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Projeto de investigação
Advanced Grouts for Masonry Consolidation
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Análise da influência da alteração do ângulo de contacto na injectabilidade de grouts
Publication . Telha, Frederico Pires Valadas Velez; Henriques, Fernando
Actualmente, a grande maioria dos monumentos e edifícios antigos que constituem os centros históricos e urbanos necessitam de profundas intervenções de reabilitação. Um dos seus principais problemas incide sobre as alvenarias de pedra que, devido à sua heterogeneidade, apresentam limitações a nível estrutural. Neste contexto, e também para correcção de outras anomalias existentes, são realizadas intervenções de consolidação de modo a torná-las funcionais e seguras face às exigências actuais. Uma das técnicas mais utilizadas de consolidação dessas alvenarias é a injecção de grouts, que tem sido considerada adequada no restabelecimento da compacidade, uniformidade de tensões e continuidade entre diferentes panos de alvenaria antiga. A utilização desta técnica de consolidação tem como objectivo não só aumentar a compacidade da parede de alvenaria através do preenchimento dos vazios existentes e, consequentemente, a resistência mecânica do meio injectado, mas também criar uma ligação entre os diferentes panos, incrementando o comportamento monolítico da alvenaria.
Outro aspecto não menos importante a ter em conta numa injecção de grout reside na compatibilidade com os materiais existentes. Neste estudo, optou-se pela utilização de um grout a base de cal hidráulica tendo em conta as suas características química, física e mecânica com os materiais de alvenarias antigas. O grout deve ser concebido de forma a obter o melhor desempenho, quer a nível de injectabilidade, quer de durabilidade. Assim, optou-se por fazer um estudo prévio da composição do grout considerando-se a presença de diferentes quantidades de superplastificante. Aliás, o estudo das características do meio poroso considera-se tão relevante como o estudo das características do grout. Após inserido no meio poroso, devido às características de absorção das partículas constituintes do meio, o grout vai perdendo as suas propriedades (perda de água da sua composição), surgindo consequentemente problemas de penetração do grout. Neste sentido, no presente trabalho é abordado um novo factor no processo de injecção que tem como objectivo diminuir esse efeito de sucção da água constituinte do grout por parte do meio poroso, através da alteração do ângulo de contacto entre o grout e o meio poroso.
Com o intuito de estudar o factor diferenciador da injecção referido e de avaliar a eficiência da injecção de grouts nesses meios porosos, procedeu-se à criação de modelos que simulassem, com a maior fiabilidade possível, diferentes permeabilidades passíveis de caracterizar o núcleo interior de alvenarias antigas. De modo a avaliar a qualidade destas injecções de grout recorreu-se a ensaios de ultra-sons e à técnica de tomografia ultra-sónica. A combinação destas técnicas de análise não-destrutivas revelou-se de grande utilidade na aferição da morfologia interna dos modelos criados, permitindo a obtenção de informações qualitativas e quantitativas sobre os meios porosos em estudo. Foram também realizados ensaios de resistência à tracção por compressão diametral de forma a conhecer as resistências mecânicas e as respectivas relações com a qualidade de injecção dos meios porosos.
Optimização da influência do ângulo de contacto na injectabilidade de grouts
Publication . Silva, Telmo Miguel Pereira Paula Reis; Henriques, Fernando; Jorne, Fernando
Presentemente é notável o envelhecimento do património edificado, principalmente ao nível de monumentos e edifícios antigos, bem como a crescente preocupação e necessidade de intervenções de reabilitação por forma a optimizar as condições de habitabilidade, segurança e conforto. Na verdade, grande parte destas edificações é constituída por alvenarias de pedra heterogéneas, as quais, devido à falta de manutenção periódica e com o decorrer dos anos, originam limitações a nível estrutural. Nessa conformidade, torna-se imperioso proceder a intervenções de consolidação com vista a devolver a segurança necessária à estrutura. Para esse efeito são várias as técnicas existentes, entre as quais, o encamisamento, rebocos armados, injecção de grouts, entre outras.
O presente estudo irá focar-se na injecção de grouts com o intuito de restabelecer a compacidade, mediante o preenchimento dos vazios existentes na alvenaria. Desta forma, conseguir-se-á, não só, obter um aumento da resistência mecânica, como igualmente, contribuir para a uniformidade de tensões e para a continuidade dos diferentes panos de alvenaria antiga, tendo como objectivo final o incremento do comportamento monolítico da parede. Com a utilização desta técnica existe uma igual preocupação no que diz respeito à compatibilidade do grout injectado face aos materiais constituintes da alvenaria. O grout utilizado no estudo foi feito à base de cal hidráulica tendo em conta as características químicas, físicas e mecânicas dos materiais que constituem as alvenarias antigas. A escolha do grout tem como principais finalidades a sua injectabilidade e durabilidade, para que se consiga o melhor desempenho possível.
É igualmente necessário estudar o meio poroso, uma vez que após o grout ser injectado, este vai perdendo as suas propriedades devido à absorção de água por parte deste. Este fenómeno origina problemas de penetração do grout e, consequentemente, futuros problemas estruturais pela má aplicação da técnica. Existe portanto a necessidade de diminuir esse efeito de sucção da água constituinte do grout por parte do meio poroso. Sabe-se que através da adição de um hidrófugo de superfície, é possível alterar o ângulo de contacto entre o grout e o meio poroso. Uma das maneiras de o fazer é por exemplo adicionar silicone visto este diminuir o efeito de sucção da água.
O presente estudo centra-se no modo de aplicação do silicone com vista à alteração do ângulo de contacto, bem como, nas repercussões que este origina ao nível da injectabilidade e resistências mecânicas. No âmbito do seu estudo foi avaliado um factor diferenciador da injecção na injectabilidade do grout, que consistia numa pré-injecção de uma solução de silicone no meio poroso. De forma a aprofundar os conhecimentos nesta temática, a presente dissertação foi dividida em duas partes: a primeira, onde foram feitas injecções mediante a aplicação de uma pré-solução de silicone no meio poroso a injectar e a segunda fase, onde a solução de silicone foi directamente colocada na amassadura do grout. Por fim obter-se-á uma comparação dos resultados atingidos entre as duas formas de aumentar o ângulo de contacto, com vista a melhorar a injectabilidade dos meios porosos.
É de frisar que de forma a avaliar a eficiência das injecções de grout, criaram-se modelos que caracterizassem o núcleo interior de alvenarias antigas, situação esta que se poderá observar no capítulo referente à campanha experimental. De forma a avaliar a injectabilidade do grout recorreu-se a ensaios de ultra-sons e à técnica de tomografia ultra-sónica. Por outro lado e de modo a que fossem contabilizadas as resistências mecânicas dos provetes obtidos, foram realizados ensaios de corte e de tracção por compressão diametral.
Injectability of hydraulic lime grouts for old masonry consolidation
Publication . Jorne, Fernando Jorge Fernandes; Henriques, Fernando
Grout injection is a widely used technique for masonry consolidation of multi-leaf masonries, aimed at increasing the compactness and to create links between the internal and external leaves that will improve shear, flexural and compressive resistances. Grouts can be seen as mixtures of binder with water, with or without special admixtures (such as superplasticizer). To ensure an adequate flow of the
grout and a correct filling of the internal voids inside the masonry, it is essential to assure good fresh grout properties. The evaluation of the performance of the grout injectability is firstly started by checking the intrinsic properties of the grout (namely fluidity, stability, water retention and rheological parameters) and then by controlling the injectability through injection tests. Besides the grout composition, the environmental temperature, resting times and injection pressure also play a significant role on the grout injectability. The lack of information about the influence of the referred parameters on the injectability of hydraulic lime grouts enhances the importance of a detailed research on the subject.
The grout specification involves the knowledge of the flow capacity within the masonry inner core and physic-chemical compatibility with the original materials present in the old masonries. Thereby, it is evaluated the injection performance of hydraulic lime based grouts as a function of the porous media to be injected. For this purpose, simplified models were created to allow injectability tests in controlled conditions. To enable the simulation of different permeabilities and internal structures of masonries, the models were created by filling plexiglass cylinders with different grain size
distributions of limestone sands and crushed bricks. As these materials exhibit different water absorption coefficients, it also was possible to study the influence of water loss from grout to porous media in grout injectability. Another variable studied with influence on grout injectability was the water content of porous media. As it is not expected that masonries are always dried, the pre-wetting of some cylinders by simple injection of water is of extreme relevance to compare the results of grout injectability in the two opposite situations. The injection tests also enabled to detect different resistances to grout penetration created by the PM to the flow. The knowledge of these resistances is
crucial to estimate the grout penetration in the internal voids.
The grout injection performance was analysed both in the fresh and hardened states. In order to test the effectiveness of the filling process and the bonding of the grout to the masonry materials, tomography was conducted complemented with mechanical tests. The mechanical results showed good correlation with injectability and dependence with the position of the specimen analysed on the cylinder injected,
creating tensile and shear strength gradients along the height of the cylinder. In what concerns the tomography, the research demonstrated a correspondence between the characteristics of the cylinders after the injection and the information displayed in the tomograms. Thus, it is proved that tomography is a useful technique to evaluate effectiveness of the grout injections, allowing an understanding of the ability of the injections to modify the physical and mechanical properties of old masonries.
Experimental study and modeling of rheological and mechanical properties of NHL grouts
Publication . Baltazar, Luis G.; Henriques, Fernando M. A.; Cidade, Maria Teresa; DEC - Departamento de Engenharia Civil; DCM - Departamento de Ciência dos Materiais; CENIMAT-i3N - Centro de Investigação de Materiais (Lab. Associado I3N); ASCE - American Society of Civil Engineers
This paper aims to model the effect of grout composition on properties of two natural hydraulic lime (NHL) grouts based on the correlation between grout rheometer results and simple flow tests. First, the effects of water:binder ratio and superplasticizer dosage on its rheological properties and flowability were analyzed. Dosage of superplasticizer and water:binder ratio were varied from 0.6 to 1.2% (by mass of binder) and 0.45-0.55, respectively. A good correlation between classical flow tests and the rheological properties was obtained. Then, statistical models were formulated in order to estimating the grout parameters, such as plastic viscosity and yield stress just by performing simple flow tests. The models coefficients were calculated using multiple regression analysis. The statistical modeling results indicated that the properties of the grouts studied are linearly related to water:binder ratio, superplasticizer dosage, and specific surface area of natural hydraulic limes. Finally, the accuracy of the models was experimentally confirmed using random grout compositions. The predicted-to-measured ratio ranged from 0.97 to 1.08, indicating a good agreement between the confirmation results and the expected results from the statistical models.
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Financiadores
Entidade financiadora
Fundação para a Ciência e a Tecnologia
Programa de financiamento
3599-PPCDT
Número da atribuição
PTDC/ECM/104376/2008