaridade
O ensaio a efectuar para a determinação da absorção de água por capilaridade, consiste
no controlo da absorção de água na base do provete e respectiva ascensão por
capilaridade durante intervalos controlados de tempo. Para a execução deste ensaios
são colocados provetes num recipiente com água, de forma a que, os provetes fiquem
em contacto com a água até uma altura aproximadamente de 0,3 cm.
O coeficiente de absorção de água por capilaridade (A), é determinado tendo em
consideração o acréscimo de massa de água (m) e o tempo (t).
=
√
III.1.7. Determinação da absorção da água à pressão atmosférica.
A determinação da absorção da água à pressão atmosférica é um ensaio simples executado
de acordo com a norma NP EN 13755:2005, no qual são necessários pelo menos 6 provetes
que, após serem colocados a peso constante, são sujeitos a três fases de imersão em água
corrente, respectivamente; na primeira fase até metade da altura dos provetes, na segunda
fase até três quartos da altura dos provetes, e na última fase até 2,5 cm acima da altura dos
provetes.
De acordo com a maioria das rochas portuguesas, a massa constante de saturação dos
provetes é obtida após de aproximadamente 72 horas de imersão, no entanto, considerando
as propriedades características dos xistos deve-se ter particular atenção, e efectuar várias
pesagens até que seja atingida uma variação de 0,1% entre duas pesagens sucessivas.
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III.1.8. Esclerómetro de Schmidt
O ensaio com o esclerómetro de Schmidt
Schmid (figura 12)) é utilizado normalmente para
determinar a resistência à compressão do betão, podendo, no entanto, o mesmo
mes
ensaio ser
aplicado na determinação da resistência à compressão à superfície dos elementos pétreos.
Figura 12 – Esclerómetro de Schmidt (Barros e Guerra, 2007).
Este ensaio passa pela medição do recuo do batente do esclerómetro quando este é
accionado por uma mola após a compressão do esclerómetro na superfície do elemento
pétreo. O índice de recuo permite avaliar a dureza superficial da rocha ou determinar
regiões superficiais degradadas.
A rapidez e a forma prática como se efectua o ensaio são as principais
principais vantagens. No
entanto, deve-se
se ter em atenção que os resultados obtidos são referentes à superfície do
elemento a analisar e não a toda a estrutura, situação que pode provocar erros de medição,
caso a superfície esteja demasiado degradada.
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III.2. Ensaios destrutivos
Segundo Tubi (2006), as metodologias de ensaio destrutivas não são normalmente
aplicadas às construções de alvenaria de pedra, a não ser para a determinação da
resistência dos elementos de pedra. Sendo, em qualquer caso, de utilização
estritamente como último recurso, quando os resultados da inspecção visual e dos
ensaios não destrutivos for insuficiente para uma perfeita análise da estrutura.
III.2.1. Microscopia electrónica
Hoje em dia existem variadas metodologias para a execução de ensaios de microscopia
electrónica, sendo que, na sua maioria é necessária a extracção de amostras o que
torna este tipo de ensaio num ensaio destrutivo. No entanto existem metodologias de
ensaio microscópico que permitem efectuar o ensaio in-situ, como é o caso da
microscopia electrónica com varrimento ou das microanálises por raio x.
Os ensaios de microscopia electrónica tornam-se essenciais quando é reconhecida a
necessidade de conhecer os elementos pétreos da estrutura a um nível inferior ao
observável a olho nu ou por microscopia óptica, permitindo uma análise precisa e
rigorosa tanto qualitativa como quantitativa dos elementos.
O ensaio de microscopia electrónica de varrimento, é em tudo semelhante ao ensaio
tradicional de microscopia óptica, pelo menos em termos de metodologia de execução.
Quanto ao que concerne à capacidade de análise, a microscopia electrónica de
varrimento, para além da precisão da análise, permite uma obtenção de dados mais
detalhada e rigorosa, pois permite a obtenção de fotos e o arquivamento de dados em
sistema informático.
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Hoje em dia uma associação muito comum na aplicação destes equipamentos na
análise de construções de alvenaria de pedra, é a conexão do microscópio electrónico
de varrimento com a microscopia de raio x que permite uma análise química dos
materiais mais profunda e precisa.
Outro ensaio que permite uma análise bastante profunda no estudo dos iões existentes
nos elementos nas pedras naturais, principalmente em construções afectadas pela
meteorização das rochas, é a análise de massa por microscópio laser.
III.2.2. Absorção atómica
A absorção atómica torna-se um ensaio destrutivo devido à necessidade de extracção
de amostras para análise, no entanto tem bastantes vantagens como, a precisão de
resultados, a facilidade e a velocidade de execução. È um ensaio que permite obter
quantitativamente os elementos químicos presentes na amostra pétrea.
Aires-Barros (2001) refere que, a espectrofotometria de absorção atómica baseia-se no
princípio da absorção de radiação de comprimentos de onda característicos dos
diferentes átomos convenientemente excitados, quando estes átomos são atravessados
pela sua radiação característica. Como sucede nos métodos espectrais, a absorção
atómica usa o comprimento de onde característico a que se dá a absorção para cada
elemento químico e permite a avaliação qualitativa dos elementos presentes na
amostra, e a amplitude da absorção em condições experimentais fixas permite a
avaliação quantitativa. Por esta técnica obtém-se um valor de absorção característico
para cada elemento que pode ser correlacionado, após conveniente calibração, com a
quantidade de átomos de cada constituinte químico.
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III.2.3. Cromatografia iónica
Tal como no caso dos ensaios de absorção atómica, a cromatografia iónica só é
considerada como ensaio destrutivo devido à necessidade de extracção de amostras,
situação que ocorre no caso particular de construções de alvenaria de xisto.
A cromatografia iónica permite a determinação, tanto qualitativa como quantitativa
dos agentes poluentes existentes nos elementos pétreos, tanto na forma salina como
ácida. A cromatografia iónica é preferencialmente usada na determinação de aniões
tais como os dos cloretos, nitratos, fosfatos e sulfatos. (Aires-Barros, 2001).
III.2.4. Tensão de carga de ponta
O ensaio de tensão de carga de Ponta, consiste na determinação da resistência de um
provete a uma carga pontual uniaxial exercida por duas ponteiras metálicas de forma
cónica sobre o provete. Este tipo de ensaio é bastante vantajoso comparativamente a
outros ensaios de compressão dado que, para a sua execução não existe necessidade de
preparação prévia do provete, assim como, devido ao tipo de equipamento necessário
para a prova (figura 13), é possível a sua execução tanto in situ como em laboratório.
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Figura 13 - Ensaio de carga pontual (Mark e Rusnak, 1999).
O ISRM (International Society for Rock Mechanics), publicou em 1985 a metodologia
para a determinação da tenção de carga de ponta, onde refere que, com este ensaio,
para além da determinação da tensão uniaxial e da resistência à compressão é possível
também obter a classificação de diferentes materiais pétreos.
De uma forma geral, este tipo de ensaio é efectuado em provetes cilíndricos de rochas,
dai a metodologia sugerida pelo ISRM apresentar uma fórmula de cálculo do índice
genérica para provetes de 50 mm de diâmetro.
Is(50) =
P
D2
Onde o Is é o índice de carga de ponta, o D o diâmetro e o P a carga exercida sobre o
provete. No entanto, para casos diferentes do genérico, existem metodologias que
possibilitam a aplicação deste ensaio a provetes de diferentes diâmetros ou mesmo de
diferentes formas. No primeiro caso deverá ser usada a seguinte formula:
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Is(50) = F × Is
&' ),,(
Onde o F é um coeficiente de correcção que pode ser obtido através de = % () *
,
onde por sua vez o De é o diâmetro equivalente. O ISRM refere, que o coeficiente de
correcção também pode ser obtido através do gráfico apresentado na
n a figura 14:
14
Figura 14 – Factor de Correcção (alterado de ISRM, 1985).
No caso de diâmetro muito próximos de 50 mm, o factor de correcção poderá ser
obtido com uma margem de erro mínima através da seguinte fórmula:
= !"#$50
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Em situações em seja impossível a obtenção de provetes cilíndricos, como no caso do
xisto, será necessária a determinação do diâmetro equivalente através da comparação
de uma secção do provete testado com uma secção de um provete cilíndrico, tal como
se apresenta na figura 15.
Figura 15 – Requerimento de forma: (a) teste diametral; (b) teste axial; (c) teste sobre
elemento regular; (d) teste sobre elemento irregular (alterado de ISRM, 1985).
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IV.
ALTERAÇÃO E ALTERABILIDADE DAS ROCHAS
A alteração das rochas está relacionada com as modificações causadas pelos agentes
externos, podendo-se considerar o estado de um elemento pétreo como degradado quando
as alterações físicas ou químicas sofridas originam um elemento diferente do inicial. De
uma forma geral, a transformação das rochas que levam à degradação é o processo natural
de adaptação ao meio ambiente.
Aires-Barros (2001) define que, a alteração é um processo de transformação dos minerais
das rochas em que a entropia do sistema aumenta com o estabelecimento da desordem
sobre a ordem nas fases desse sistema pela destruição das redes cristalinas dos minerais e a
movimentação dos seus iões constituintes que se deslocam para novas posições em
estruturas mais abertas.
Por sua vez, Carvalho (1996), refere que a alteração das rochas usada como sinónimo de
meteorização diz respeito às modificações causadas nestas pelos agentes externos,
sobretudo os relacionados com as condições de humidade e de temperatura ambientais.
Basicamente, durante o processo de degradação, os minerais primários das rochas tendem a
adaptar-se ao novo ambiente, surgindo novos minerais, designados por secundários.
Assim sendo, as principais acções químicas podem ser definidas pela redução, hidrólise,
oxidação e dissolução. Por outro lado, as acções físicas podem ser definidas por expansão
térmica, a expansão por ciclos gelo/degelo, a expansão por descompressão, as acções
mecânicas da água e vento, ou as acções mecânicas orgânicas ou biológicas.
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É claro que, para a perfeita compreensão do processo de degradação de uma rocha é
necessário considerar outros factores capazes de influenciar o processo, tais como, o tipo
de rochas, as características da mesma ou o ambiente com o qual interage.
De uma forma geral, a alteração das rochas pode ser originada de acções denominadas por
secundárias, pela alteração meteórica ou pela alteração devida a parâmetros termohigrométricos. Sendo que, as alterações secundárias ocorrem na primeira fase de alteração
das rochas, tendo como principais repercutores as acções físico-químicas, originadas pelo
meio ambiente. Estas acções vão originar o primeiro estado deterioração, ou seja,
basicamente vão provocar a primeira alteração da rocha, expondo a sua estrutura mineral
ao ambiente.
O principal agente actuador sobre os elementos pétreo provocador de alterações
secundárias é a água alterada pelos agentes existentes na atmosfera, tais como, o oxigénio
ou dióxido de carbono. Estes elementos, através da água, vão reagir com os minerais dos
elementos pétreos suscitando a alteração secundária.
As alterações meteóricas, tal como referido anteriormente, definem a obtenção de um novo
estado de equilíbrio com o ambiente. Estas alterações surgem através da origem de novos
minerais e, por sua vez, de uma nova estrutura mineralógica da rocha original que tinha
sido perdida no momento em que a rocha foi expostas aos agentes físico-químicos do meio
ambiente, ou seja às alterações secundárias.
O factor tempo é crucial na meteorização, dado que, estas alterações ocorrem a uma
velocidade de tal modo imperceptível, que a sua detecção e posterior análise, só é
efectuada na fase final do fenómeno. De facto, pode-se concluir que a alteração meteórica
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é uma nova metamorfose que a rocha original sofre num dado período de tempo originando
uma nova estrutura geológica.
Associado ao factor tempo, aparecem outros factores como o vento, a temperatura, a
pressão atmosférica ou a humidade. Factores que influenciam directamente a velocidade de
ocorrência da alteração meteórica das rochas.
Assim, estes factores, que influenciam o período temporal, interagem com a estrutura
durante o período de vida desta e podem ser denominados por parâmetros termohigrométricos, também eles causadores de alterações nos elementos pétreos. A
compreensão dos parâmetros termo-higrométricos existentes numa dada localização de
uma construção pode ajudar na compreensão das alterações dos elementos pétreos, dado
que, é fácil a caracterização do microclima local.
Conclui-se então que a alteração e alterabilidade das rochas dá-se devido a fenómenos
físicos, químicos e biológicos, que individualmente ou combinados entre si suscitam
reacções que culminam em danos cientificamente denominados por decaimento.
Tal com refere Aires-Barros (2001), a distinção entre os diversos tipos de decaimento é
normalmente bastante difícil, pois, os fenómenos de índole química têm efeitos físicos,
uma transformação física desencadeia reacções químicas e as biológicas repercutem-se em
modificações físicas e químicas.
No caso particular das estruturas de alvenaria de xisto a análise destes fenómenos é
bastante importante, não só pela estrutura geológica do xisto, mas também pelas técnicas
construtivas aplicadas na elaboração destas construções. De facto, a maioria das
construções tradicionais em xisto existentes no território nacional não possuem qualquer
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tipo de reboco, que permitiria uma maior protecção aos mecanismos e agentes de
decaimento, assim como, a estrutura das paredes devido aos espaços abertos e ao tipo de
ligante tradicionalmente aplicado, encontra-se sujeita à proliferação dos agentes
biológicos.
Tal situação, aliada à estrutura mineralógica do xisto, e à localização geográfica deste tipo
de edifícios em Portugal leva a que surjam danos característicos destas construções, tais
como, a erosão do xisto. Dano resulta da acção conjunta dos agentes de decaimento físicos
e químicos e será alvo de análise aprofundada no capítulo IV.
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V.
EROSÃO DO XISTO
V.1. Patologia
Na sua maioria as construções em xisto não possuem reboco, nem qualquer tipo de
revestimento, permanecendo a estrutura de alvenaria de xisto exposta ao ambiente durante
todo o período de vida útil da construção. Esta exposição ao ambiente é uma das principais
causas para o aparecimento de vários danos não estruturais relacionados com a
deterioração do material, que com o passar do tempo podem até originar danos estruturais
ou, pelo menos, criar uma maior susceptibilidade para a ocorrência dos mesmos.
Um dos danos mais gravosos existente em estruturas tradicionais em xisto é a erosão da
pedra. A erosão do xisto apresenta-se habitualmente nos pisos térreos dos edifícios,
normalmente nas paredes exteriores dos compartimentos onde se encontravam animais.
Este dano tem origem química relacionada com os digestos dos animais aliada a diferença
de temperatura existente entre o interior e o exterior da construção (figura 16).
Figura 16 - Erosão do xisto numa habitação na zona de Arganil.
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Os ciclos gelo/degelo, comuns em zonas de grande variação de temperatura, tais como, as
regiões de Trás-os-Montes e Beiras, onde foi possível observar este tipo de dano,
associados a cristalização de sais, criam alterações na estrutura xistosa das pedras de xisto.
Segundo Aires- Barros (2001), no processo de cristalização de sais em meios porosos, os
sais acumulam-se nas paredes dos edifícios devido à presença de iões solúveis
provenientes da alteração das rochas, solos e outros materiais usados nos monumentos.
Também podem provir da atmosfera mais ou menos contaminada como podem resultar de
metabolismo orgânico. Estes iões podem ser transportados em soluções aquosas diluídas e
penetrar no interior dos materiais e circular ou percolar através de poros, fissuras, fracturas,
etc.
Assim, tendo em consideração a estrutura xistosa aliada a pequenas fracturas das rochas
este material natural é um meio susceptível de propagação de sais resultante de
metabolismos orgânicos. Aires-Barros (2001), refere ainda que estes depósitos salinos não
são estáveis, transformando-se com o tempo em função da temperatura e humidade do ar.
Sendo assim, o microclima condiciona a actividade dos sais solúveis que se concentram e
acumulam sempre que a água se evapora. Também se cristalizam quando a humidade
relativa da atmosfera envolvente diminui. Alguns sais dissolvem-se e cristalizam
periodicamente conforme as oscilações da humidade e temperatura do ar. Estes fenómenos
de cristalização por vezes mesmo cíclica contribuem para a alteração das rochas devido às
pressões geradas por cristalização e exercidas sobre as paredes dos poros e canalículos das
rochas.
Este fenómeno apresenta-se normalmente no piso térreo em zonas da fachada mais
expostas aos raios solares e caracteriza-se pela erosão e deformação das pedras de xistos
criando um formato arredondado e alveolar dos elementos constituintes da parede da
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fachada, tal como de apresenta na figura 17. È interessante observar que este tipo de dano
não foi detectado em nenhuma construção da Região do Minho, o que comprova a
influência da variação de temperatura na ocorrência deste fenómeno.
Figura 17 – Erosão de xisto em habitações de Trás-os-Montes.
V.2. Fenómeno
O fenómeno da erosão do xisto define-se como um mecanismo de decaimento originado
por acções físicas e químicas aliadas à dureza do xisto e ao microclima típico das regiões
de Trás-os-Montes e Beiras, característico de grandes variações térmicas. Desta forma, este
dano surge durante um período largo de tempo onde os elementos pétreos são sujeitos a
ciclos de gelo/degelo, assim como à cristalização de sais.
Alguns fenómenos físicos como a acção do vento são particularmente danosos quando
agem transportando numa direcção constante partículas abrasivas contra materiais de
escassa dureza e pouco compactos, e o efeito da variação da temperatura, que provoca
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dilatações e contracções repetidamente com a criação de descontinuidades nos extractos
superficiais, induzindo patologias lentamente mas de forma constante (Boeri, 2000).
De facto, os edifícios em xisto, tendo em conta a metodologia construtiva aplicada, na sua
maioria com a estrutura de xisto à vista, encontram-se sujeitos às acções adversas do vento,
que devido à estrutura mineral dos xistos, caracterizada por fraca dureza, é particularmente
gravosa.
A fraca dureza do xisto facilita as alterações secundárias e torna este tipo de construção
mais susceptível ao fenómeno de gelo/degelo, assim como, ao fenómeno de cristalização
de sais, originando patologias como a erosão do xisto.
È certo que, como já foi referido anteriormente, este dano surge nos pisos térreos
normalmente nas paredes dos compartimentos onde se encontravam os animais,
localização particularmente sujeita a acções de natureza química ou biológica. Desta
forma, os agentes químicos, devido ao seu elevado poder destrutivo agravam os fenómenos
físicos.
Segundo Boeri (2000), os ciclos gelo/degelo provocam a transformação em gelo da água
presente nos espaços vazios dos materiais, com o aumento do volume e desagregação da
estrutura circunstante. Ao diminuir a temperatura, o gelo transforma-se de novo em água,
provocando nos materiais, em medida proporcional à sua porosidade, o desfazer da
estrutura mineral apresentada pelo fendilhar ou dissolver da camada externa.
È interessante registar que a água pura quando congelada aumenta o seu volume até
aproximadamente nove por cento. Devendo-se no entanto ter em consideração que, de uma
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forma geral, no interior dos elementos pétreos das paredes de alvenaria não se encontra
água pura, mas uma solução de sais diluídos em água.
Um fenómeno físico muito semelhante ao gelo/degelo, produz-se pela recristalização de
sais dissolvidos em água que ocorre na proximidade da superfície do material pétreo. A
água, responsável pela percolação e transporte pode ter origem diversa daquela
directamente meteórica, provendo do terreno por capilaridade, abrindo caminho às acções
de natureza química (Boeri, 2000).
Por sua vez, Aires-Barros (2001) diz que os depósitos salinos não são estáveis e que se
transformam com o tempo em função da temperatura e humidade do ar, considerando desta
forma que, o microclima condiciona a actividade dos sais solúveis que se concentram e
acumulam sempre que a água se evapora e cristalizam quando a humidade relativa da
atmosfera envolvente diminui.
De facto, pode-se considerar a existência de um ponto de equilíbrio da humidade relativa
com a solução saturada, situação ideal para que não sucedam, nem expansões nem
contracções internas nas rochas. È facilmente compreensível que a cristalização dos sais
dá-se quando a humidade relativa se encontra inferior à humidade relativa em equilíbrio
com a solução saturada.
Deve-se no entanto ter em consideração que existem outros factores que influenciam a
cristalização de sais e que são importantes para uma boa compreensão da ocorrência deste
fenómeno em paredes de alvenaria de pedra. Um dos principais factores é a existência de
soluções de sais constituídas por diferentes combinações de sais, combinações estas que
normalmente fazem diminuir o ponto de equilíbrio da humidade relativa com a solução
saturada, tornando mais susceptível a cristalização.
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Outro factor importante é a distribuição da solução salina nas paredes de alvenaria. Esta
distribuição sucede através da migração por capilaridade e está dependente da solubilidade
dos sais na solução (Figura 18), sendo os sais mais solúveis migram até as zonas mais
elevadas das paredes
Figura 18 – Distribuição, numa parede, da migração ascensional, por capilaridade, das
soluções salinas mais comuns das águas subterrâneas (Aires-Barros, 2001).
V.3. Soluções para a reabilitação e restauro
Apresentado o dano, a forma como se apresenta nas estruturas e a origem deste fenómeno
interno causador da erosão do xisto, é necessário apresentar soluções para a prevenção e
recuperação destas estruturas, valorizando sempre as metodologias pouco intrusivas, de
forma a manter a integridade natural destas construções populares, e salvaguardar o seu
valor patrimonial e cultural.
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Sendo certo que a melhor metodologia para evitar a erosão nas paredes é a prevenção
através da eliminação da ocorrência dos fenómenos como a cristalização de sais e os ciclos
de gelo/degelo. Para tal, ter-se-á que efectuar o consolidamento dos elementos pétreos
através da introdução de uma solução no interior destes elementos que permita tapar os
poros, evitando assim a percolação da água nas paredes, e eliminando o principal caminho
para os fenómenos de cristalização de sais e gelo/degelo.
Esta solução poderá ter origem orgânica ou inorgânica, no entanto as metodologias mais
aconselhadas no caso de inorgânicas passam pela utilização de polímeros acrílicos, resinas
epoxidicas ou outros polímeros orgânicos sintéticos. No caso de metodologias orgânicas
será necessário conhecer bem o tipo de sais existentes na estrutura para que se possa
determinar o melhor composto base do consolidante a utilizar, pois é deveras importante
compreender a o tipo de reacção química e a sua resultante.
A maioria das construções em xisto tem a estrutura sem qualquer tipo reboco ou protecção
o que torna a reparação mais difícil e mais exigente, pois todo o trabalho que se realize nas
zonas danificadas terá que ficar exposto, caso contrario alterar-se-ia o aspecto original da
construção.
Na aplicação das metodologias de consolidação indicadas não são utilizados métodos
intrusivos. Na verdade, as soluções são aplicadas através da passagem de uma esponja
embebida na solução sobre a zona danificada durante um período de tempo previamente
estipulado.
Deve-se, no entanto, ter em atenção que, nos casos em que exista a necessidade de efectuar
uma limpeza sobre a zona danificada, nunca se utilize metodologias que tenham recurso à
água. Sendo a limpeza com microjacto de precisão e a limpeza a laser as metodologias
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mais indicadas para estes casos específicos, pois não recorrem água e tem um grau elevado
de precisão e fiabilidade.
Tendo em conta a forma como este tipo de dano se expressa nas construções (figura 19),
torna-se praticamente impossível restaurar as características estruturais e estéticas
originais, dado que as camadas externas dos elementos pétreos desaparecem
completamente. Assim sendo, as intervenções sobre este dano, passam pelo tratamento da
estrutura mantendo o seu estado actual e evitando o agravamento do dano.
Figura 19 – Erosão do xisto expresso com o desaparecimento das camadas externas dos
elementos pétreo.
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VI.
CONCLUSÕES
As construções em alvenaria de xisto, tendo em consideração a sua metodologia
construtiva, efectuada com recurso a elementos de xisto extraídos do próprio local de
implantação da construção e aplicados em lascas sem qualquer tipo de tratamento, podem
ser consideradas como construções verdadeiramente sustentáveis.
A presença de construções em alvenaria de xisto nas regiões do Minho, Trás-os-Montes,
Beiras e Alentejo, prende-se com a predominância do xisto existente no solo. De facto,
grande parte do solo do território nacional é constituído por granitos, quartzitos e xistos,
muito devido, ao maciço antigo, que ocupa cerca de três décimos do território nacional.
Os xistos são rochas metamórficas, com origem no metamorfismo regional,
características pelos seus minerais e a sua textura plana ou irregular. Em Portugal
continental são diversos os tipos de xistos existentes, variando o tipo ao longo do
território, assim como variam as características destes elementos pétreos.
A localização geográfica deste tipo de construção, aliada à estrutura mineralógica do xisto
e tendo em conta também a não existência de rebocos nas paredes das construções mais
populares, faz com que seja natural o aparecimento de danos nos elementos pétreos.
A erosão do xisto é um dos danos mais característicos deste tipo de construção, tendo por
origem factores de decaimento físicos e químicos, que por sua vez resultam de fenómenos
de cristalização de sais e ciclos gelo/degelo agravados pelo meio ambiente característico do
local de implantação da construção.
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De facto, a detecção deste dano apenas nas zonas de Trás-os-Montes e Beiras, comprova a
influência dos microclimas no agravamento da erosão do xisto, tendo em conta que, as
grandes amplitudes térmicas registadas nessas regiões aceleram os fenómenos de
cristalização de sais, quando as temperaturas são altas, e os fenómenos de gelo/degelo,
quando as temperaturas são baixas.
Certo é que, ambos os fenómenos levam a que se dê a expansão e compressão da estrutura
mineralógica do xisto, e que a acção de ambos no mesmo momento temporal sobre o
mesmo objecto origina resultados bastante mais gravosos.
A solução para a eliminação deste dano passa pelo consolidação dos elementos pétreos
através da introdução de uma solução no interior destes elementos que permita tapar os
poros, evitando assim a percolação da água nas paredes. Esta solução poderá ter origem
orgânica ou inorgânica, sendo que será sempre muito importante, na escolha da
metodologia, um perfeito conhecimento do tipo de sais existentes na estrutura.
Tendo em conta, que na sua maioria, estas construções não possuem reboco, e
considerando a forma como este tipo de dano se expressa, o restauro das zonas danificadas
torna-se praticamente impossível. Sendo, a eliminação da acção danosa e a protecção da
estrutura, as únicas formas de salvaguardar o valor patrimonial e cultural das construções
em xisto.
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